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 できれば文型の素人にもわかるように教えて頂けると嬉しいです^-^) 高校段階では重力については「そういう力が存在する」ということで、それをもう一段詳しく説明するとどのようにして生じている力なのか? などの説明は無かったように思います。
 実験で存在することが証明されているということなのだろうと思いますが、その力の構造というか源は何なのでしょうか? 

A 回答 (3件)

高校の物理でやるようなニュートン力学によれば、


重力がどうゆう式に従って働くか示すことが
できます。
 また、大学でやるようなアインシュタインの
相対性理論では、リーマン幾何学と
呼ばれる幾何学に出てくる、曲率、つまり
空間のゆがみを表す式で重力を表現できる
ことがわかります。
 しかしこれらは説明のためのモデル、たとえ話
ようなもので重力の本質を表現していません。

>実験で存在することが証明されているということなのだろうと思いますが、
 
 証明されていません。

 重力という力が存在するかどうかについては、
究極のところでまだ議論が分かれています。

 究極のところとうのは、例えば高校や
大学の授業で、力は存在しないかも
しれななどと説明しませんが、本当に
存在していると証明できるのかと専門家に
聞けば、困ってしまうはずだということです。

 物体の運動や落下という現象については、
記録に残るところだと紀元前400年くらい
の古代ギリシャからあるのですが、
運動や落下の説明に、物体の外部に力が
存在するなどという説明はされておらず、
全ては物質そのものの性質として説明
されていました。
 草木が伸びていくのは、空から引力が
働いて引っ張られていくからではなく、
成長という性質があるからですね。
同じように物体は地面に近づこうとする
性質があるとして、落下を考えていたんです。

 この考えと違った解釈を考えたのが、
17世紀のイギリスのアイザック・ニュートン
で、運動には力という外的要因があるとして、
力の分類や名前付けをしたんです。
重力とか遠心力とかの分類や命名は
ニュートンの思想がそのまま残ったもので、
同時代のイギリス王立学会会長ロバート・
フックはもう少し違ったネーミングを
していました。

 今の日本の教育は、このニュートンの
思想に基づいているので、力の存在
なしに物理現象を理解しようとするのは、
理系の人間でもかなり難しいことです。

 因みにほぼ同時代のフランスの
数学者にして哲学者として有名な
ルネ・デカルトはニュートンの言う
重力の存在に否定的でした。

>その力の構造というか源は何なのでしょうか? 

 何かの振動が根源だろう、というところで
多くの人の意見は一致すると思いますが、
何の振動なのか全く不明です。

 現代哲学で言う現象論など少し
分かると理解しやすいはずなんですが、
今人間がやっている測定や観測という方法では、
現象を捉えているだけで、実体とか本質を
捕らえることができないんです。

 物を見ると言う単純な観測行為を考えても、
物から跳ね返ってくる光を捕らえているだけ
です。
 ですから光さえくれば、そこに何か
があるように人間は感じてしまうので、
これを利用したのが、テレビ画面と言って
いいと思います。
 物なら直接手で触れればいいと思うかも
しれませんが、触れても直接原子の中心である
原子核やその周りをまわっている電子に触れて
いるわけではなく、(今の物理学の解釈で
言うと)クーロン力という電気的な力くる
斥力で、手の原子と物体の原子は遠ざけられて
いて、互いに宙に浮いたような状態なんです。

 人間が何かが存在していると感じる、
あるいは測定できるのと、実際にそこに
ものが存在しているというのは必ずしも
一致しないんです。テレビの画面のように。

 重力も、物の重さという形で測定
できますが、無重力のところで、
誰かがヒモでそのものを引っ張って
いても同じように引力して測定できてしまう
ことも考えられるわけです。
本当は重力など存在せず、ものには
人間の見えないところに必ず手が
ついていて、それで床を引っ張るので、
物には重さがあるように感じている
という説明もあるかもしれません。


 重力のように、外的な力の存在なしに、
ものの性質として説明する古代ギリシャの
考え方として、現在でも残っている
のは、高校の物理でいうと慣性の法則と呼ばれるものです。
「止まっているものは外的要因がなければ
 いつまでも止まっていようとする。動いて
 いるものはそのまま運動し続けようとうす。」

 この慣性の法則、物体にそうゆう性質があると
説明されているだけで、重力のような外的
要因の説明がなく、どうしてそうなるのですか?
と物理の先生に聞いても答えがありません。



 

 
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この回答へのお礼

 非常に丁寧に回答を頂いてありがとうございました^-^) 重力の存在が実際に証明されているわけではないということはびっくりしましたが、よくわかりました。慣性の法則についても改めて考えてみるとなぜなんだろう???という疑問が湧きます。

お礼日時:2005/03/20 01:43

>実験で存在することが証明されているということなのだろうと思いますが、その力の構造というか源は何なのでしょうか?



 ボールを持っていて、手を離すと通常ボールは下に落ちていきますね。これは万人が認めることだと思います。(存在の証明?)

