重力レンズは重力による空間の歪の証拠になるのか

　物理には疎いので教えてください。
　重力による空間の歪みの証拠として重力レンズが挙げられますが、重力レンズと呼ばれる現象はこの証拠として十分なのでしょうか?
　例えば光の「回折現象」であるとか、巨大な惑星の大気による屈折現象であるとか、空間の歪み以外にもこの現象を説明することはできると思うのですが・・・。　不思議なのは空間の歪みであれば球体の天体周辺の歪みは均等になるのではないかと思うのですが、何故背後の恒星なり銀河の像が2つとか4つとかになってしまうのか。
　重力レンズが重力による空間の歪みの証拠たりうるのかどうか、解説よろしくお願いします。

No.8 回答者： stomachman 回答日時： 2014/11/26 15:13

屈折や回折であれば、光の波長によって曲がり具合が違います。

まさしくプリズムや回折格子のように、光のスペクトルを分解する作用が現れる。一方、重力レンズの作用は波長によらない。で、観測ではスペクトルの分解がみつかりません。

> 像が2つとか4つとかになってしまう

これは屈折や反射でも起こることです。「だいたい凸レンズっぽい形をした透明なもの」（たとえば氷のかけら）を通して点光源を眺めてみると分かるでしょ。

> 証拠として十分なのでしょうか?

もちろん十分じゃありません。どんな理論であれ、それが現実の現象を説明しようとするものである限り、「観測された現象は理論が予想するのとそっくりだが、しかしその理論はマチガイであって、観測された現象は別の未知のメカニズムで生じているものが、たまたま理論の予測と良く似ていたのだ」という可能性は、どれほど証拠を積み上げて行っても否定しきれません。これは科学が持つ原理的な性質です。だからこそ、科学においては、ひとつ理論が出来たらその理論に合わない現象を一所懸命探すんです。

この回答へのお礼

回答いただきありがとうございました。
　分光が無いというのは確かに普通の屈折とは異なる現象であることの証左だと納得できます。波長に寄らず同じように「曲がる」ということは空間の歪みという現象によるものという説もうなずけます。
　こうなるとますます重力という現象なり力の正体が謎めいてきました。また興味がわいてきました。ありがとうございました。

お礼日時：2015/01/04 22:32

No.7 回答者： kanekaneto 回答日時： 2014/11/19 11:49

回答３のものです。

地球の重力が、鉄球と羽とくらべて、あまりにもおおきいので、その差を無視してよいので、同じスピードで落下するのであると思います。

重力は、ホトンという粒子によって伝えられると最近では考えられているようで、その粒子（量子）が影響をして、光に屈折を与える（すこしはっしょた説明になってもうしわけないのですが）とかんがえてもよいかと。

ひも理論はあまり理解できないので、勉強中ですが、その説だとまた違う解釈がなりたつようですが・・・

いずれにせよ、理論を、地球側での観測によってのみ、追試できることを論拠に、理論が証明されたという流れなので、新しい発見や、新しい理論はでてくると思います。

参考になれば幸いです。

この回答への補足

再々のご回答、ありがとうございます。
　なるほど確かに羽根と鉄球くらいの質量の差では地球の持つ重力(重力加速度)にとって有意な差は出ないということなのですね。確かにそれであればこの問題については納得できる論理ですね。
　アインシュタインは、重力の原因を物質による時空の歪みだと言っているわけですが、そうするとホトンという粒子は空間の歪みの原因粒子ということなのでしょうか。
　もしご存知であればJ.W.モファット教授の修正重力理論(MOG)についても解説していただけると嬉しいです。『重力の再発見』という書籍を読んではみたものの、はっきり言って理解しがたかったのです。

補足日時：2014/11/25 22:02

No.6 回答者： s_hyama 回答日時： 2014/11/16 01:54

空間が歪んでないから、重力源により重力場が対称的にできるのでは？

重力源を＋、それと対称的にできる重力場－とすると、合計はやはり±０です。

だから質量と質量が引き合ってるのではなく、重力源と重力場が引き合ってるのですね。

自己重力
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%87%AA%E5%B7%B1% …

光のエネルギーはその重力場に添って屈折するだけです。
トランポリンでいうと、重力源に無限遠での光速度がトランポリンの高さです。
その中央に重力源を置くと凹みが重力場です。
その凹みが高さが光のエネルギーの伝播スピードです。
でもトランポリンを上からみるとフラットに見え、光のエネルギーが重力場に添って伝播速度を変えながら曲がります。

以下その様子のシャピロ遅延のアニメです。
http://einstein.stanford.edu/Media/ShapiroDelay- …

この回答への補足

ご回答ありがとうございます。
　で、申し訳ないのですが、ご回答いただいた内容がわからないのでさらに質問させてください。
　まず重力源と重力場についてです。
　たぶん光電理論と同じような感じで理解していいのかなと思うのですが、光子と電子に相当するような関係が重力という力についても存在するということでよいのでしょうか。
　その場合、光子に相当するのが重力子だとすると、電子に相当するのはなんになるんでしょうか。もの知らずで申し訳ありません。よろしくお願いします。

