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重力のメカニズムについて教えてください。 アインシュタインは空間の歪みといい...

jun********さん

2008/1/319:33:04

重力のメカニズムについて教えてください。
アインシュタインは空間の歪みといいますが、それが理解できません。
あと地球は回っているので、遠心力がありますが、
それだと外側に飛び出してしまうのではないでしょうか

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yen********さん

2008/1/323:01:52

一般相対性理論における空間のゆがみこそが、重力のメカニズムです。

重力は、加速度運動することによって同じ状態を再現することができます。
地上のロケットの底に人が立っていたとします。それは地上の重力が働いている状態です。
次に、ロケットが無重力空間に移動すれば、人は重力を感じることなく体は浮いてしまいます。
しかしロケットが加速をすると、その加速度運動によって人はロケットの底へ押し付けられます。
このように、加速度運動によって重力と同じ条件を満たすことを「等価原理」と呼びます。
重力質量(重さ)と慣性質量(加速抵抗)は同じ性質を持っているのです。

次に、物質があると時空にゆがみが生じるのではとアインシュタインは考えました。

やわらかいマットが張られたトランポリンのようなものを想像してください。
このマットの上に重いボールを載せると、ボールはマットの中心で沈み、周囲のマットはゆがみます。
ボールをもうひとつ載せると、中心のボールと引き合うように2つめのボールは転がっていきます。
万有引力と考えられていた物体同士が引き合う力は、マットのゆがみと同じように時空が曲がって
いるから起こっているのです。

マットのゆがみから、4次元時空のゆがみが想像しずらいようでしたら、マットは透明で薄く目に見え
ないものとして、ボールの動きを想像してください。ひとつめのボールは(その重さで)目に見えない
マットをゆがませています。2つめのボールは、マットのゆがみと自身の重みによって1つめのボール
とくっつき合います。

以上のように、物質の質量に応じて時空のゆがみが起こり、時空のゆがみが重力による物質の運動を
引き起こしています。物質と時空は別々に存在するのではなく、相互に関係をもった一体のものなのです。

一般相対性理論は、等価原理によって重力と加速度が同じ意味を持つことを土台としつつ、物質が
あると時空をゆがませることを明らかにし、物質と時空とを統一的に扱うことを可能にした理論です。
これが、重力のメカニズムです。

遠心力によって物質が外側に飛び出さないのは、地上の物質が地球の自転と一緒に等加速度運動
しているからです。巡行で移動する飛行機内で手に持っているものを空中に上げると、垂直に落ちる
原理とおなじです。

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gmn********さん

編集あり2008/1/412:44:58

重力のメカニズムは解明されておりません。重力はいかに作用するか、は分かりますが、なぜ作用するか、は分かっていないのです。
重力が空間の歪というのは、重力場内の物体の運動が、歪んだ空間の幾何学と数学的に同じ形式で記述される、というだけです。本当に空間が歪んでいるのではありません。
以下追加します。
空間は実際には歪んでいませんが、多くの人が重力は空間の歪みだと信じています。重力が空間の歪であると考えている理由は、以下のようなことがあるからです。
場の中を運動する物体の運動方程式を考えます。電磁場中であれば、運動方程式には、物体の質量と電荷が必要です。物体が複数あれば、それぞれの物体についての方程式が必要で、それぞれの方程式には、その物体に特有の質量、電荷が含まれます。それでは、重力場内を運動する物体の運動方程式はどうでしょうか。電磁場での場合と同様に、物体の質量(慣性質量)と、電荷に相当する量が必要ですが、重力場の場合、電荷に相当する量は重力質量になります。重力質量は、慣性質量と等価と見なされており、これら2種類の質量はキャンセルされて、物体の運動方程式中には現れてきません。これは、物体が何であっても成り立つことで、複数の物体があっても運動方程式はまったく同じで済むのです。そこで、重力場内の運動を考える場合は、個々の物体の運動方程式を考える代わりに、1つの運動方程式を考えればよいことになります。このことから、運動方程式は空間の性質から決まる、と見なすことが可能となります。これが重力場の空間の性質、すなわち、空間の歪と考えられる訳です。
これをもう少し詳しく見てみましょう。幾何学では、空間の歪はクリストッフェルの記号と呼ばれる量Γで規定されます。歪んだ空間では、ベクトルを平行移動させると、ベクトルの向きが変わりますが、Γは、ベクトルがどの程度変化を受けるのか、を規定します。これを別の見方をすれば、Γの作用を受けてベクトルが変化を受ける、と見なすことができます。実は一般相対性理論では、Γは重力に相当する量と考えられています。物体の運動量にΓが作用することで、運動量ベクトルが変化を受けます。これが重力との作用と考えられる訳です。重力場とは、空間の各点にΓが規定されている場と見なすことができます。このΓを力と考えるか、空間の性質と考えるかで、重力を相互作用と考えるか、空間の歪と考えるかが分かれる訳です。
以上のことを理解した上で重力場を空間の歪と考えるのは問題ありませんが、中には、トンデモ概念が信じられていたりします。その最たるものがワームホールです。ワームホールは、重力相互作用の観点からはまったく認められない概念ですが、空間の歪の観点からは、とても魅力的な存在です。しかし、物理学はSFではありませんから、願望は真実とはなりません。そのことをよく理解しておくことが重要です。

sik********さん

2008/1/319:46:20

重力(万有引力)がなぜ発生しているかはわかっていません。
アインシュタインの空間のゆがみというのは概念的なものです。
この空間のゆがみというのは、この世界は3次元空間ですが、これを仮に二次元空間の膜のようなものと考えたときに、そこに質量ある物体が存在すると膜がたるむ様に、3次元空間でもゆがみが生じるものだとするものです。
つまり、この世界を3次元空間ではなくもっと多次元空間(時空で言ったら5次元時空以上)のものと仮定したときの話です。
当然、4次元目の空間は確認されておりませんので、あくまで仮説なのです。

@遠心力は3次元の話。

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