 このとき、「下に引く力が働いてボールが下に動いたのだ」と天才は考えました。
 さらに天才は、その力がどのような法則関係にあるかを調べました。その関係を「万有引力の法則」と名づけました。↓
http://db.gakken.co.jp/jiten/ha/506690.htm

 その法則関係を使うと、天体の運動を極めて明快に説明、計算できて、日食や月食の予測や、月や火星にロケットを打ち込むことも出来ます。

 ただし、関係式からも解かるようにこの力は極めて弱い力ですから、ペットボトルの近くにあるピンポン球との間に働く程度では、測定出来ない値になりません。地球レベルの大きさが必要ということになります。

 自然法則で、よく「なぜなぜだから何々である」あるという言い方をしますが、正確には、「現象の因果関係を説明する」に過ぎません。

 電子があるといってもそれ自体を手にとって見たことがあるわけでなく、間接的に表現できているに過ぎませんが、電子というものを考えることで、PCを使ってインターネットを駆使したりすることが出来ています。

 つまり、基本的にその源を説明するのでなく、現象の因果関係を説明しているに過ぎません。

 最初の話に戻りますが、仮に「手を離すとボールは下に落ちていくことが一般的な現象でなく、空に向かって飛んでいくのが一般的な現象である」と言うことであれば先の話は全てご破算になるという訳で、別の説明が必要ということです。
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この回答へのお礼

回答ありがとうございます^-^)
 現象の原因をどんどん探っていけるならば終わりが無いし、それに枝分かれしていって最初の現象自体との因果関係も失われていくでしょうから「根本的な原因」と考えると哲学的な話になってしまうのだろうと思えます。ただ自分としては「重力」という言葉はよく聞く言葉なので、もう一段か二段、その因果関係が知りたい気持ちでした。

お礼日時:2005/03/20 01:16

詳しい説明は専門の人に譲るとして、素人の私でも


イメージできた例えを紹介します。

なんていうか、高質量の物があると空間が歪むんだそうです。
 1,布団を敷きます(できれば2枚重ねとか)
 2,その上に、水入りのペットボトルとか重い物を乗せます
 3,ペットボトルの近くにピンポン球でも置いてみましょう
どうですか?ペットボトル(高質量の物体)に向かって
ピンポン球が近づいていきますよね?これが重力らしいです。
実際は3次元ですので上の例えでは不十分ですが、大体こんな
ふうなんだ~って事を感じてもらえれば嬉しいです。
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この回答へのお礼

回答ありがとうございます^-^)
ペットボトルを置いたことによって布団の表面が歪むことが空間の歪みを表しているということですよね。なんとなくワープの説明(漫画ですけど^-^;)で同様の話を聞いたことがあるように思えます。
 イメージとして非常に捉えやすくなりました。 

お礼日時:2005/03/20 01:02

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Q重力が発生する仕組みの説明って、これはアリですか?

数学を使って説明できたら、ノーベル章確実って聞いたのですが、
こういう解釈は、ノーベル無理ですか?
アインシュタインを気取りたいのですが・・・

というか、数学的に説明するとは、具体的にどのようにするの?

私的に重力の解釈は、哲学っぽいです。
以下は、その説明

重力は存在していなく、空間が空間を押しているという考え方にたどり着きます。

空間の広い場所の真空は、空間の狭い場所の真空へ、押す力が働きます。
空間の境界線に物を置いたら、狭い方へ動くらしいです。
http://www.geocities.co.jp/Technopolis-Mars/1894/ucyu-bocyo.htm

これはある意味、真空の濃度が濃い方から、薄い方へ押す力がはたらいているという意味になります。
これは、真空が真空を押すという概念である。

物が空間にあるとき、物が空間を占領している分だけ、真空の濃度が薄くなる。
例えば、何も無い(真空)の上に空気や、元素、物体が存在するお陰で、真空の濃度は薄くなる。
反対に物が占領していない空間や、物の周りや、物の表面は、真空の濃度が濃くなる。

地球で例えると、宇宙は地球よりも真空の濃度が濃いので、宇宙空間が地球を押しているのです。
宇宙から大気へ、大気から地表へ届くまで、少しずつ真空濃度が薄くなります。
宇宙が大気を大気が地表を押すのです。
私達が、実際に感じている重力は、大気に押されているということです。

相対的な真空の濃度によって押す力が決まる訳で、比べるものがあって、力関係が成り立つ。

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Aベストアンサー

oinieagaさんこんばんは。

きつい言い方してすいません。
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ただ、それを考えた後は正しいかどうかを可能な範囲で検証されることをお勧めします(えらそうですいません)。
それによって自信がつくこともあれば誤りも見つかるしよりいっそう自然を理解できると思います。

>陽子と中性子が結合して、無の空間が発生した訳では、ありません。
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oinieagaさんこんばんは。

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Q四次元というのはどんな世界ですか?

そもそも我々の住んでいる世界は三次元ですか、四次元ですか?
三次元の世界とは縦横高さのある空間の世界だと思います。
これに時間の概念を足せば四次元になるのでしょうか?
我々の世界にも時間があるので、四次元といってもいいのでしょうか?
それとも四次元とは時間とは無関係の世界なのでしょうか?
あるいは時間と空間を自由に行き来できるのが四次元なのでしょうか?

よろしくお願いします。

Aベストアンサー

>そもそも我々の住んでいる世界は三次元ですか、四次元ですか?

4次元であると考えると都合がいいというのが
現段階の結論です。

 100年ほど前、スイスのチューリッヒ工科大学
のミンコフスキー教授が物理学的な4次元の理論というのを
考えました。物理的な計算をするのに、縦、横、高さ
方向以外にもう1つ方向があるとして計算すると
うまく計算できることがあるというもので、
彼の教え子の一人が、4次元時空の理論と
して有名な相対性理論を完成させた、アルバート・
アインシュタインでした。
 彼は、リーマンという数学者が作った、
曲がった空間の幾何学(現在リーマン
幾何学と呼ばれています)を使い、4次元の
空間が歪むという状態と、重力や光の運動を
あわせて説明したんです。これが相対性理論。

>これに時間の概念を足せば四次元になるのでしょうか?