補足日時：2014/11/25 21:37

No.5 回答者： Wr5 回答日時： 2014/11/13 10:43

>巨大な惑星の大気による屈折現象であるとか

まあ、少なくともコレはないんじゃないですかね？
銀河サイズの惑星とはなかなかにスケールの大きい話ですが。
# どこを公転している惑星なんでしょう？

ああ、でもそれなら重力レンズ現象(アインシュタインリング)なんてものはない。
という、以前ここに来られていたセンセイの意見が肯定できますね。
いつ論文が発表されるのかは不明ですが、近頃見かけませんので論文執筆中のハズです。


>不思議なのは空間の歪みであれば球体の天体周辺の歪みは均等になるのではないかと思うのですが

球体だから…というのもなかなか難しいんじゃないですかね…。
単体の球体は難しいっぽいですが。
# 単体の星でも自転の関係で完全な球ではなかった…かと。
# 多少なりとも自転軸方向に潰れることに。

この回答への補足

ご回答ありがとうございます。
　すみません、質問で間違えてましたね(^^;　「惑星」ではなくて「恒星」です。失礼しました。

補足日時：2014/11/18 22:11

No.4 回答者： kanekaneto 回答日時： 2014/11/12 17:27

訂正です。

思い物体は光をも曲げると
→
重い物体は光をも曲がると

です。

No.3 回答者： kanekaneto 回答日時： 2014/11/12 17:24

thaurus　さん

重力レンズ効果は、アインシュタインの一般相対性理論を証明するために、大規模なイギリスの観察隊が、日食を観察し、その向こうに見えるはずのない星が、ずれて見えていることで、証明されました。

図の(1)では、太陽の重さによって、光が曲がらないとしたら、そのままある星が見える関係です。
図の(2)では、太陽の重さによって、光が曲がってしまうので、本来見えるはずのない星が見える関係です。

太陽はまぶしすぎるので、地球と太陽の間に、月が入り込んだ日食に、周辺の星の光を捉えることで、この現象が確認されたというものです。

その後、この現象は何度も検証がされ、同じ結果がでているために、重力レンズ効果はあり、思い物体は光をも曲げると証明されているととのことです。

http://www.astroarts.co.jp/news/2014/10/22bmode/ …
では、偏光観測の結果だけで、重力レンズ効果による偏光パターンが世界で初めて測定されたことが知らされています。

E=mc2――世界一有名な方程式の「伝記」 (ハヤカワ文庫NF―数理を愉しむシリーズ)ディヴィッド・ボダニス
宇宙創成 (新潮文庫)サイモン・シン

など参考にされると、なぜ、重さが、空間をゆがめ、光を曲げるのかを筋道だてて理解することができるかもしれません。

参考になれば幸いです。

参考URL：http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%87%8D%E5%8A%9B% …

この回答への補足

ご回答ありがとうございます。
　重力レンズと呼ばれる現象があることは解っているのですが、それが空間の歪みによるものなのかということに疑問を持っているのです。
　実をいうと重力というものと質量の関係がそもそもよくわかりません。　質量のあるものが大きな重力を持つということは、重力の発生原因は質量であるということになろうかと思うのですが、それはおかしいのではないかと思うわけです。
　月と地球では重力に違いがあります。その原因は月と地球の質量の差として説明される事が多いように思うのですが、であれば重さ10キロの鉄球と1.5グラムの羽毛では鉄球の方がより大きな重力を持つはずで、同じ地球の上で落下実験すれば鉄球の方が地球とより引き合うために速く落下しなくてはならないことになります。　それは現実の実験結果とは異なるわけで容認できません。
　また重力が質量のないものに対しても影響を与えるという前提でなければ空間が歪むなどということは起こらないはずで、そうすると質量のあるなしにかかわらず重力はその効果を持たなくてはならず、ますます質量との関係は怪しいものになります。　つまり実際には重力による空間のひずみなどというものは存在しないのではないか。
　ならば重力レンズというものは実は空間の歪みによるものではなく、恒星周辺のガスの濃度差による単なる光の屈折と考えても説明できるのではないかというのが今回の質問の趣旨なのですが・・・。

補足日時：2014/11/18 22:06

No.2 回答者： Tacosan 回答日時： 2014/11/12 17:01

もちろん「球体の天体周辺の歪みは均等になる」が, それと「背後の恒星なり銀河の像が2つとか4つとかになってしまう」こととは矛盾しな

い. ちょっと考えればわかる.

この回答への補足

ご回答ありがとうございます。
　ちょっと考えてみましたが、わかりませんでした。通常の光の屈折であれば、例えば光源に対してプリズムの数だけ異なる方向に分光できます。
　中心に濁りのある水晶玉の向こうに光源を置いたときにもそのような複像ができるのであれば、それと同様のイメージでよいのでしょうか？

補足日時：2014/11/18 21:47

No.1 回答者： TXV12003 回答日時： 2014/11/12 16:39

計算による予測値と観測値が一致することが何よりも強力な裏付けとなるでしょうね。

この回答への補足

ご回答ありがとうございます。
　「計算による予測値」についてですが、どのような計算が行われているのか、もう少し詳しく教えてください。

補足日時：2014/11/18 21:40