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「一般相対性理論では時空は物質の存在によって歪み、この歪みが重力の正体としている。」とwikiにあります。なぜ物質(質量?)で時空が歪み、それが重力になるのでしょうか?ここでいう歪みとはどんなものですか?わかりやすく教えて頂けると助かります!

A 回答 (5件)

 物理の理論は、何を前提条件(原理)にして組み立てるかによって、「不変」のものと「可変」のものが決まります。



 特殊相対論では、「光は空間の2点間の最短距離を進む」「光の速度は座標系によらず一定(光速度不変)」を前提条件としています。

 さらに一般相対論では、「重力」と「加速度運動」は区別がつかない、という「等価原理」を前提条件にするので、下記のサイトの「等価原理」にあるように、光が重力で曲がることになります。
   ↓
http://www.netlaputa.ne.jp/~hijk/memo/relativity …

 「光が曲がる」のは、「光は空間の2点間の最短距離を進む」という前提に反することになるので、前提を成立させるために「空間が曲がる」(光自身はこの曲がった空間の最短距離を進む)ということにしたわけです。
 あくまで理論上のことなので、実世界での経験上これを実感することは不可能でしょう。

 よく、2次元の平面を考え、重いものが乗るとその部分が下にさがって平面が歪む、ということで「空間の歪み」を説明する方もいますが、それは我々が「3次元」を知っているからで、本当に2次元だけの世界に生きていたら、平面の歪みは理解不能でしょう。同様に、3次元の世界でモノを見ている我々が、「3次元空間の歪み」と言われても、これは理解不可能だと思います。
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この回答へのお礼

ありがとうございます!
形而上では理解できました!
という気がします。
感謝。

お礼日時:2013/05/07 18:17

重力による時空の歪とは時間に関して起きる現象です。


宇宙空間はどこでも大体同じ速さで時間が進むのですが、重力場では時間が遅れます。
この時間の遅れこそが、重力による時空の歪みです。
宇宙空間は見えない力で膨張し時間が進んでいるようです。
物質の存在と重力場はこの空間を引っ張りエネルギーを吸収しようとしているかのようです。
ではなぜ物質があると重力場が存在するのかと聞かれると、質量とはそういう物だとしか言いようがありません。
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この回答へのお礼

ありがとうございます。
そういうものなんですね。

お礼日時:2013/06/19 10:01

 磁石(磁場)や電荷(電場)も、似たようなものなんですね。

たとえば、二つの電荷があれば、電荷同士には力が働きます。電荷同士が直接力を及ぼし合うというのは、遠隔作用説と呼ばれる考え方です。

 これに対し、電荷の周りには電気的な歪みが生じると考えるのが、近接作用説と呼ばれます。電気的な歪みは、等電位線を描いてみると、そういう坂道のようなものと考えてもいいです。電荷は自分の周りに坂道を作るから、そこに他の電荷を置くと、転がるように近づいたり遠ざかったりするわけです。磁力も同様です。

 電磁気学をそういう近接作用説で書き直したのが、マクスウェル方程式に結実し、その後の電磁気学は飛躍的な発展を遂げます。

 一般相対論では、以前のニュートンの重力式が二つの質量の間に力が働くという遠隔作用説のものだったのを、近接作用説に書き直したわけです。何とか書き直してみたら、10元連立偏微分方程式という、非常に解きにくいものになってはしまいましたが、宇宙論などで大活躍することになりました。

 それが、一つの質量のある物体の周りの重力場なんですが、これも周りに坂道を作っているようなものです。別の質量のある物体が近くにくると、転げ落ちるように近づこうとします。それを「空間の歪み」と表現しています。

 これについては、たとえば光が通る軌跡の曲がり具合で歪み具合が分かります。重力レンズなどとして知られている現象ですね。あるいは原理的には、平面上に三角形を描いてみて、その内角の和が180度からどのくらい外れるかということでも確かめることができます(実際には精度の問題があって難しい)。
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この回答へのお礼

ありがとうございます!
もっと勉強します!

お礼日時:2013/04/09 10:46

>なぜ物質(質量?)で時空が歪み、それが重力になるのでしょうか?