 物理学的にはそうです。

 相対性理論の話に関連付けて説明するとこんな感じです。
例えば、下敷きの板のような平面的なもの(数学的には
これを2次元空間と言ったりします)を曲げると
いう動作を考えてみて下さい。下敷きに絵が書いて
あったとして、曲げながらそれを真上から見て
いると、絵は歪んで見えます。平面的に見て
いても下敷きという2次元空間が歪んでいる
ことが感じ取れます。
 2次元的(縦と横しかない)な存在である下敷きが
歪むには、それ以外の方向(この場合だと高さ方向
ですが)が必要です。

 19世紀に、電気や磁気の研究をしていた学者たちが、
今は小学校でもやる砂鉄の実験(紙の上に砂鉄をばら撒いて
下から磁石をあてると、砂鉄が模様を描くというやつです)
を電磁石でやっていたときに、これは空間の歪みが
原因ではないかと直感したんです。
 電磁石の強さを変えると、砂鉄の模様が変化します。
これを砂鉄が動いたと考えず、砂鉄が存在して
いる空間の歪みが変化したのでは?と考えたんです。

 3次元の空間がもう1つ別な方向に曲がる。
その方向とは時間という方向だということを
証明したのが、相対性理論だったんです。


>あるいは時間と空間を自由に行き来できるのが四次元なのでしょうか?

 4つ目の方向である時間は、存在していても
その方向に、人間が自由には移動する方法は
現在ありません。時間方向を自由に動ける機械と
いうのは、タイムマシーンのことなんですが。

 日常生活を考えてみたとき、縦、横といった
方向は割りと自由に動けます。1時間ちょっと
歩けば4kmくらい楽に移動できますが、
道路の真中で、ここから高さ方向に
4km移動しろと言われたら、人力だけでは
まず無理でしょう。
 飛行機やロケットといった道具が必要と
なります。
 時間方向というのは、このように存在していても
現在のところ自由に移動できない方向なんです。

 例えば、人間がエレベーターの床のような
平面的な世界に生きているとしましょう。

 この場合、高さ方向を時間と考えて下さい。

 エレベーターは勝手に下降しているんです。
この状態が、人間の運動と関係なく、時間が
経過していく仕組みです。

 人間もほんの少し、ジャンプして高さ
方向の移動に変化をつけることができます。

 同様に時間もほんの少しなら変化をつける
ことができます。

 エレベーターの中で、ジャンプすると
ほんの少し下降を遅らせることができる
ように、時間もほんの少し遅らせることは
できるんです。




 

>そもそも我々の住んでいる世界は三次元ですか、四次元ですか?

4次元であると考えると都合がいいというのが
現段階の結論です。

 100年ほど前、スイスのチューリッヒ工科大学
のミンコフスキー教授が物理学的な4次元の理論というのを
考えました。物理的な計算をするのに、縦、横、高さ
方向以外にもう1つ方向があるとして計算すると
うまく計算できることがあるというもので、
彼の教え子の一人が、4次元時空の理論と
して有名な相対性理論を完成させた、アルバート・
アインシュタイン...続きを読む

Q重力とはなんでしょうか?

ふと、重力について気になりました。
手元の本を持ち上げ、離すと地面に落ちますが、
ひもで引っ張られたわけでもなく、磁力で引っ張られて
いるわけでもありません。

一体、何故、本は落ちるのでしょうか?
万有引力とは、一体どういう原理の力なのでしょうか?

Aベストアンサー

ひもでひっぱるのも,磁力でひっぱるのも,重力でひっぱられるのも,
それらは全て同じように「遠隔に働く力」によるものです.

ひもでモノひっぱると持ち上がるのは,紐とモノの原子・分子の間に
電気的な力が働く(クーロン力)からです.

ほっぺたをたたいていたいのも,手のひらの分子が
ほおの分子を電気的に反発させて押すからです.

従ってまず,「遠隔に働く力が普通のこと」だとの認識が必要です.

次に「なぜ」ですが,
どういう仕組みで落ちるか,は理論物理でいま頑張られているところです,
超弦理論は重力の仕組みを説明する可能性のある理論のひとつです.
でも「なぜそういう力が存在するのか」は,現在の物理の課題にはなりにくいと思います.
しかし重力の仕組みが解明されれば,こういう必然性があって
この程度の大きさの力として現れる重力があるのだ,と説明される可能性もあります.

物理は多くの「なぜそうなるのか」に答えてきましたが,
その都度「なぜそうなるようにそうなるのか」と言う疑問が次々に湧いて来ました,
ひとつずつ進んでいるところだと思います.

重力や電磁気力などがなぜこのような大きさの力で働くのか?については,
それぞれの定数がなぜその大きさになっているか,に関係があります.
これらの力に大きく関与する定数で無次元化したものが「微細構造定数」で,
現在の我々の宇宙の微細構造定数は「うまくできている」ような大きさになります.

それはなぜか?

まだ仮説である理論に基いて書かれたSFチックな文章を下記に示しておきます.
壮大な結論が待っていますよ.

http://homepage3.nifty.com/iromono/hardsf/darwinuniv.html
http://homepage3.nifty.com/iromono/hardsf/index.html

参考URL:http://homepage3.nifty.com/iromono/hardsf/darwinuniv.html,http://homepage3.nifty.com/iromono/hardsf/index.html

ひもでひっぱるのも,磁力でひっぱるのも,重力でひっぱられるのも,
それらは全て同じように「遠隔に働く力」によるものです.

