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引力って、空間だけでなく時間も空間に連動して曲がってることになるんでしょうか?

引力の模式図で、膜状の平面の中央が巨大質量(例えば惑星)の方向に歪んでいる図がありますね。

あれを見ていると、等速直線運動する小物体が空間の歪みによって質量側に進路を変えていくのはわかるんです。「あー、恒星のそばを通る光が曲がるってのはこのことか」と。なるほど、空間の曲がりなら質量を持たない光も曲がるだろうと。

しかし、質量によって空間が歪んだ範囲内に、静止した質量を置いたとすると、巨大質量に向かって加速しながら落下していくと思います。これは空間の歪みだけでは説明できないように思います。だっていくら空間が歪んでいても静止してるものは静止してるのでゆがみの影響は受けないはずだからです。

ところが、実際には地球上で鉄球を真上に投げれば、鉄球は毎秒9.8m/sで減速し、静止し、同じ加速度で落下してきます。

ということは、引力には時間が関係している。

???

私のイメージでは、空間が曲がるということは空間の曲ったレーンのようなものを物質なり光なりが通過して曲がる(落ちる、引き寄せられる)のかと思っていたら、時間と空間の歪み(時間の歪みってイメージできませんが)により、結果として「巨大質量側に引き寄せる力」として働くのか?

…とまあ、こんなことを想像してみました。途中で(時空っていう言葉があるけどこういうことなのか?)などとも思いました。となると光にも何らかの質量があることになってしまうのですが…。

私は全く物理の素養がないので正確な用語も何もわかりませんが、もし私が何を聞きたいのか、何がわからないのかを推察できる方がおられましたら解説をお願いします。

A 回答 (9件)

No.4です。



> 光速に近い速度で移動するロケットでは時計が遅れる…
この速度と言うのは、絶対速度ではなく、相対速度を言います。
宇宙には、速度を決める絶対位置は存在しないのです。

等速運動をする系を慣性系と言い、二つの慣性系に速度差があれば、
一方の時間で見れば他方の時間進行が遅れている、
これが特殊相対論です。
この場合、
他方から見た一方の時間進行は進んでいるというように思うのですが、
これもやはり遅れている、と言うのです。
理解が追い付かないことに我慢しながらでも、読んでみる価値がある、
と思います。
但し、小生が読みうるのは入門者向けまで、でした…
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特殊相対論とは空間と時間が一体のものであることを表しています。

一般相対論では質量はこの時空を曲げていると主張しているんですね。

イメージ的には空間のレーンがまがってるというより空間のゴムのような膜が質量により凹んでいると考えたほうがわかりやすいです。

この図をみていただいたらわかりますが、中心物体があるために時空がまげられています。その曲がり方は中心物体に近いほど曲げ方が大きくなります。

遠くの飛行体はほとんど影響しませんが、比較的近くを通り過ぎた飛行体は空間の凹みのために曲げられています。もしこれがもっと中心物体の近くを通れば物体の凹みにまけてそのまま中心物体に落ちてしまいます。

また飛行体がもっと高速度ならば、軌跡の曲がり方はもっと少ないでしょうし、飛行体が低速度ならば物体に落ち込んでしまうでしょう。

一般相対論というのは重力の性質を物体同士にはたらくというより、時空の幾何学的性質に帰したのです。重力場の登場ですね。

不明な点があれば、私の知っている範囲でお答えします。
図は下記サイトから引用しました。

宇宙や生命について考えたことを書いてみる
https://sohsan.hatenablog.com/entry/2014/11/08/1 …
「引力って、空間だけでなく時間も空間に連動」の回答画像9
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この回答へのお礼