「理論」ですから、誰も「歪んだのを確かめてない」です。

ただ単に「時空が歪んだ事にしておけば、辻褄が合う」ってだけ。

「歪みを重力としておきましょう」と言う事にしておけば、辻褄が合うってだけで、誰も「歪みが重力になる」のを確かめてはいません。

単に「そう考えると、観測した結果と、理論の両方で、辻褄があう」ってだけ。

>ここでいう歪みとはどんなものですか?

誰も「歪みそのものを観測した者が居ない」ので、それがどんな物なのか説明出来る人間は居ない。

「重力レンズ」とか、光が屈折して、ブラックホールの向こう側(裏側)にある物が観測できたりするけど、それは「光の屈折を観測しているだけ」であって、歪みそのものを観測している訳じゃない。

「歪みがあると考えると辻褄が合います」と説明出来る人は居るけど、歪みをのものを説明出来る人は居ない。「誰も見た事がない」のだから。
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この回答へのお礼

ありがとうございます!
まだまだ勉強が足りなくて、理解できませんでしたが、がんばります!

お礼日時:2013/05/07 18:15

 物質があるから時空が歪むのではなく、ヒッグス粒子が重力を生み出すから時空が歪むのでしょうが、ヒッグス粒子が存在しなければ、物質は超光速で宇宙を進む事が出来るわけですし、時空は歪まないわけで、全てがタキオンの世界と同じになるわけです。



 ヒッグス粒子:http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%92%E3%83%83% …

 世の中は全てが完全では無いわけで、コップの水に砂糖を加えて掻き混ぜても不均一にしか混ざらないように、宇宙に存在する全ての素粒子にヒッグス粒子が対応して質量があるわけではないようです。数十%が質量を持ち、質量が無い素粒子が数十%あるという具合に、不均一な状態が真実でしょう。

 暗黒物質と考えられている超対称性粒子ニュートラリーノが発見された事ですし、暗黒物質や暗黒エネルギーが宇宙で大きな比率を占めている以上、質量が無い素粒子も数多く存在しているのかもしれません。

 ニュートラリーノ:http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%8B%E3%83%A5% …

 物質が存在しない真空域と考えている場所が、実際には質量が無い物質で占められている可能性もあります。正確にはヒッグス場があるから時空が歪むが正しいのでしょう。
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この回答へのお礼

ありがとうございます!
分からないことがますます増えましたが、興味も倍増しました!
感謝。

お礼日時:2013/05/07 18:16

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Q素粒子の波動性と粒子性について

素粒子の波動性と粒子性について

基本的に以下の考え方で合ってますか?
  間違いを(表現を含めて)指摘していただけると幸いです。
  
  例として「電子雲」ですが。

  電子はある時間内に存在位置の確率の波として原子核の周囲に
 雲のように広がって存在するといわれています。

  この意味するところは、

 (1)個々の電子は一個の粒子だがその位置は時々刻々と変化する。
  変化は高速なので、ある一定時間内では雲のように見える。

 (2)その位置の変化をグラフにプロットすると最終的に波の分布として
  現れるが、不連続で決まった時刻Tにどこに現れるかは解らない。
  それは確率に従う。 

  基本的にはこういうことですよね?

 仮にその波が正弦波であったとして、この波の進行と時間の関係をグ
 ラフにすると波の振幅ポイントが時刻とともにバラバラである。
 (確率分布する) 

 この順序をあとから組みなおせば、正弦波であったことが解る。

 ということですね? 

 これって何かに似ているな~と思って考えたんですが、
 IPなどのパケット通信のやりかたに似ていませんか?

  例えばPCのディスプレーの画像を1画面表示するのになにも左上から
 順番に走査してドットを表示してゆく必要はなく、ランダム(中央付近だっ
 たり、その少し右上だったり)にドットを表示してゆき単位時間内に1画面が
 完成すれば、フレームレートが高いと人間には左上から走査した画像と
 区別がつきません。(遅ければその違いは歴然と解ります)

 各ドットは送られた色情報(明度、輝度、彩度)さえ歪まなければば送信
 した画像が再生されます。(静止画も動画も同じです。) 

  一方、波動(波)であるということと、周期性(波のような性質)をもつと
 いうことは同義ではない気がするのですが...