ひもでモノひっぱると持ち上がるのは,紐とモノの原子・分子の間に
電気的な力が働く(クーロン力)からです.

ほっぺたをたたいていたいのも,手のひらの分子が
ほおの分子を電気的に反発させて押すからです.

従ってまず,「遠隔に働く力が普通のこと」だとの認識が必要です.

次に「なぜ」ですが,
どういう仕組みで落ちるか,は理論物理でいま頑張られているとこ...続きを読む

Q太陽も公転してるの?

ものには重力があり、地球は太陽に、月は地球に引き尽きられているということはよく聞きます。

では太陽も公転しているのでしょうか?何かの重力によって決まった軌道があるんでしょうか?
まさか宇宙の中を浮遊しているわけじゃあないでしょうし。(もしそうなら太陽のそばを離れられない地球も、漂流してることになるし)
どの星もどこかの星の重力を受けているとは思うのですが、太陽系自体もどこかの星の周りをまわっているのですか?それともじっとしてるのでしょうか?
恒星は、重力同士がつりあってバランスよくいつも同じような配置になっているのでしょうか?

考えてるとわけがわからなくなってしまいます。

また、彗星ってありますが、あればどうして独自の決まった軌道なのですか?

wかりやすく教えていただくとありがたいです。

Aベストアンサー

太陽は直径10万光年の銀河系の中心から約28,000光年の位置で、一周
約2億2600万年で公転してます。決まった軌道かというとバルジといわれる
中心部だけでなく広く恒星が分布しており、引力の計算が膨大で観測も
百万分の一周もしてないので、一周で同じ位置になるかはわかりません。
周りの星も動いており、数万年単位では星座も形が変わります。
(参考URL に10万年後の北斗七星などあります。)
銀河系同士も近づくものがあったり遠ざかるものがあります。

彗星の軌道は、独自の決まった軌道というより、太陽に近いものは、太陽系
誕生の時か誕生から今までに構成物質がほとんど大きな惑星に吸収されたの
ではないでしょうか。太陽系のはずれにあるものが重力のバランスを崩し太陽に
落ちてきたものでしょう。その中ではずれに戻るときに木星や海王星に捕まり
数十年の周期の軌道になったものがよく知られています。有名なハレー彗星は、
ニュートンに教えられたハレーが軌道計算して、周期76年とわかった海王星族
です。

参考URL:http://www2.synapse.ne.jp/haya/cosmsurf/

太陽は直径10万光年の銀河系の中心から約28,000光年の位置で、一周
約2億2600万年で公転してます。決まった軌道かというとバルジといわれる
中心部だけでなく広く恒星が分布しており、引力の計算が膨大で観測も
百万分の一周もしてないので、一周で同じ位置になるかはわかりません。
周りの星も動いており、数万年単位では星座も形が変わります。
(参考URL に10万年後の北斗七星などあります。)
銀河系同士も近づくものがあったり遠ざかるものがあります。

彗星の軌道は、独自の決まった軌道というより...続きを読む

Q地球が自転をする理由を教えてください。

宇宙が誕生したときから回っていたのでしょうか。
もしそうだとしたら、宇宙は回転してるのでしょうか・・・・?
更に発展して考えると、星はすべて同じ方行に回転してるのでしょうか。。。。
このあたりの知識はほとんどないので、的外れなことを言っていたらすいません。
どなたか教えてください。

Aベストアンサー

 
何故「地球の自転」が始まったのか、天体力学的な説明をしていませんでした。正確にどういう過程であったのか、おそらく推論とシミュレーション計算しかないだろうと思いますので、ここで、推論による自転運動の開始を述べてみます(これは重力による形成を考え、原始星雲間ガス雲の圧力機構や、ガス雲の磁場などは省略しています)。

少し難しいかも知れませんが、回転モメントとは何かとか、どうやってそれが得られるのか、というのは、きちんと書いた方が、たとえ分かりにくくても、イメージとして妥当なものとなるはずです。

----------------------------------------

最初に、太陽の自転や、太陽系の惑星の公転が何故起こったのかの説明をします。先の参考URLに記されていることですが、太陽と太陽系は、同じ起源で、同じメカニズムでできあがります。

つまり、太陽を含め、標準的な星は、かなりな空間に広がった、濃密なガスの雲から生まれます。大体、数百光年ぐらいか、もう少し小さい範囲に、この「星雲間原始ガス雲」は広がっています。

太陽ができるためには、或る程度安定状態にある、この広い範囲に一様に広がっている原始ガス雲に対し、何かの「刺激」が加わって、密度に濃淡ができ、この濃い部分から、星つまり、太陽の原始的なガス雲が発達するとされています(別の説明もあります)。

この「刺激」として、一つの説に、超新星爆発で起こる「重力衝撃波」が考えられています。重力衝撃波は一様なガス雲に衝突し、抵抗を受けて、ガス雲の密度に偏りを与えます。これが、或る広い空間内で、一斉に多数の星がほぼ同時的に誕生する理由ではないかと考えられています。