ああ、私が言っていたのはこの図です。この膜は空間ではなく「時空」なんだったんですね…。時空の幾何学的性質…重力場…。

うーん、基礎的な学びが必要ですね。ありがとうございます。

お礼日時:2020/11/01 09:01

「空間」に対しては、「曲がる」と言う表現は適切でしょう。

「時間」に対しては、「遅れる/進む」と言う表現になるかと考えます。
貴方のおっしゃる「時間の曲がり」つまり、「時間の進み/遅れ」は、万有引力に依る重力加速度でも、ロケットエンジンで加速した時の加速度でも起こります。発生します。
アインシュタインの一般相対性理論は、加速度が大きいと時間の進み方が遅くなる/遅れると述べています。ここで重要なのは、「加速度が大きい」と言う事で、「加速度」の種類や加速の向きは問わない/関係無いと言う事です。
有名な双子のパラドックスを考えてみましょう。30歳の兄と弟の双子がいます。兄がロケットで惑星Aに向かいます。地球とAの中間地点Bまで一定の大きさでロケットを作動させて加速し続けて、BからAまでは向きは逆ですが同じ大きさで一定の加速、つまり、減速してBに到着します。地球への帰還はこの逆です。AからBまでは加速し続けて、Bから地球までは減速し続けます。
この間、宇宙船に搭乗していた兄は、加速度の向きは関係無く/問わず、ずって地球の表面にいる時に我々が受ける万有引力に依る重力加速度gのX倍のXgの加速度を受け続けていたとします。この間にロケットの中では3年間の月日が流れた/3年の時間が経過したとします。地球を出発する時に30歳だった兄は、33歳として地球に帰還します。
この間に地球では、30年の月日が流れて、30年が経過しています。弟は60歳になっており、33歳の双子の兄を60歳の双子の弟が出迎えるのです。
地球もロケットも互いに離れて、そして、近づくのだからどちらも相対的に同じでは無いのか? 地球上でもロケットの中でも同じ長さの時間が経過するだけでは無いのか? だから双子のパラドックスは起きないと言う人がいます。
いいえ。双子のパラドックスは起きるのです。兄はずっとXgの加速度を受け続け、弟は、ずっと地球上にいて、ずっと地球の万有引力に依る重力加速度gを受け続けていたのです。Xの大きさは正の値です。その値が2なのか3なのかは不明ですが、重要なのは兄は弟よりも「大きい加速度」を受け続けていたのでロケットの中では、地球上よりも時間の進み方が遅くなる/時間が遅れるのです。
なので、ロケットの中での3年間の時間の経過は、地球上では30年間の時間の経過になったのです。
我々が存在しているこの宇宙は、今から約138億年前にビッグバンで誕生し、今も加速膨張し続けていると考えられています。
ビッグバンで時間も空間も生まれて始まった/初めたとするなら、ビッグバンの「前」は、どうだった/どうなっていたのか? 時間は? 空間は?
と言う疑問が湧きます。これが「ビッグバンの前」パラドックスです。
時間が無い。つまり、時刻も瞬間も無い。時間的な幅が無い/ゼロなら何も存在する事はできません。すなわち,「無(む)」です。
空間が無い。つまり、点も線も面も体積も無い。空間的な大きさ広がりが無い/ゼロなら何も存在する事はできません。すなわち,「無(む)」です。
何かが存在するには、「何」かに「時間」と「空間」も含めて、ふたつのものが必要です。そのふたつとは、「時間」と「空間」です。
時間だけでも、空間だけでも、存在は成立しません。片方だけでは成立しないのです。時間と空間の双方があって初めて「存在」は成立するのです。
超弦理論の弦/紐/膜やクォーク、素粒子、原子、物質、エネルギーの全てが無くても、「時間」と「空間」さえあれば、その時空/宇宙は存在し成立するのです。
時間と空間だけが存在して、その他には、物質もエネルギーも一切が存在しない時空は存在するのです。
真の何も無いとは、時間も空間も無い事で「無(む)」と呼ばれます。
真空を何も無いと勘違いしている方がいます。真空は物質が一切なくても時間と空間はあります。場合によっては、エネルギーもあります。
時間の無い宇宙をイメージできますか?
時刻も瞬間も無い。時間的な幅が無い/ゼロの宇宙です。
時間が流れていない状態から、時間が流れ出した/流れ始めた/流れを開始した宇宙をイメージできますか?