  例えば円盤の回転運動ですが、円周の一点の位置と時間の関係は
  グラフに描くと波として描けます。 でもそれは描けるだけで実際に波
  打っているわけではありませんよね。 位置の周期性はあってもバイ
  ブレーションは感じません。(回転運動を別の何かの往復運動に変換
  はできますが、別の何かが必要です。)

  これが時計回りと反時計回りの往復運動なら明らかに波動(波)ですよ
  ね。
  高速なら相当なバイブレーションを感じるはずです。(質量やエネルギー
  によりますが。)

  この往復運動の円周の1点の位置を同様にグラフに書くと回転と同じに
  なってしまいます。

  この場合、回転運動には周期性はあるが波動(波)ではない。
  ということになりませんか? 


そこで、
 
  素粒子の場合は位置情報の周期性は予めもっている。
  (位置的振幅と振動数がグラフにプロットできるので波の性質がある
  ように見える。)

  ただその順序は確率に従いバラバラでパケット通信のようになってい
  る。(各位置の時刻指定がない)
  しかも一旦位置が決まると次の位置は

  (1)位置の波の周期が1サイクルするまで同じ位置には絶対これない。
  又は(2)1周期内に同じ位置にこれても、その確率が極めて低いので
  無視できる。
  
  (1)(2)はどちらが正しいのか知識がありません。 ご教授下さい。
 
  素粒子になぜそのような性質があるのかと問われてもわからないし 
  観測事実なのですね。
  (確率に従うならば次の瞬間にはすぐ隣に来ることもあるはずなの
  で球面内の乱反射運動などではないですよね?)

  考え違いでしょうか?

  そうなると空間伝播する光は一種のパケット通信網ですね?

  (もしかすると、この世は本当は素粒子によるデジタル方式で近似的
  にアナログに見えるだけなのでしょうか? こては余談です。 ふとそ
  う思っただけです。)

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基本的に以下の考え方で合ってますか?
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  例として「電子雲」ですが。

  電子はある時間内に存在位置の確率の波として原子核の周囲に
 雲のように広がって存在するといわれています。

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 (2)その位置の変化をグラフにプロットすると最終的...続きを読む

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ANo1のコメントについて

>(観測データ)を並べると軌道に見えるということでもないのですか?

ANo.3の方も書いていますが、測定をすると状態が変わってしまうので、たとえば、

(A) 10秒後に測定し、引き続き15秒後にも測定する
(B) 10秒後には測定せず、15秒後だけ測定する

では測定が系に影響を与えるため結果が変わってしまいます。
このため個々の粒子を時々刻々追っていっても、そうしてえられた軌跡は、
擾乱を受けずに運動している場合の粒子の軌道(仮に軌道があるとしても)とは全く異なるものになってしまいます。


>とすると電子の「XX軌道」ってどういう概念なのでしょうか?

この軌道と言う名前は、電子が原子核のまわりを回っていると思われた時代の名残といっていいと思います。ここでいう「軌道」とは、エネルギーや角運動量などで指定される電子の状態のことです。


それから、量子力学では確かに状態を確率の波(波動関数)で記述します。しかし、これは本質的に複素数の波で、現実世界に実在するものであるのか、計算の便宜上の存在でしかなく実在はしないものなのか、という点についても結論は出ていません。

わかっていることは、『この複素数の波(波動関数)の絶対値の二乗を確率(密度)として取り扱う(確率解釈)と現実に起きている現象をいまのところうまく説明できている』、ということだけです。

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Q重力による時間の遅れがわからない

こんにちは。
重力が強いほど時間の流れが遅くなる理由について教えて下さい。
よく特殊相対論による時間の遅れについては、光時計の比喩で説明されていて分かるのですが
光速に近づくにつれて光線が斜めに伸びて、光線が戻ってくるまでに1秒以上かかります。

重力が強い程に時間の流れが遅くなるのをこの光時計の比喩でわかりやすく教えて下さい。

ちなみに『竜の卵』というSFでは中性子星にチーラという知的生物がいて
人類の100万倍の進化速度になる理由を教えて下さい。
設定では直径20kmで表面重力は670億G。
なぜ重力が強くて時間の流れが遅いのに、100万倍の速度なのかがわかりません。
地球時間では15分がチーラでは60年に相当するそうです。
だから人類の科学力をあっという間に追い抜いてしまうそうですw