密度に濃淡ができると、濃い部分が、重力的に次第に収縮して行きます。これらは、段々、球に近い形の大きなガスの雲になり、その中心部は、特に密度が濃くなり、この部分がやがて、太陽あるいは恒星本体になります(収縮過程で、「連星」が造られることが多いのですが、以下は、惑星系を備える太陽のような星の形成です)。

ここで、球の形に広がった原始太陽系ガス雲を考えます。もし、このガス雲が、中心の前原始太陽の中心を点中心として、完全に点対称に分布していた場合、ガス雲は重力で収縮して、やがて、太陽・恒星になります。ただし、この恒星は、自転もしていなければ、惑星も備えていません。

こういうことは、実はありえないことなのです。

--------------

問題を簡単に考えるため、「二体問題」という天体力学の問題を考えてみます。これは、二つの天体しかなく、両者が、重力で引き合っているとき、どういう運動になるかという問題です。

どこかでスタート時点が必要なので、スタートを決め、スタート時点で、この二つの天体は速度を持っていないとします。つまり、静止状態から、重力による引力作用の運動が始まるのです。

この場合の答えは、二つの天体の重心を結ぶ線に沿って、直線方向に二つの天体が接近して行き、最後には、衝突するという運動になります。実は、この運動の仕方が、上で述べた、原始太陽系ガス雲が、完全に点対称に均一に分布している場合に当たります。

一般には、二体は、スタート時点で、それぞれ速度を持っています。自由な方向に向け、ある大きさの速度運動を行っているのが普通です。この天体二つについてのそれぞれの速度と、天体のあいだの距離、天体の質力を、初期境界条件と呼びます。

二つの天体の運動は、初期境界条件によって、変化します。しかし、大きく分けて三つの運動になります。一つは、直線軌道を辿ってストレートではありませんが、互いにぐるぐる周り合ったりした後、結局、衝突するという運動です。

もう一つの解のタイプは、二つの天体が、楕円軌道を相互に描いて、互いの周りを回り合うという運動です。この運動、つまり、楕円軌道での回転運動は、何か余計な別の第三の天体とか、空間の塵の抵抗などがない限り、原理的に、永遠に、この楕円回転運動を続けます。

第三の場合は、初期条件の速度が大きい場合で、この場合、重力の力よりも、速度運動の方が大きいので、二つの天体は、一時近づいても、やがて離れて行きます。この第三の場合は、初期ガス雲の収縮では関係がありませんので無視します。

実は、衝突に結果する、初期条件というのは、難しいです。二体問題では、楕円軌道での回転運動に到達するというのが、きわめて一般的な答えです。

(ただし、これは、二つの天体が、同じぐらいの質量を持つ場合です。太陽と彗星のように、桁違いの質量を持つ二つの天体だと、軽い方の天体が、ある程度の大きさの初期速度を持たない場合、放物線軌道を描いて、太陽と衝突します。太陽と衝突もせず、楕円軌道にもならない場合……これは、天体が最初に大きな速度エネルギーを持っていた場合です……、双曲線軌道を描いて、軽い天体は、永遠に太陽から離れて行ってしまいます。この話では、こういうケースは、除外して考えています)。

同じぐらいの質量の二体問題では、二体の運動は、(初速エネルギーが小さければ)もっとも普通には、楕円軌道になるということを上で述べました。楕円軌道とは、円軌道もその一種、特殊な場合で、これは、二つの天体が、相互に公転し合っていることで、天体システム全体としては、回転モメントを得たことになります。

回転モメントというのは、質量ある物質が回転している場合、それを止めようとすると、力がいることからも分かるように、ある「慣性に似た力」を持っていることです。回転モメントがあると、これを減らす力が働かない限り、何時までも回転運動は続きます。

--------------

そこで、原始太陽系ガス雲に戻ると、ガス雲は、重力で、中心に収縮して行きます。中心の方向に引力があるので、引力に引かれて、ガス雲は、直径が段々小さくなって行くのです。また、中心部分の密度は、加速度的に大きくなって行きます。

ここで、コンピュータ・シミュレーションで数値計算でもしないと分からないのですが、収縮する原始ガス雲は、決して綺麗な点対称ではなく、部分部分で密度などに偏りがあるということがあります。

こういうガス雲が収縮して行くと、どうなるかと言いますと、ガスを構成する宇宙塵の大きさはほぼ同じぐらいで、局所的なガス団の大きさも似たようなものなので、先に述べた、二体運動の一般的な解の運動になります。

つまり、楕円軌道を描く、回転モメントを持つ運動になるのです。しかし、原始ガス雲は、三次元に広がった、大体球形をした非常に多くの微粒子の集合で、二体問題とはまた違います。

そこで、ある粒子群は、二体運動の解のような運動に近づいて行き、別の粒子群も同じような運動に近寄って行くという過程が考えられます。これはどういうことかというと、「ガス雲が回転運動」を始めるのですが、回転面が必ずしも一つではなく、回転方向も、360度の自由な方向で、一方向とは決まっていないということです。

しかし、こうした、回転面の異なる回転運動傾向は、互いに相互作用し合って、次第に、統合されてきます。方向の違う回転運動は、その中間値の方向になり、最終的に一種類の回転運動になると考えられます。

違う方向の回転運動が相殺し合って、回転がゼロになるという可能性はあるのですが、それはきわめて珍しい事態だと考えられます。実際は、数値シミュレーションをしないと、どうなるか分かりませんが、こういうシナリオに従うはずです。

