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重力が引っ張る力ではないのはなぜですか?

<ブロック引用>

ニュートンの重力理論は完全に正確ではありません。アインシュタインの一般相対性理論は、重力は引っ張る力ではなく、時空の曲率の影響であると説明しています。

重力は、宇宙を構成する 4 つの基本的な力の 1 つです。ニュートンが重力の劇的な発見につながった小さな事故についての寓話は、誰もがよく知っていると思います。木の下で休んでいると、リンゴが頭の上に落ち、まさにその木の下で自然の力について考えていたと信じられていたニュートンはひらめきました。それに続いたのはばかげた主張でした。彼は、リンゴを木から引きずり下ろしたのと同じ力が、地球を太陽の周りで動かし続けていると結論付けました.

寓話には、きらめく科学的発見のすべての要素が含まれています。特異な天才が働いており、偶然の早業と、最も平凡な出来事を目撃することによって引き起こされた記念碑的な洞察です。寓話的思考の美徳です。ただし、この寓話は完全に真実ではありませんが、...ニュートンの理論でもありません

(写真提供:Flickr)


ニュートンとアインシュタインの重力の見方

まず、リンゴはニュートンの頭に落ちませんでした。彼の伝記作家であるウィリアム・ステュークリーによると、ニュートンは「瞑想的な気分」にあったとき、リンゴが遠くに落ちるのを目撃した.彼は、リンゴが横向きやその他の非正統的な方法ではなく、「垂直に」または地面に向かってまっすぐに落ちた理由を熟考しました.彼は後に、2 つの物体の間の重力が、それらの質量に正比例し、それらの間の距離の 2 乗に反比例する大きさでそれらを引き寄せたり引き付けたりすると仮定しました。物体がたどる軌道は、エネルギーの消費を最小限に抑えるために最短になるため、直線になります。

ニュートン自身でさえ、彼の理論に特に満足していませんでした。彼はその力が不可解な引きではなく押しであると考えていたので、疑わしかった.この重力の引力は、ニュートンがすぐに見逃した何かを明らかにすることによってさらに説明されるか、「魔法の」引力が質量の本質的な特性であると単純に受け入れられる可能性があります.後者はゴスペルとなり、400 年間真実に抵抗し、覆い隠してきました。

幸いなことに、このドグマは、同様に恐るべき天才であるアインシュタインによって正当に否定され、彼はさらにばかげた主張を行い、一般相対性理論を提唱しました。これは彼の計り知れない勇気を示したもので、ある特許事務員が真の物理学の半神であるニュートンに挑戦していたからです。彼は 400 年間崇拝されてきた見解に異議を唱えていました。

(写真提供:Public Domain Pictures)

アインシュタインの発見は、一連の思考実験に基づいていました。宇宙飛行士が重力源から離れて宇宙に浮かんでいて、同じ宇宙飛行士が惑星の重力で自由落下しているとします。両方の経験の類似性は驚くべきものです。宇宙飛行士は、外力の影響を受けるまで滑空するか、じっと座っていなければなりません。宇宙飛行士が自分の位置を知らずに落下したり浮いたりした場合、たとえば閉鎖されたリフトの中で、リフトが深宇宙に浮かんでいるのか、地球上の建物を通って浮いているのかを区別できません。どちらの場合も、彼は本質的に無重力です。しかし、宇宙飛行士が何の力も受けていないのなら、なぜ自由落下中の宇宙飛行士は加速するのでしょうか?ニュートン力学では、これはニュートンの運動の第 2 法則 (加速度の大きさは加えられた外力に比例する) と矛盾するため逆説的です。

アインシュタインは、物体は巨大な物体によって引っ張られるのではなく、その上の空間によって押し下げられることを示唆しました。一般相対性理論によれば、物質は時空の連続体として知られる空間だけでなく時間の構造も歪めます。生地は、しっかりと張られた輪ゴムのグリッドのようなものです。巨大な物体がそれらを押して下に伸ばすと、変形した輪ゴムが物体をその下に押し込みます。この理論は、小さな物体が巨大な物体に向かって引っ張られたのではなく、後者の近くの空間がその大きな質量によってゆがめられたため、下り坂を移動していたことを暗示していました。したがって、自由落下する物体は、時空で可能な限り真っ直ぐな経路をたどります。

アインシュタインは、物理法則はすべての観察者に同じように見えなければならないという仮定に基づいて、この理論を開発しました。これは、太陽の周りを公転する惑星にも当てはまります。軌道を回る惑星は、エネルギーを最小限に抑えるために、太陽の周りの最短経路をたどります。この経路は楕円であり、重力井戸で最も効率的な経路です 太陽の...しかし、宇宙飛行士の加速はどうですか?

アインシュタインの測地線方程式は、加速度が湾曲した時空の積であることを示しています。彼の方程式は、曲率が落下する物体をどのように加速するかを説明しています。曲率がない場合、体は一定の速度で直線的に動きますが、この動きが外力によって妨げられない限りです。ただし、方程式の最も興味深い側面は、その式に質量がないことです。等価原理が要求するように、加速度の大きさは落下する物体とは無関係です (月の表面にハンマーと羽を落とすと、それらは同時に落下します)。

ニュートン重力は誤謬ですか?

ニュートン重力では、水星の特異な軌道も、重力レンズ作用も、太陽などの巨大な物体の近くを光が通過するときの曲がりも説明できません。ニュートンの見解は完全に 違う?はいの場合、なぜそれがまだ私たちの教科書のいたるところにあるのですか?

ニュートンの見解は間違っていません。実際、NASA は今でも彼の悪名高い法則を使用して、宇宙での衛星の挙動を予測しています。彼の見解は、小さな天体と低速の場合でも非常に正確です。子供たちが一般相対性理論の原理について教化されない理由は、その概念を理解するのが非常に難しいからです。幾何学は、高校またはユークリッドには厳密には適していません。 そして数学の洗練度は最高です。覚えておくべき重要なことは、重力は押すものでも引くものでもないということです。私たちが「力」または重力による加速度として解釈するものは、実際には空間と時間の曲率です — 経路自体は下向きに曲がっています.


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