空間の無い宇宙をイメージできますか?
点も線も面積も体積も無い。空間的な大きさ広がりが無い/ゼロの宇宙です。
空間的な大きさ広がりが無い/ゼロの状態から、大きさ広がりが生まれ広がって行く宇宙をイメージできますか?
イメージするのは困難でしょう。と言うより、イメージ出来ないと言った方が良いのではないでしょうか。
この事は、時間の無い宇宙、空間の無い宇宙は、ありえない/存在しえない。
宇宙は必ず時間と空間が共に存在すると認識/理解/解釈するべきだと言う事だと私は考えます。
先の考察で宇宙は時間の無い/空間の無い状態はありえない。宇宙には必ず時間と空間が共にある/存在するとの結論に達しました。
これと矛盾する事の無い解釈は、無限大の大きさ広がりを持つ空間的に無限大の空間が無間大の過去から時間と共に既に存在していて、時間的に無限大の時間が無限大の過去から無限大の未来まで永遠に流れ続ける時空がある/存在すると解釈/理解/認識すれば良いのです。この時空を「母宇宙」と呼びましょう。我々の存在しているこの宇宙は、138億年前に「母宇宙」の時空の量子論的な揺らぎが切っ掛けでビッグバンが起こり、母宇宙の時空の中で誕生して、今も母宇宙の時空の中で加速膨張し続けている「子宇宙」なのだと解釈/理解/認識すれば良いのです。つまり、ビッグバンの「前」は、母宇宙の時間が流れていて、母宇宙の空間が広がっていたと解釈/理解/認識するのです。
母宇宙の時空の中では、我々の宇宙と同じ様な無数の無限個の子宇宙が生まれ、収縮/安定/定速膨張/加速膨張などのそれぞれの成長を母宇宙の時空の中でしているのかも知れません。この多数の宇宙があると言う考え方をマルチバースと呼んでいます。下記のブログの後の約1/3で時間/空間/時空/宇宙/存在/起源/創成/神/宇宙生命/進化など諸々について考察しています。前の約2/3は宇宙塔マスドライバーの話です。是非、御覧下さい。
http://blog.livedoor.jp/satou_hiroshi_4649/archi …
私は、科学が特に物理学が近いうちに一大飛躍を成し遂げるのではないかと考えています。我々の生活/世界は一変して次に述べる様なワクワクする未来が到来するのではないでしょうか?
ケプラーは1609年と1619年の著書でケプラーの第1,2,3法則を発表して、これは、ニュートンが1687年の著書で万有引力の法則を発表する切っ掛けになりました。1887年のマイケルソン・モーリーの実験の結果は、1905年にアインシュタインが特殊相対性理論を1915-1916年に一般相対性理論を発表する切っ掛けになりました。
現在、我々が存在しているこの宇宙が加速膨張している事が観測され、ダークエネルギーやダークマターが提唱され、超弦理論や11次元のM理論などが議論されています。これらは、次の物理学の一大飛躍の切っ掛けとなる予感がします。
1900年にプランクが量子論を1905年にアインシユタインが相対論を創始して現代物理学が誕生し、それまでの物理学が古典物理学と呼ばれる様になったと同様に、2021-2030年に掛けて生み出される物理学は、今の現代物理学を過去のものとする、全く新しい「真新物理学」を創始するかも知れません。その内容は、1900-1905年頃の人に量子コンピューターとか相対論的GPSの時間補正とか言っても全く理解できずチンプンカンプンなのと同様に、2020年の我々が「局所空間の通常空間における波乗り効果」とか聞いても全く理解できずチンプンカンプンとなる全く新しい物理理論と技術を生み出すかも知れません。
宇宙の時空への考察は、全く新しい時空のイメージと次元理論を生み出し、任意の範囲の時空を通常空間の時空の中を波乗りをする様に滑らせ、何百万光年も離れた遥か彼方の銀河に極めて短時間で人や貨物を行き来させる銀河間航行技術を生み出すかも知れません。
そうなれば、はくちょう座の方向の約600光年の彼方にある太陽に良く似た恒星ケプラー22のハビタブルゾーンを公転している岩石惑星ケプラー22bに移民宇宙船が大挙して押し寄せ、ネオ日本/ネオアメリカ/ネオチャイナ/ネオロシアなどが建国されるかも知れません。
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アインシュタインの時空の歪みを証明をするのに