非常に大きな直径で、一つの回転面でガス雲が回転運動をし、同時に中心に向かって収縮して行くと、元は、球形をしていたガス雲が、形を変えて、回転面にほぼ載った、円盤型のガス雲となります。この円盤は、そして回転しており、収縮につれ、円盤の大きさが小さくなればなるほど、回転速度は速くなって来ます。

やがて、中心の非常に濃密なガス雲の塊は、もの凄い質量の塊となって来て、これが原始太陽となります。

円盤のガス雲はますます平たくなって来て、中心の原始太陽の周りで、公転軌道を描くようになります。無論、その他にも、もっと希薄なガス雲が、原始太陽をはるか離れた距離に、残されたような状態で存在しています。

この頃には、ガス雲は、冷却と、重力で、近い距離のものが、衝突し合い、まとまって来て、直径数十キロメートル程度の微小天体(微惑星)になります。しかし、固体化しなかったガス雲は、太陽系のなかで、安定した円盤となって存在し、これが、微小天体の原始惑星への成長を促進します。

微小天体は、公転軌道を回る内に、衝突し合って、段々大きな天体ができて来ます。これらの原始天体は、公転軌道のある距離を置いて、代表的に形成されて来ます。これが、原始水星であり、原始金星、原始地球、原始火星などです。

木星や土星は、地球などとは、少し異なる生成のされ方をするのですが、ここまでで、太陽系の惑星系の公転の原型ができたことになります。太陽は無論、回転の中心ですから、公転方向と同じ方向に自転していて、やがて、内部で原子反応が生じ、これまでの重力陥没による熱発生とは違う原理のエネルギーで輝き始めます。

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原始太陽系は以上のようにできます。

この時点で、各惑星、例えば、原始地球には、未だ自転運動がないものとします。今までの話では、どこからも、惑星の自転に必要な回転モメントは提供されていないからです。

原始地球は、その重力で、近くの軌道の微小天体を徐々に引き寄せ、落下させ吸収し、大きくなって行きます。

この際、原始惑星ほどの質量になると、太陽系にあるガス雲を重力で引き寄せ、かなり大きな「ガス大気圏」を造り、このガス大気で、微小天体を失速させて捕捉するという過程が、重力的な捕捉以外のプロセスとしてあります。

原始金星の重力の取り分の微小天体、原始地球の取り分、原始火星の取り分と、それぞれ微小天体は、その公転位置によって、近い方の原始惑星にやがて取り込まれることになります。

この過程で、原始地球の公転軌道より、外側の軌道にある、同じ質量と、同じ距離、離れた、二つの微小天体が、原始地球に引き寄せられ、原始地球に落下することを考えます。二つの微小天体は、分かり易いように、原始黄道面で運動するとします。

この場合、原始地球が仮に静止しているとします。地球と微小天体のあいだの相対運動で、原始地球の方が圧倒的に質量が大きいからです。

二つの微小天体は、公転の進む方向、前にある天体と、その反対の後ろにある微小天体です。原始地球が静止しているとすると、地球より外側の軌道は、公転速度がより遅いので、同じ瞬間に地球へと、衝突軌道を進み始めた二つの微小天体は、公転の速度の違いで、異なる軌道を描いて、地球の表面に衝突します。

前の微小天体は、「原始地球引力による速度+公転速度の差」で、原始地球に衝突します。後ろの手微小天体は、「原始地球引力による速度-公転速度の差」で、原始地球に衝突します。見かけ上では、前の微小天体の方が激しく地球に衝突し、結果的に、地球を、太陽系公転の逆方向に回転させるように見えます。

しかし、これは衝突速度だけを考えた場合で、衝突軌道を考えると、前の微小天体は、より鋭い楕円軌道を描き、太陽系の外に向けた地球の表面にではなく、もっと、公転方向の前進方向当たりに、垂直に近い形で落下衝突します。

それに対し、後ろの微小天体は、ゆるやかな楕円軌道で、太陽系の外に向けた地球の表面近くで、地面に平行に近いような形で、落下衝突します。

前の微小天体の落下は、速度は大きいですが、落下位置と角度から、偶力としての力は弱く、むしろ、後ろの微小天体の落下の方が、速度は小さくても、落下位置と角度から、地球を公転と同じ向きに自転させる偶力として作用するように見えます。

これは、様々な軌道の微小天体について、前と後ろで、結果的に、どちらの回転モメンタムの寄与が大きいのか、計算してみないと分かりません。しかし、直観的には、少々の速度があっても、回転偶力として作用しにくい前の微小天体の衝突は、後ろの微小天体の衝突の影響に消されるように思えます。

原始地球よりも、内側の軌道にある微小天体の衝突落下では、丁度、これと逆のことが起こります。原始惑星の持つガス大気が、この衝突運動を緩和しますが、それは、前向き、後ろ向きの微小天体共に働く影響です。

原始地球を、公転と同じ向きに回転させようとする偶力と、その反対の方向に回転させようとする偶力と、全体としてどちらが大きくなるかは分かりませんが、「均衡する」という可能性はまずありません。

外側の軌道にある微小天体の数が圧倒的に多いためか、また、ガス雲が、はるか外側から、引力圏内に、微小天体を供給するためか、結果としては、地球は、公転と同じ方向の自転モメントを得ています。

いずれにしても、このシミュレーションは、どの惑星でも成り立ち、公転と同じ向きに回転させようとする偶力が、総和として大きくなるのだと考えられます。

これが、原始地球、そして最終的に、惑星地球が、公転と同じ向きの自転の回転モメントを獲得する過程です。この過程は、原始地球が形成される初期にも、ありえると考えられます。