よろしくお願いします。

Aベストアンサー

 相対論では真空中の光速度が基準で、時間や空間(時空)は、光速度により変化します。

 光も重力で自由落下します。もし重力源に逆らって光を放つ、つまり星の表面から光を放てば、真空中の光速度(秒速30万km)と自由落下する速度の合成(足算)になります。

 これは水中での光の速度が遅くなるのとは異なり、時空の性質によるものです。そのため、光は相変わらず宇宙での特別の速度であり、やはり光は時間や空間の基準となります。

 遠方から見て、星の表面から放たれる光が重力のために秒速15万kmとなるなら、星の表面での時間は、遠方から見ると半分の速さで進んでいます。なお、その星の表面で見れば光は(局所的には)秒速30万kmであり、自分の時間の速さが遅くなっているとは観測できません。それが一般相対論がいう、重力による時間の遅れです。

 しかし、その星表面から遠くを観測すれば、自分より倍の速さで時間が進んでいることが分かります。相対速度を持つ者同士が、どちらも相手の時間がゆっくり進んでいると主張して、それがどちらも正しいという状況(特殊相対論がいう時計の遅れ)とは異なります。

>なぜ重力が強くて時間の流れが遅いのに、100万倍の速度なのかがわかりません。

 そうなりません。中性子星表面の時間は、強い重力のため(赤道などだと速度の影響も少し加わる)、遠方に比べると遅くなっています。竜の卵に出てくる中性子星の知的生命体チーラはの生物的な感覚時間が速いのは、チーラがいわば巨大原子核が生物になったようなものだからです。

 思考であれば、人間の脳は化学反応により思考しますので、光速度の制限はもとより、化学反応速度の制限を受けます。チーラは、それが原子核内の反応であるため、とてつもなく速くなっています(生きた量子コンピュータみたいな感じ)。

 なお、チーラやその生活環境は、自然科学を度外視しての想像ではなく、中性子星表面で起こり得る反応を考慮して設定してあるようです。

 相対論では真空中の光速度が基準で、時間や空間(時空)は、光速度により変化します。

 光も重力で自由落下します。もし重力源に逆らって光を放つ、つまり星の表面から光を放てば、真空中の光速度(秒速30万km)と自由落下する速度の合成(足算)になります。

 これは水中での光の速度が遅くなるのとは異なり、時空の性質によるものです。そのため、光は相変わらず宇宙での特別の速度であり、やはり光は時間や空間の基準となります。

 遠方から見て、星の表面から放たれる光が重力のために秒速15万kmとな...続きを読む

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光速で時間が止まるとはどんな常態か?

光の速さに近い速度で運動すると時間が遅く流れ、光の速さと同じ速度で運動すると、時間が止まるというのが相対性理論で言っていたことなのだとは思いますが、時間が止まるとはそもそもどのよう状態なのでしょうか?
例えば光速で移動している人間の顔面にパンチをくれられたとしたら、パンチを食らった人はどうなるのでしょうか?普通に怪我をするのでしょうか?
食らった人は怪我をするけど、パンチをした人は相手が怪我をしたように見えないということなのでしょううか?
それとも時間が止まっているのだから、怪我さえしないのでしょうか?
以前「ダイの大冒険」というマンガで、ダイ魔王バーンが時間が止まっているから無敵だ見たいなエピソードがありましたがどうなのでしょうか?
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

根本的に下記の文章より、あなたは相対論を誤解されていると思います。

>光の速さに近い速度で運動すると時間が遅く流れ、光の速さと同じ速度で運動すると、時間が止まると

相対論では、相対的に光の速さに近い速度で運動している系では、相手の時間が遅く観察、相対的に光の速さと同じ速度で運動していると、相手の時間が止まって観察される。が正解のはずです。
よって、No7のsiroyamaさんが解答されているように見えるはずです。
相対論(特殊相対性理論の方だったと思いますが)で重要なのは、相対的な速度であって、例えば止まっている相手に対して光速で移動すれば相手の時間は止まって観察されます(基本的に周りに対しての想定的な速度は判るが、絶対的な速度は判らない。よって光速で移動しているように見えるほうが実は止まっているのかも)。

