やっぱりわからない万有引力

質量のある物が引き合う力。検索してもやっぱりわからない。空気ですら地球から逃げてゆかない。だったら空気同士で引っ張り合っているのか。銀河の星も逃げて行かずに渦を巻いている。銀河同士が合体してまた銀河になる。宇宙は加速度的に膨張している。なぜにだんだん速くなる。

何万光年とは慣れている物質が相互に引き合っているとは思えないのです。引き合っているのではなく、そばにある何かに押されているのではないか。空気まで押しているのならそこらにいっぱいあらねばならない。それがダークマターと言う人がいる。わからないからわからない物と名づけたに過ぎない。なにか間違っているようにも思う。やっぱりわからない万有引力。

ご存知の方は教えてください。

No.22 回答者： kothimaro 回答日時： 2014/07/29 20:42

いろんな重さや密度の石を持ち上げて落としても、全ての石は同時に落下します。

これは何故でしょうか。
　物質は同じ場所に留まろうとします。この動かし難さを慣性と呼び、その大きさを慣性質量と言います。また、物質は他の物質の重力に引かれます。この引かれる強さを重力質量と言います。単純に表現すると、横に押す時感じる重さが慣性質量であり、上に持ち上げて支えている時感じる重さが重力質量です。

　物体の落下は、その場に留まろうとする慣性質量を重力質量が引っ張る現象です。ピサの斜塔から物体を落とした時、慣性質量は上に向かって物質を引っ張り、重力質量は下に向かって物質を引っ張ります。動かし難いが重力には余り引かれない物質や、動かし易いが重力に良く引かれる物質があれば、ピサの斜塔から落とした時、前者はゆっくりと落下し、後者は早く落下します。
　しかし、実際には、その様なことは起こらず、すべての物体は同じ速度で落下します。その場所に止まろうとする力と重力により引かれる力の比率が、全ての物質において同一だからです。
　一般相対性理論では、両者は区別出来ず同じ現象であると結論しました。つまり、物体を押し続け加速している時物体に掛かるGと、地面の上の物体に掛かるGは同じ現象によって起こると考えました。これは、地面にある物体は、地面に押されて加速されていると言う意味です。空間が地球の重力により落下し、物体は空間の同じ位置に留まろうとしているのです。地面が物体を押し、物体を加速しているのでGが掛かるとしました。

　しかし、超ひも理論によると、物質と光は超ひもの上を振動として伝わると考えます。動かない超ひもが静止系です。観測者は、その静止系を基準として、自分が加速運動をしているのか、静止しているのか知ることが出来ます。つまり、空間は重力により落下しているのか否か知ることが出来ます。　空間が落下していると考えると、地上の物体は46億年間地面に押されて加速され続け、亜光速で運動していることとなります。その為に物体は、質量が∞大近くまで増加し、動かせない筈です。現実には、自由に動かせることが出来ます。従って、地上の物体は落下を妨げられ、同じ位置に留まっていると考えるべきです。空間が落下しているのではない事が分かります。

　では何故、物体を元の位置方向へ引く慣性質量と、物体を他の物体の方向へ引っ張る重力質量の比率が、全ての物質で同じなのでしょうか。全く同じであるなら、慣性質量も重力により引かれる現象であると結論するしかありません。元の位置にあり重力を発した物質は、過去の自分しかありません。つまり、物体は過去の自分自身とグラビトンを交換し合うことで、過去の自分の居た場所に引き付けられているのです。これを動かすには、運動エネルギーを加える必要があります。慣性質量は過去の自分に引かれる力であり、重力質量は他の物体に引かれる力です。双方、万有引力により生じるので、全ての物質において、同じ比率となるのです。こうして、全ての物は同時に落下するのです。

