小説『各駅停車の光速列車』では、高速に近い速度で移動した美咲と、地上で待っていた拓海の間で２年近い時間のズレが生じました。

「時間は誰にとっても平等に、１秒、２秒と刻まれるもの」という私たちの常識を、アインシュタインは「特殊相対性理論」で根底から覆しました。なぜ、速く動くものほど時間はゆっくり流れるのか？そのナゾを解く鍵は、アインシュタインが考えた特別な時計にあります。

1.　時間の正体を見る：魔法の「光の時計」

相対性理論を直感的に理解するための最も強力なツール、それが「光の時計」です。

なぜ「光」を基準にするのか、それは宇宙には「光より速いものは存在しない」という絶対的な速度制限があります。そして、光の速さは、止まっている人から見ても、猛スピードで走る美咲から見ても、常に秒速　約30万㎞で一定です。

1-1.　光の時計の仕組み

この時計はとてもシンプルです。上下に鏡が向い合せに置いてあり、その間を「光の粒」がポンポンと往復しています。光が下に当たって、上に跳ね返って戻ってきたら「1秒」と数えます。

あなたが地上にたって、足元にあるこの時計を見ているとします。光はただ真っ直ぐ「上」に行って「下」に戻ってくるだけです。最短距離を移動するので、リズムは一定です。

次に、この時計を積んだ超高速列車が、あなたの目の前を走り去ると想像してください。列車の外にいるあなたから、中にある「光の時計」を見ると、驚くべきことが起きています。

列車が猛烈な勢いで右に進んでいるため、光の粒は真上ではなく、「斜め」に移動しているように見えるのです。

ここで、宇宙の絶対ルール「光の速さは、どんな時でも絶対に変わらない」を思い出してください。

斜めの線は、垂直な線よりも長いですよね？「同じ速さ」で「より長い距離」を走るなら、当然、到着までに「より長い時間」がかかります。つまり、外で見ている拓海にとって、動いている美咲の「1秒」は、自分よりも間延びして、ゆっくり流れていることになるのです。

2.　重力も時間に魔法をかける（一般相対性理論）

実は、時間が遅れる理由はスピードだけではありません。もう一つの重要な要因が「重力」です。アインシュタインは、重力とは「質量のある物体が、時空（時間と空間）を歪ませている現象」だと見抜きました。

宇宙空間をピンと張ったトランポリンの布だと想像してください。そこに重いボウリング球（地球）を置くと、布は深く沈み込みます。この「時空の歪み」が大きい場所（＝重力が強い場所）ほど、時間はゆっくりと流れる性質があります。

ブラックホールの近くで時間が止まったように見えるのは、この歪みが無限大に近いためです。

「光速列車なんて未来の話でしょ？」と思うかもしれませんが、相対性理論はすでに私たちのスマホの中で活躍しています。その代表的な例がGPSです。

GPS衛星は高度約2万㎞の宇宙空間を猛スピードで飛んでいます。

①　速く動いているため：特殊相対性理論により、毎日約7マイクロ秒遅れます。

②重力が弱いため：一般相対性理論により、毎日約45マイクロ秒進みます。

これらを合わせると、衛星の時計は地上より毎日約38マイクロ秒ずつ早く進んでしまいます。

もし、アインシュタインの計算式を使わずにこの「38マイクロ秒」を放置したら、スマホの地図は1日で約10㎞以上もズレてしまいます。私たちが正確に目的地にたどり着けるのは、相対性理論に基づいて計算を補正しているおかげなのです。

第2話の物語で、美咲にとっての7日間が、拓海にとっての2年間になった理由。それは美咲が光速という、極限の世界で「空間」を猛烈な勢いで移動したからです。

科学は時に、残酷なまでの「個別の真実」を突きつけます。けれど、たとえ流れる速さが違っても、二人が再び出会い、同じ場所で手を取り合えること。それもまた、この世界の愛おしい「理」のひとつなのかもしれません。

科学小説『理の（ことわり）の境界線―科学が解き明かす日常の断片』　［第2話各駅停車の光速列車を読む］