どうして「質量があると空間が歪み、歪みに応じた重力が発生する」のですか。

どうして「質量があると空間が歪み、歪みに応じた重力が発生する」のですか。

No.9 回答者： mofl 回答日時： 2022/04/07 18:19

うちの１歳の孫娘の絵本（クリス・フェリー著、村山斉監訳）より抜粋。

「ニュートンは木から落ちるリンゴも太陽のまわりを回る惑星も、同じ力によって運動していることを発見した。
地上も天上も同じ力が働いているので『万有』引力と呼ぶ。
だがニュートンが発見したのは物体と物体の間で引力（重力）がどう働くか、であって、重力が「なぜ生じるのか」は解明していない。
離れた物同士が見えない力で引き合う理由は古代ギリシャ時代からの謎だった。
これを解明したのがアインシュタイン。
（一般相対性理論）
ニュートンは空間を「絶対不変の箱」のようなものと考えたが、アインシュタインは「空間自体も変化する」と考えた。
そして重力は空間が歪むことで生まれる、と結論付けた。」

他の回答者の回答にあるように、平面に重い球を乗せるとその質量によって沈む＝歪む。
そこに軽い球を乗せると直進せずに曲がっていく。
球が回転すれば別の動きで空間を歪ませる。
空間の歪みは目に見えないので、あたかも重い球が軽い球を引き寄せているように見えるが、これが重力の正体である。
この認識はとても大切で、人工衛星からの電波を受信して作動するカーナビは地球と衛星の間に生じる「空間の歪み」を補正しないとどんどん狂ってしまう。

一般相対性理論では物が動くとその質量によって生じた空間の歪みが「波」として伝わると予想した。
これは電荷を持つ電子が動くと電磁波が生じるのと同じように、質量のある物体が動くと「重力波」が生じることになる。
これはアメリカのレーザー干渉重力波観測所がブラックホールから届いた重力波を実際に検出して一般相対性理論が正しいことを証明し、ノーベル物理学賞を受賞している。

この回答へのお礼

御回答ありがとうございました。

お礼日時：2022/04/08 20:22

No.8 回答者： s_hyama 回答日時： 2022/04/06 01:07

質量欠損も結合エネルギーの一種で、

https://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%B3%AA%E9%87%8F …

結合により、前回答の自由落下や質量欠損のように解放されるエネルギーもあれば、静的重力場のように保存されるエネルギーもあるのね。

この回答へのお礼

御回答ありがとうございます。

お礼日時：2022/04/06 20:49

No.7 回答者： s_hyama 回答日時： 2022/04/05 19:57

無限遠の結合エネルギーが0

結合エネルギー（けつごうエネルギー）とは、互いに引き合う複数の要素からなる系において、その系がひとところに寄り集まって存在する状態と、粒子がばらばらに存在する状態との間での、ポテンシャルエネルギーの差のこと。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%B5%90%E5%90%88 …

結合状態の位置エネルギーが０

位置エネルギー（いちエネルギー）とは、物体が「ある位置」にあることで物体にたくわえられるエネルギーのこと。力学でのポテンシャルエネルギー（ポテンシャルエナジー、英：potential energy）と同義であり、主に教育の分野でエネルギーの概念を「高さ」や「ばねの伸び」などと結び付けて説明するために導入される用語である。https://ja.wikipedia.org/wiki/%E4%BD%8D%E7%BD%AE …

無限遠方（A＋B）➔結合状態（A’＋B'＋結合エネルギー）＋運動エネルギー
無限遠方から自由落下で失った運動エネルギーを位置エネルギーとして与える
（力学的エネルギー）ことにより結合エネルギーで形成された重力場を脱出し、無限遠方に戻る。

だから位置エネルギーっていうのは、失った運動エネルギーを記憶しておく量ともいえるね。
https://eman-physics.net/dynamics/potential.html

