物体はなぜ落ちる？

ある重力場において、物体が落下する事象を、エネルギーの観点から説明しようとすれば、次のようになるでしょう。
「高い位置にある物体の位置エネルギーは当然のことながら、大きなエネルギー値を持つ。自然は常に低いエネルギーにある状態が安定しており、低エネルギー状態に向かって変化する性質を持っているから、より低い位置エネルギーになろうと物体は落下する」
確かに落下により位置エネルギーは低くなりますが、その分、運動エネルギーmv²/2は大きくなり、運動エネルギーの点では不安定になるのではないか、という疑問が以前からあるのです。
ですが、物体が落下する現象は人類が物心ついたころから観察されている事実。ということは、自然は位置エネルギーの安定を運動エネルギーの安定より優先する性質を持つということなのでしょうか？
また、もう一つの疑問は、物体はどうやって、自分が位置エネルギー的に不安定であることを知るのか？言い換えれば、もっと低い位置エネルギーの状態があるということをどのようにして知るのか？ということがあります。それは、重力が物体を引っ張るから、落下が自然に起こるのだという説明がなされるかもしれませんが、重力と引力を特に区別しないとすると、重力が物体を引っ張る仕組みをエネルギーのより低い状態への移行として説明しようとする観点から言えば、堂々巡りになってしまうと思われるのです。つまり、その低い位置エネルギー状態があることをどうやって知ることができるのか？という疑問なのですから。これは、フェルマーの最小作用の原理においても、度々指摘されてきた疑問と結びつくかもしれません。「物体は移動距離が最小になる軌道を描いて運動する」ということですが、では物体はどうやって、自分の描く軌道が最小距離になることを知っているのか？という疑問ですね。

No.5 回答者： tknakamuri 回答日時： 2024/11/17 10:57

しかし質問者は物事を考え過ぎだと思う。

位置エネルギーは保存力という特別な条件を満たす力のベクトル場での運動の計算の便宜のために導入されたもの。一般の物理の極一部にしか適用出来ない。基本はニュートンの3法則で有って、位置エネルギーから物理を考えるのは主客転倒。
#4で述べた解析力学も3法則のみで導かれるが、運動エネルギーやラグランジアンの最小作用の原理を導けるので是非触れて欲しい。

No.4 回答者： tknakamuri 回答日時： 2024/11/11 14:47

エネルギーの観点から物理を論じたいなら、解析力学を勉強しよう。

エネルギーから物体の挙動を直接導ける。
なんとなくエネルギーの大小だけ考えても駄目。

No.3 回答者： d9win 回答日時： 2024/11/11 13:24

物体が落下するのは、位置エネルギーや運動エネルギーを勘案した結果ではありません。

単に力を受ける方向に基本法則のF= m αが成り立つように動くだけです。
最小作用の原理が成り立つように見える様々な現象も、F= mα等の基本原理に則っているだけで、F= mα等が最小作用の原理と矛盾しないだけなのだと考えます。
ですから、あなたの問題は例えば"なぜF= mαが最小作用の原理から導かれるのか"と設定すべきであると思います。

No.2 回答者： finalbento 回答日時： 2024/11/10 14:07

そもそも「運動エネルギーの点では不安定」なる言い回しが国語的並びに物理学的に意味が分かりません。

どう言う事を言いたいのでしょうか。第三者としてはもちろん「落下した物体が不安定」とは全く思いません。

No.1 回答者： ピクセル7 回答日時： 2024/11/10 12:37

万有引力の法則って知ってる？？？