　では、慣性質量の生じる仕組みを説明します。
　今、粒子αとβは、静止した状態でグラビトンを交換し合い、万有引力により引き合っています。　今度は、αとβがVkm/秒で移動しながらグラビトンを交換し合う場面を想定します。グラビトンは、α→β→α→β→α・・と交換されます。グラビトンを受けた時、逆方向へ引力が働くと考えます。そうすると、常に進行方向とは逆方向へ万有引力が働きます。これが慣性質量です。

　慣性質量と重力質量の比率が同一なので、全ての物体は、質量の同じ物体には同じ速度で引き付けられるのです。物体が重くなり、重力により落下する力が2倍となっても、元の位置に留まろうとする慣性も2倍となるので、動くスピードは前と同じです。
　一々、慣性質量と重力質量を求めて、物体の動く速度を計算するのは無駄です。空間が物体に引き付けられており、落下する物体は空間の一定位置に留まるので、落下している様に見えると考えます。空間の落下する加速度は、引き付ける物質の質量により決まるので、簡単に落下速度が計算出来ます。空間の落下速度を微分すれば、空間の曲率が求められます。この曲率を使えば、物体の落下速度を簡単に計算出来るのです。
　この様に、空間の歪みとは、事実ではありませんが、相対性理論を導く為の仮設であると言えます。

この回答へのお礼

ありがとうございます。光には質量があるのですね。ならば簡単に理解できました。光より早い放射線があると騒がれましたが、結局は光が宇宙で一番速い。しかし本当に質量の有る物が一番速いのだろうかと疑問に思ってしまいます。また、重力に引っ張られるなら光速は宇宙では一定ではないと考えられますね。

お礼日時：2014/07/29 21:57

No.21 回答者： tknakamuri 回答日時： 2014/07/19 23:43

>光の屈折は波道の回折現象で起こるので、光の速度変化によっておきるのではありません。

回折とは光が障害物の背後に回りこむ現象で、屈折とは異なる現象ですね。
これも高校の教科書に載ってます。教科書に戻りましょう。

こういうサイトも無数にあります。
「光の反射・屈折」
http://www.wakariyasui.sakura.ne.jp/2-3-0-0/2-3- …
「屈折の法則」
http://hooktail.sub.jp/wave/snell/
「屈折率とは何か？」
http://www.jawjapan.com/tutorial_refractive_inde …

No.20 回答者： tknakamuri 回答日時： 2014/07/19 19:33

〉アインシュタインの「光速不変の原理」として理解しています。

これじゃだめですね。基礎ができていませんので
高校の物理に戻った方がよいと思います。

現代的なトピックはいったん忘れた方がよいでしょう。

高校物理では光の速度とその進路との関係説明する
ホイへンスの原理を学びます。これは光学の基礎
ですので、光の曲がりを論じるなら、まずこの原理の理解が
最低限必要でしょう。

この回答への補足

光の屈折は波道の回折現象で起こるので、光の速度変化によっておきるのではありません。

補足日時：2014/07/19 20:05

No.19 回答者： tknakamuri 回答日時： 2014/07/18 15:46

>＞屈折の本質は光の速度が場所によって異なることです。

>これは理解できません。光の速度が変化すると聞いたことがありません。

ガラスや水の中では光は遅くなるのです。これは学校の理科で習うところなので
知らないと結構恥ずかしいです(^^;

>光に質量があるのかないのかだけ教えてください。

静止質量はありません。但し、混乱させるかもしれませんが、重力場は持っています。
これは光がエネルギーと運動量を持つからです。

この回答への補足

アインシュタインの「光速不変の原理」として理解しています。
光に質量がないのは理解できます。宇宙で一番速度が速い物に質量があると矛盾します。光に質量がないのに引力が働くはずがないと思うのです。質量がないのに重力場があるとの説明も理解できません。