この回答へのお礼

御回答ありがとうございます。

お礼日時：2022/04/06 20:50

No.6 回答者： puyo3155 回答日時： 2022/04/04 14:04

>解釈が逆です。

重力が、空間の歪を生むのです。

これはさすがに明確に間違いです。質量が空間の歪みを生むのです。重力は空間の歪みから生じる見かけの力とされています。

＞どうして「質量があると空間が歪み、歪みに応じた重力が発生する」のですか。

物理学の法則に理由はありません。自然がそうなっているから・・・としか言えないのです。物理学とは、自然界の仕組みをなるべく単純な仮説から、合理的に説明できるようにする学問です。すべての法則や理論はその時点でもっとも確からしいと思われている仮説群です。

ちなみに空間が歪むと言うのは、３次元の時空を表現するモデルで、質量に応じて数学的な歪みを表現するモデルで数値化すると、生じる重力が適切に表現できますよ・・・という意味で、これを空間が歪んでいると言うのだろうか？という哲学的な問には、だれも答えていません。

簡単に言えば、

物理理論とはそう考えると、現象が都合よく説明できるから、その理論を正しいとみなしましょう・・・

ということですね。万有引力に比較すると、いきなり結論を提示したのではなく、より単純な仮説から理論が導かれていることが、理論が進んだということです。

質量があると空間が歪み、歪みに応じた重力が発生する・・・とは、具体的には、一般相対性理論の出した結論です。アインシュタインが１００年前に提唱した理論で、多くのマクロ現象や宇宙の現象を正しく説明しています。

ところが、これもミクロ現象（量子論の領域）には適用できません。また、これらを宇宙の現象に適用するときに、さまざまな論議が続いていきます。やがて、マクロもミクロも統一した別の理論で上書きされることでしょう。

この回答へのお礼

詳しくありがとうございました。

お礼日時：2022/04/05 19:11

No.5 回答者： s_hyama 回答日時： 2022/04/03 19:51

空間は歪みません。

結合エネルギー（けつごうエネルギー）とは、互いに引き合う複数の要素からなる系において、その系がひとところに寄り集まって存在する状態と、粒子がばらばらに存在する状態との間での、ポテンシャルエネルギーの差のこと。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%B5%90%E5%90%88 …

質量同士が集まると結合エネルギーが発生するので、その結合エネルギーの集合で重力場が発生して、ポテンシャルが下がり、時間が遅くなるので、計量的に時空が歪むというだけです。

この回答へのお礼

もっと砕いて説明をするとどういう説明になりますか

お礼日時：2022/04/05 19:09

No.4 回答者： satoumasaru 回答日時： 2022/04/03 19:12

＞どうして「質量があると空間が歪み、歪みに応じた重力が発生する」のですか。

私達が住んでいる四次元時空はそういう性質なんですよ。
なぜ、そうなるのかという理由はわかりません。
「そんないい加減な」と思われるでしょうが、物理学にはよくあることなんです。

この回答へのお礼

ありがとうございました。

お礼日時：2022/04/05 19:08

No.3 回答者： tanzou2 回答日時： 2022/04/03 18:37

厚いゴム板を想像してください。

そこに、パチンコ玉をいくつかバラマキ
ます。

それから、大きな鉄球を乗せます。

すると、ゴム板が凹み、パチンコ玉が
鉄球に吸い寄せられるように
転がります。

これが、空間の歪みであり、重力です。

鉄球がメチャ重くて、ゴム板にめり込み
姿が見えなくなったら、
ブラックホールのできあがり。

更に重くて、ゴム板を貫通したら
出口がホワイトホールになります。

この回答へのお礼

素晴らしい例え

お礼日時：2022/04/03 19:32

No.2 回答者： chiha2525 回答日時： 2022/04/03 18:32

それは単に、そのように人が勝手に定義したというだけの話です。

そのように考えて計算してみると、うまくいっているように見えるってだけ。

物理学ってのは、自然を観測して、そのような法則があると考えると上手く説明できるから、そのような関係になっているんだろう、って程度の学問なのです。

この回答へのお礼

御回答ありがとうございます。

お礼日時：2022/04/06 20:50

No.1 回答者： angkor_h 回答日時： 2022/04/03 18:15

解釈が逆です。

重力が、空間の歪を生むのです。

この回答へのお礼

重力が、空間の歪を生むんですね。
また質問します。

お礼日時：2022/04/03 19:33