Q光に重さってないはずなのに・・・

 ふと思ったのですが、光は重さがないはずなのに、なんでブラックホールに吸い込まれる(曲げられる)のでしょうか? そもそもブラックホールは重力が超強い天体なんですよね? 重力ってことは重さがないものにとっては痛くもかゆくもないのになんで??? 教えてください。

Aベストアンサー

ブラックホールとは重力が強い天体と言うより、原子に於ける電子が重力崩壊により吹き飛ばされた原子核のみの空間の無い天体です。普通モノは究極的に原子から出来て居ますがその状態とは、一つの原子について説明すれば次のようになります。


大雑把に言って、原子核を一粒の米とすれば電子は其の周りを甲子園球場の大きさで回っています。其の原子が集まって物質を構成しています。それらは万有引力により引き合いますがたくさん集まれば地球の様に重力と成ります。

しかし、最初に言いました様に米粒の周りの半径200mほどの物が一つの原子ですから、物質という物の実態はスカスカです。つまり空間だらけなのです。しかしながら其の原子が太陽の何百倍も集まればどうなるか?
当然中心の重力はとてつもなく大きなものとなります。そうなると原子として其の電子を同じ位置に支えきれなくなります。つまり電子が吹き飛んで原子核ばかりが集まり始める....つまり原子核の重力により崩壊を始める。
スカスカの物がスカスカでなくなり超重力の大きさの無い、つまり空間の無い重力だけの天体になります。普通に考えれば原子核だけでも多少は大きさがありますから其の天体は体積があるように思いますが重力崩壊により空間が存在しないのです。勿論外の世界からは見かけのおおきさはありますが!!

光は空間を移動する物(あくまで観念的にですが)ですから其の空間が存在しない世界からは脱出できない、つまり吸い込まれるという表現になるのです。

その様な超重力の近くでは当然、其の存在の対象たる空間は曲げられます。

かなり大雑把で間違った点も指摘されるかも知れませんが解りやすく言えばこの程度でお許しを!!


今の物理学ではひょっとすれば光にも重さがあるかも知れません。重さが無いはずのニュートリノにも質量が有る事が可の 小柴教授により判ってきて居ります。(この功績によりノーベル賞を取られたはずですが!!!)

ブラックホールとは重力が強い天体と言うより、原子に於ける電子が重力崩壊により吹き飛ばされた原子核のみの空間の無い天体です。普通モノは究極的に原子から出来て居ますがその状態とは、一つの原子について説明すれば次のようになります。


大雑把に言って、原子核を一粒の米とすれば電子は其の周りを甲子園球場の大きさで回っています。其の原子が集まって物質を構成しています。それらは万有引力により引き合いますがたくさん集まれば地球の様に重力と成ります。

しかし、最初に言いました様に米粒の...続きを読む

Q重力(万有引力)はなぜ生じるのでしょうか?

 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ベストアンサー

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。



 

 

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。

 ...続きを読む

Q光速を超えられない理由

物体が光速を越えられない理由というのを調べると、相対論が出てくるわけですが
相対論の説明には

「光速以下の存在は光速を越えられない
 なぜなら光速に近づくと質量は無限に増加する
 それを加速するには無限大のエネルギーが必要になるからである」

と書かれています。
なんだかアキレスと亀みたいですが、まあその論が正しいなら、なんとなく二次曲線みたいな物を想像して納得する事はできます。

しかし、その「質量が無限に増加する」理由がわかりません・・・
どなたか解りやすく教えていただけませんか?

Aベストアンサー

単純に式だけで見れば
m=m0/√{1-(v/c)^2}
においてvがcに近づけば分母が0に近づき質量mは無限大になるということでよいでしょうか.相対論の揺籃期には特にm//=m0/√{1-(v/c)^2}^(3/2),m⊥=m0/√{1-(v/c)^2}を縦質量,横質量と呼んでいたが,今は廃れて使われないそうです.

これは質量と言う言葉の濫用であり,無意味だそうで,専門家の方に言わせて見ればv,p,K,E,Bがローレンツ変換によって
dp'/dt=q{E'+(v'×B')},dK'/dt'=qE'・v'
のように不変な形を持つように理論を作ったということが大切だみたいな感じだそうで.その辺は詳しくわかりませんので,専門家の方にお聞き下さい.