補足日時：2014/07/19 13:25

No.18 回答者： tknakamuri 回答日時： 2014/07/18 12:11

>屈折は物質の密度差で起きるので、

>光に質量がないなら重力周辺で光を通す
>物質の密度があることになる。
>地上では空気密度差で蜃気楼が起きる。

屈折の本質は光の速度が場所によって異なることです。

真空では局所的には光速度は一定ですが、重力場の外から
見ると重力場内の光の速度が低下しますから、古典的な意味での
屈折は起きます。

ただ、残念ながらこの屈折と光速度の関係は古典的な
屈折の関係と一致せず、時空のゆがみまで勘定に入れると、
現実と一致することが知られています。

この回答への補足

＞屈折の本質は光の速度が場所によって異なることです。
これは理解できません。光の速度が変化すると聞いたことがありません。

光に質量があるのかないのかだけ教えてください。

補足日時：2014/07/18 13:34

No.17 回答者： tknakamuri 回答日時： 2014/07/15 10:45

>光が重力で曲がる現象を教えてください。

このあたりになると煙にまくような話しかできませんが
この質問の前の方の回答で出てきましたように、アインシュタインは
重カは時空の湾曲だと考えました。質量が周囲の時空を歪めるのです。

歪んだ時空では、そもそもまっすぐとは何か？を問い直さなければ
なりません。それを測地線というのですが、リーマン幾何学的という数学
から借りてきた概念です。光も含め重カ以外の力を受けていない
全てのものはこれに沿って「まっすぐ」動くのではないか？
というのが彼の理論です。

この回答への補足

時空の湾曲はその現象を説明する仮説であって、物理学としては光に質量があると林檎と同じになり、質量がないとプリズム屈折のように波動で説明される。これが分らない。
屈折は物質の密度差で起きるので、光に質量がないなら重力周辺で光を通す物質の密度があることになる。地上では空気密度差で蜃気楼が起きる。

補足日時：2014/07/15 11:20

No.16 回答者： tknakamuri 回答日時： 2014/07/14 19:01

〉宇宙が渦を巻いていないのは、

〉銀河内は届いても銀河間までは
>届かないということになりますね。

渦にはなっていませんが、銀河団という
グループを作っているので、重カ的に
結びついているだろうと言われています。

この回答への補足

天文学的知見は物理学の正しさを移す鏡ですが、本論の万有引力に話を戻したいのです。光が重力で曲がる現象を教えてください。アインシュタインはその理由を説明しなかったらしいですが、光には質量があるのですか。明るいのはたくさん光子が飛んでくるのですか。それとも波の振幅が大きいだけですか。

補足日時：2014/07/14 19:31

No.15 回答者： teppou 回答日時： 2014/07/14 17:29

　No.7,11です。

　＞不勉強は承知で聞いているのです。ダークマターのことも知っています。

　不勉強にもいろいろ程度があると思います。ダークマターとダークエネルギーは別の概念です。

　あなたの知識の程度などが分かりませんので、何が分からないのかがよく分かりません。　本を読んでもっと具体的な質問をされてはいかがかと思って先の回答をしました。

　ダークエネルギーについてはほとんど分かっていないようですが、加速膨張宇宙を説明するために考えられた概念です。

　銀河程度の質量の集まり（ダークマターも含めて）であれば、万有引力が勝るので膨張することはありません。

　銀河と銀河の間ぐらいの距離があると、万有引力よりダークエネルギーが勝るので、間隔が開いていくと考えられています。

No.14 回答者： tknakamuri 回答日時： 2014/07/14 12:52

〉本を読めば分ると言ってしまうとこのサイトは成り立ちません。

本の紹介、よいじゃありませんか。
賢い質問者はここでごちゃごちゃ書いてもらう
より、優れた文献の紹介を望むものですよ。

No.13 回答者： tknakamuri 回答日時： 2014/07/14 11:30

〉お互いは引き合ってはいないのですね。

いいえ。銀河本体とダークマターの双方の引力が
銀河をまとめているというのが定説です。

遠方に重カが働かなければ銀河は渦など巻かずに
四散します。

この回答への補足

宇宙が渦を巻いていないのは、銀河内は届いても銀河間までは届かないということになりますね。

補足日時：2014/07/14 15:51