宿題をしているときは時間がゆっくり過ぎているように感じるのに、遊んでいるときは時間が早く過ぎているように感じるのはなぜでしょうか。

宿題をしているときは時間がゆっくり過ぎているように感じるのに、遊んでいるときは時間が早く過ぎているように感じるのはなぜでしょうか。

著者: 朱磊

子どもたちは皆、宿題をしているとき、時間がとてもゆっくり過ぎていくように感じるという個人的な経験を持っています。彼らは1時間働いていると思っていますが、実際には10分しか経っていません。しかし、友達と遊ぶときは全く逆になります。時間がとても早く過ぎます。 10分しかプレイしていないように感じますが、携帯電話の時計では1時間が経過したことが示されています。

これはなぜでしょうか?心理学的な観点から言えば、子どもたちは宿題をするのが難しく、精神的に負担が大きいと感じているため、時間が経つのがとても遅いと感じるのです。一方、演奏はリラックスして心地よく、演奏している間は静かに時間が過ぎていきます。

偉大な物理学者アルバート・アインシュタインは、相対的な時間の速度に関する別の理論、相対性理論を提唱しました。もちろん、相対性理論は、私たちの物理学の啓蒙の範囲をはるかに超えた、非常に高度な物理学理論です。相対性理論では、時間と空間は相対的であり、時間の経過速度は一定ではなく、観察者の速度に関連しているとされています。私たちの物理学の啓蒙は古典物理学についてのみ語られ、時間の経過の速度は観察者の速度とは何の関係もないと信じられていました。 1 分は 1 分、1 時間は 1 時間でした。観測者が静止しているか、光速に近い速度で動いているかは、時間の経過には影響しません。

時間はどのように決まりますか?

昔、人間は時計も携帯電話も持っていなかったので、自然界にあるものに基づいて時間を判断するしかありませんでした。たとえば、朝に鶏が鳴いたら、起きる時間です。太陽が昇り、仕事の時間です。しかし、時間を測定するこれらの方法は明らかに不正確であったため、人々は一日を通して太陽の高度が異なるため物体に落ちる影の長さが異なることを利用して日時計を作りました。時刻は、日時計の針が残す影の長さと位置によってより正確に判定されます。

しかし、毎日が晴れているわけではありません。曇りや雨、雪のときは日時計は使用できません。では私たちは何をすべきでしょうか?

人々は時間を知るために線香を使うことを考えました。お線香の燃焼速度は制御可能で、お線香が燃え尽きると、一定の時間が経過したことを意味します。では、お香が燃え尽きるまでにどれくらいの時間がかかるのでしょうか? 30 分だと言う人もいれば、1 時間だと言う人もいます。

さらに、銅製のやかんから滴り落ちる水の量で時間を測ることもありました。この装置は銅のケトル・クレプシドラと呼ばれていました。

砂時計は、一般的に使用されている計時ツールでもあり、現在でも使用されています。

しかし、これらの方法は十分に正確ではありません。先ほど述べたガリレオの自由落下の研究のように、より正確に時間を測定したい場合は、より正確に時間を測定する必要があります。では私たちは何をすべきでしょうか?

ガリレオは当時、興味深い現象を発見しました。彼は細いロープの一方の端を固定し、もう一方の端に小さなボールを結び付けて吊り下げました。小さなボールは最も低い地点で静止し、バランスを保った状態でした。それから、紐をぴんと張ってたるみのない状態に保ったまま、ボールを最低点から少し離れたところまで引っ張りました。それから彼はボールを動かした。彼は、ボールが前後に動くのにかかる時間は等しく、この時間はボールの重さや最低点からの距離とは関係なく、細い線の長さだけと関係していることを発見しました。

この装置は単振り子と呼ばれ、この現象は振り子の等時性と呼ばれます。

単振り子の等時性原理とは、振り幅（振り角が 5° 未満のとき）が大きくても小さくても、往復振りを完了するのにかかる時間は同じであることを意味します。

実際、単振り子の往復運動の時間は周期と呼ばれます。この周期の式は T=2π(l/g)^(1/2) です。ここで、l は振り子の長さ、g は局所的な重力加速度です。この式はオランダの物理学者ホイヘンスによって導き出されました。

単純な振り子の等時性を利用することで、機械式振り子時計など、より正確な計時ツールを作成できます。

ホイヘンスの単振り子の周期の公式によれば、長さ 1 メートルの単振り子の周期は約 2 秒であると計算できます。

単純な振り子を使って時間を知ることは日常生活では十分な精度ですが、振り子の長さは温度、力、空気抵抗などの要因によって影響を受けるため、ある程度の誤差が生じ、高い精度が求められる計時には適していません。

そのため、1967 年に国際度量衡会議は、セシウム 133 の原子基底状態における 2 つの超微細エネルギー レベル間の遷移に対応する放射の 9,192,631,770 周期の持続時間を 1 秒と定義しました。セシウム133原子の振動は非常に安定しており、誤差は100万年あたり約1秒と非常に正確です。

要点
1. 時間測定ツールの開発。日時計、線香、銅製のやかん、砂時計などはいずれも時間を知るのに使えますが、その正確さは高くありません。

2. 単振り子の等時性。ガリレオは、単純な振り子が前後に動くのにかかる時間は一定であることを発見しました。ホイヘンスは単振り子の周期を計算する公式を導き出しました。

この記事は『子どものための物理啓蒙授業』（朱磊著、中国女性出版社、2022年）より抜粋したものです。