しかし、最終的に、微小天体(微惑星)の衝突によって、自転モメントを地球は獲得し、また、諸惑星も同様の機構で、回転モメントを獲得し、公転と同じ向きに、自転するのだと考えられます。
 
 
超新星爆発のエネルギーは、最初に述べた、星雲ガスの収縮の起動となる、衝撃波を造ることと、実は、星の誕生の源である、星雲間ガス雲の存在が、超新星爆発エネルギーと密接に関係しているはずです。

太陽系を造ったガス雲には、超新星爆発でしかできない重元素が最初から含まれていたのですから、この星雲間ガス雲の起源は、超新星爆発に遡っていることは明らかなのです。
 

 
何故「地球の自転」が始まったのか、天体力学的な説明をしていませんでした。正確にどういう過程であったのか、おそらく推論とシミュレーション計算しかないだろうと思いますので、ここで、推論による自転運動の開始を述べてみます(これは重力による形成を考え、原始星雲間ガス雲の圧力機構や、ガス雲の磁場などは省略しています)。

少し難しいかも知れませんが、回転モメントとは何かとか、どうやってそれが得られるのか、というのは、きちんと書いた方が、たとえ分かりにくくても、イメージとして妥当...続きを読む

Q重力と引力の違いは?

重力と引力の違いは何なのでしょうか。

(もしくは、引力と重力の違い:ログ検索用)

素朴な疑問ですみません。

Aベストアンサー

天体の中心に向かって引っ張られる力が引力ですが、地球は自転しているために外にひっぱられる力(遠心力)もはたらいっています。重力はこの二つの力を合わせたものです。赤道付近は遠心力が大きいので、重力は小さくなります。南極や北極は遠心力が働かないので重力が大きくなります。南国に行くと身も心も軽くなるのは、暖かいからだけではなく重力が軽くなるため

だそうです。

参考URL:http://www.dspace.mitsubishielectric.co.jp/space_qa/q_16.html#

Aベストアンサー

 古典論の範囲ではおそらく等価原理は正しい。しかし重力も量子化せずには済まなくなって来ています。論理的な理由の他に、宇宙の始まりやブラックホールの中など量子重力が重要になる現象が考察できるようになってきたという実際的な理由があり、観測的にもこれまでとても手が届かないと思われていた量子重力のエネルギースケールが超弦理論では大幅に引き下げられ、観測できる可能性も議論されています。Theory of Eerythingと等価原理のどちらを優先するか?多くの物理学者は統一のためなら等価原理を古典論の範囲だけで成立するものに格下げすることに躊躇はしないと思います。量子重力理論では等価原理が成立しなくなる可能性が考えられています。
http://aps.arxiv.org/PS_cache/gr-qc/pdf/0312/0312044v2.pdf
等価原理も金科玉条とは思わない方が良い。なお一般相対性理論はガリレイやニュートンもすでに知っていた慣性質量と重力質量の等価性を仮定しているだけでなく、強い等価原理を仮定していることを注意しておきます。

Q磁力とはなんですか?

磁石に鉄を地が付けると付くのは判ります。電磁力などについても理解しているつもりです。でも、磁力の本質がわかりません。
物理学の本を見ても、あたりまえのように磁力・磁力線と言う用語が出てきます。
そこで質問です。磁力とはなんですか?

Aベストアンサー

磁力の本質というのは根元的な質問でどう答えるのか難しいですね。
現状では単磁極粒子(モノポール)は見つかっていないので、磁石は必ずNS極の対で存在します。
その基は電子のスピンと軌道によります。もちろん原子核も同様のスピン等による磁力を持っていますが、
一般的な現象はすべて電子による物と言えます。

つまり、電磁石と同じ、電荷の移動によって生じる力が磁力と言うことになります。

通常スピンは上向き下向きが揃うとエネルギーが低いために一般的な原子は、その電子のスピンなどが中和されて、磁力を外部に出さないため磁力に反応しない
鉄や希土類などの強磁性物質は、一部の電子のスピンが揃って(中和せずに)、磁性が生じているために磁石によく反応します。

理科年表などを確認していただくと磁化率をわずかでも持っていますので、全く反応しないわけではありません。
また、歳差運動により反磁性も存在します。強磁界に水を入れると反発します。
うまくすれば蛙などが浮く実験をやることが出来ます。

場の理論により、すべての力は粒子が介すると解釈できるのですが、その場合電磁力を介する粒子は光子です。
つまり磁力は光子と言うことも出来ます。

と言うのが現象的な説明になりますが、根本的に何者なのか、逆に電気力とは電荷とは何ですかと言う根本的な質問には答えられないですね。
これも当たり前の様に電気力、電気力線などと言う用語が出ます。
電磁波と言う波を作ることから、この世界の根本的な構成体のゆがみなのかもしれません。

磁力の本質というのは根元的な質問でどう答えるのか難しいですね。
現状では単磁極粒子(モノポール)は見つかっていないので、磁石は必ずNS極の対で存在します。
その基は電子のスピンと軌道によります。もちろん原子核も同様のスピン等による磁力を持っていますが、
一般的な現象はすべて電子による物と言えます。

つまり、電磁石と同じ、電荷の移動によって生じる力が磁力と言うことになります。

通常スピンは上向き下向きが揃うとエネルギーが低いために一般的な原子は、その電子のスピンなどが中和...続きを読む

Q宇宙の中心はどこ?