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重力とは逆の空間の歪み?

アインシュタインの一般相対性理論で重力は空間の歪みだ、みたいなことを言っていたと思うんですが、空間の歪みを描いたイメージありますよね。薄い布の上に物を乗っけて布が引っ張られたような絵です。
あれ素人にもイメージしやすいんですが、あれは3次元空間の歪みを2次元に見立てて描いていますよね。だから質問自体が変かもしれないんですが一応。

空間の歪みを描いたイメージにおいて、重力による歪みの方向を仮に下方向とすると、逆、つまり上方向へ空間を歪ませる力ってあるんでしょうか?
重力による歪みが凹だとすると、凸の歪みって事です。
もしそういう力があるとすると具体的にはどういったものなんでしょうか?
重力(引力)の反対だから爆発?って思ったんですが、もし爆発によって空間が歪むとすると光にも影響しますよね(重力レンズの逆?)。
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

 重力とは何か、ということは、よく分かっていないのが実情です。人間に分かっているのは、重力は「いかに」作用するか、ということで、「何か」は分かっていません。「いかに」作用するかは、実験によって知ることができます。その結果得られた法則が、ニュートンの万有引力の法則です。万有引力の法則を四次元に拡張して、一般座標変換に対して共変な形式にしたものが一般相対性理論です。ですから、一般相対性理論も「いかに」作用するかを記述する理論に過ぎません。一般相対性理論では、重力場を時空間の歪みとして記述しますが、この歪みも、重力が「いかに」作用するかを記述する方便であって、重力の本質を示すものではありません。ということで、空間が凸に歪んでいる、という概念そのものが、現在知られている重力に対応しないものである以上、意味のない問いであるということになります。

Q空間はなぜ、質量やエネルギーをそこに存在させる事が出来るんですか?

空間はなぜ、質量やエネルギーをそこに存在させる事が出来るんですか?

Aベストアンサー

大変に本質的な疑問で、目の付け所が素晴らしいとさえいえると思います。
実は、つい最近まで、物理学においても時間と空間と言うものは初めから存在しているものとして考えられておりました。
ただし、ニュートン力学まではその空間も時間も絶対的なものと考えられておりましたが、アインシュタインの相対性理論によって、それが相対的なものであることが、明らかになりました。
所が、量子論においては、素粒子と言うものは、それが観測されるまでは、その状態が確定しない、つまり実在化の仕方は観測しだいだという事がわかりました。しかし、量子論ではアインシュタインの時空は相対的であるという事が反映されていないのです。
そこに、相対論と量子論がどうしてもかみ合わない原因があるわけです。
量子論をさらに発展させた有名な「超ひも論」も何とか無理やり、アインシュタインの重量理論を取り込もうと11次元構造のひも又は膜を想定していますが、それも、初めから存在する時間と空間の中にあるものとして考えられている為、近年その限界が見え初めています。

つまり、時間と空間が初めから存在するものと考えている限りは、量子論と相対論は統一できないであろうという事が解ってきたわけです。

そこで登場したのが、ループ量子重力理論やさらに新しいCDT理論といわれるもので、それらの理論では、空間や時間は初めから存在するものではなく、「物」というよりは「一種の情報のようなもの」の相互の関係性の中から現出してくると考えらています。(時間に関しては物理的な必然として存在するものではなく、情報間の関係性あるいは配置に過ぎないという理論も登場しており、現在、かなり注目されております。)

ということで、要するに、最新の理論物理学では、もはや、空間や時間が初めからそこにあったとは考えられなくなってきているという事です。

参考URL:http://www.nikkei-bookdirect.com/science/topics/bn0704_2.html

大変に本質的な疑問で、目の付け所が素晴らしいとさえいえると思います。
実は、つい最近まで、物理学においても時間と空間と言うものは初めから存在しているものとして考えられておりました。
ただし、ニュートン力学まではその空間も時間も絶対的なものと考えられておりましたが、アインシュタインの相対性理論によって、それが相対的なものであることが、明らかになりました。
所が、量子論においては、素粒子と言うものは、それが観測されるまでは、その状態が確定しない、つまり実在化の仕方は観測しだい...続きを読む


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