皆既日食の時に太陽の近くに見える星がずれた位置に見えることで
証明した話があるでしょう。
https://ja.wikipedia.org/wiki/1919%E5%B9%B45%E6% …

星の光が太陽の近くを通る際、空間が曲がるから、それだけ遠回り
して、地球に届くわけです。
光の速度は一定ですから、地球に届く時間は長くかかっているわけです。

つまり、時間は曲がっているのです。
ここで実際の距離は変わっていないから、光が届く時間は変わらない
とするなら、光の速度が変わっている(速くなった)ことになります。

相対性理論の絶対は、光の速度です。光が進む速度は変わらないから、
重力によって、空間は曲がり、時間はかかることになるのです。
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そのとおりです。


絶対的なのは光の速度だけです。
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> 私は全く物理の素養がないので


先ずは、相対論に関する本を読んでみてください。
超初心者向けもあり、解り易いですよ。

GPSってご存知ですか? 
宇宙に衛星がたくさん飛んでいて、
そこからの位置時間情報を複数受信して、地表位置を特定するのです。
しかし、衛星は飛行速度が速いので衛星中の時間は遅れ、
地表に比べて重力が小さいので時間進みがあり、
これが空間時間の歪と言う事になり、
地表の受信設備はこの時間ずれを補正しないと、2-3kmの誤差になるそう。
ま、興味の有無次第ですが…
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この回答へのお礼

確かに光速に近い速度で移動するロケットでは時計が遅れるといいますね。
重力が小さいと時間進みがあるというのは初めて聞きました。非常に興味深いお話です。

私が今中高生であれば「よし、時間、空間、重力、速度の謎を解いてやるぞ!」と興奮するかもしれませんが、残念ながらもうそういう年齢ではありません。40年も昔に高校を出たきりですからね。

でも、相対論ですか。これから残された時間、せめてそういうものを多少でも勉強してささやかな知的好奇心を養っていきたいと思います。
どうもありがとうございます。

お礼日時:2020/10/31 17:22

>「なぜ万有引力は発生するのか、なぜ質量に加速度を与えるのか、それは時空の歪みによるものか?」



時空の歪みによるものではありません。
万有引力は発生する事はありません。万有だからです。
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>だっていくら空間が歪んでいても静止してるものは静止してるのでゆがみの影響は受けないはずだからです。



空間の歪み以前の話として、万有引力が質量に対して加速度を与えるから重心に向かって「落ちてゆく」のです。
これは相対性理論以前のニュートン力学によって説明される現象ですよ。
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この回答へのお礼

だから、「なぜ万有引力は発生するのか、なぜ質量に加速度を与えるのか、それは時空の歪みによるものか?」という話であって、いまさら「万有引力が証明されている」なんて話はどうでもいいのです。

そんなもん、質量のベクトル方向に吸い寄せられると言ったって、重心に向かって落ちていくと言ったって同じことではありませんか?

私が知りたいのは、空間あるいは時空の歪みの話なんですよ。

お礼日時:2020/10/31 17:03

子持ちの地域猫ボランティアさんたちgs


白子を猫に食べさせてますよ

停留睾丸も卵巣嚢腫も一緒でしょ?
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この回答へのお礼

はい?(理解不能)
¯\_(⊙_ʖ⊙)_/¯

お礼日時:2020/10/31 17:05

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