現在、宇宙はすごい速度で膨張しているといわれていますが、どこを基準にして膨張しているのでしょうか、ビッグバーンがおきたのは、現在の宇宙のどの
へんなのでしうか?
関連の本によると、風船が膨らむように、宇宙がふくらんでいて、とくに中心はないとかいてありましたが
風船が膨らむのは空気の取り入れ口を中心に膨らんでいるとおもうのですが。
過去に同じ投稿があったか検索しましたが、わからなかったので質問します。

Aベストアンサー

 よく風船が例に出ますよね。ただし、風船を立体として捉えるのではなく、風船の表面だけを見てください。

 たとえば、風船の表面の数カ所にマジックで印を付けます。風船をふくらませると、それぞれの印がお互いにほぼ均一に離れていって、特に中心というのはないはずです。
 あるいは、球の表面を考えてください。立体としての球の中心はありますが、面(2次元)の世界として、球の表面に中心はありますか? ありませんよね?

 宇宙のとらえ方はきわめて概念的・論理的なものです。そのまま形にすることはできないので、単純化して2次元(面の世界)のモデルとしてよく例えられるのが、風船の表面です。

Qもし、地球の中心に行けたとしたら、重力はどうなるの?

地球の中心に到達することができたとしたら(そんなことは実際には無理ですが)、重力はどうなるのでしょうか?
高い山の上と地面では、重力は違うのですか?
(重力について)
高い山(富士山)に登ったとき、自分のからだが軽いとは思いませんでした。(あくまで、自分の感覚ですが・・・)
もし、地球の中心に到着して、重力がなくなるのであれば、地下を掘り進んでいくうちに、自分の体重が軽くなっていくということでしょうか?
逆のことですが、
宇宙旅行をしておられるのを見たときには、一瞬無重力になりますよね。ってことは、宇宙旅行とは、無重力状態になったときのことを言うのでしょうか?
重力の及ぼす範囲は、大気圏だけなのでしょうか?
あれは、大気圏外に突入したということでしょうか?
大気圏を脱出したときに、すごい熱が発生すると聞きました。

無知なのもので、わからないことばかりです。ご回答のほど、よろしくお願いいたします。
娘に質問されたのですが、わからないので困っています。

Aベストアンサー

>高い山の上と地面では、重力は違うのですか?

厳密には違います。
但し、人間が体感出来る事は無く、精密な機器で測定して初めて解る程度のものです。
また、地球の自転による遠心力との合成によって、赤道上は見かけ上の重力が若干弱くなりますが、これも人間が感じる事は出来ません。
因に赤道は地軸方向に比べ若干長い=地球は完全な球体では無く赤道の方が長い楕円形。
地球の中心に行けば「地球から受ける重力」は無くなります。

物体は質量が有れば重力を発生しますが、小さいとその力も微々たるものなので影響は殆どありませんが、天体ほどの質量になると色々なものを引き寄せます。
大きさでなく質量と書いたのは、例え角砂糖ほどの大きさであっても、質量が惑星や衛生と同じほどの質量が有れば何でも引き寄せるほどの強い重力を発生します。
ブラックホールはこれの大規模なものです。

>宇宙旅行をしておられるのを見たときには、一瞬無重力になりますよね。・・・

ちょっとこれは意味が解りませんが、天体からの重力を殆ど影響ないほど離れている宇宙空間と仮定すると、一瞬では無くずっと無重力状態です。
アニメやSF映画での宇宙旅行と云う意味でしたら、便宜上重力があるようにして有るだけです。
有名なものに「2001年宇宙の旅」のディスカバリー号が有りますが、映像では乗組員は回転する部屋にいます。
これは遠心力で疑似的に重力を作り出しているからです。
最も原始的なものとしてはマグネットやベルクロ(マジックテープ)を仕込んだ靴を使用して足が床に着くようにしてあるものがあります。
もし、天体からの重力の影響を受けない空間を宇宙と呼ぶのかと云う意味でしたら、少し違います。
一般的には大気圏外を宇宙と云い、大体地上125Kmくらいです。
また国際的な条約でも定義されているようです。
http://www.jaxa.jp/library/space_law/chapter_3/3-2-1-3_j.html
例えば、太陽を中心に地球が回っているのは太陽の引力=重力に地球が引張られているからです。
地球と月も同じ関係です。
この天体間を宇宙空間では無いとは思わないですよね。

>大気圏を脱出したときに、すごい熱が発生すると聞きました。

大気圏脱出だろうが突入だろうが鉄でも溶ける程の熱を発生します。
突入時は地球の重力に引かれて凄いスピードになりますし、大気圏を離脱するにもかなりのスピードがなければなりません。
この際に空気との摩擦による熱が発生します。
これは大気圏脱出、突入でなくても普通の飛行機でも同じです。
音速を越えて飛ぶ戦闘機なども勿論熱対策されています。

>高い山の上と地面では、重力は違うのですか?

厳密には違います。
但し、人間が体感出来る事は無く、精密な機器で測定して初めて解る程度のものです。
また、地球の自転による遠心力との合成によって、赤道上は見かけ上の重力が若干弱くなりますが、これも人間が感じる事は出来ません。
因に赤道は地軸方向に比べ若干長い=地球は完全な球体では無く赤道の方が長い楕円形。
地球の中心に行けば「地球から受ける重力」は無くなります。

物体は質量が有れば重力を発生しますが、小さいとその力も微々たる...続きを読む


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