なるほど面白い。重力に関する謎めいた6つの事実
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1. 重力は既知の力では最弱
image credit:3tags
重力はただ引きつける。物体を反発させるような逆バージョンはない。それは銀河をまとめるだけの力があるが、実は人の力でも簡単に逆らえてしまうくらい弱い。例えば、一冊の本を持ち上げたのなら、それは地球が生み出している全重力に打ち勝っているということだ。
比較のためにお伝えすると、原子内にある電子と陽子の間に働く電気力は、重力によって引かれる強さの100穣（10の30乗）倍だ。なぜそんなに弱いのかわからないほど弱いのだ。
2. 重力と重さは同じではない
image credit:3tags
宇宙ステーションの宇宙飛行士はふわふわ浮かぶ。これは適当に無重力などと言われるが、それは正しくない。宇宙飛行士に働く重力は地球のそれの90パーセントもあるのだ。それなのに宇宙飛行士の体重はなくなる。それは体重が、地球において地面（あるいは椅子やベッドなど、なんでもかまわない）が押し返すように働く力だからだ。
例えば、豪華なホテルのエレベーターに置いた体重計を想像してもらいたい。あなたは不審な人物を見るような周囲の冷たい視線など気にせず、エレベーターが上下に動く間、体重計に乗り続けている。体重は増減し、エレベーターが加と減を繰り返しているように感じるだろう。それでも重力は同じだ。
反対に、軌道上では、宇宙飛行士は宇宙ステーションと一緒に移動している。そこでは、彼らを宇宙船の壁に押しつけて体重を作り出すものがない。アインシュタインはこのアイデアを特殊相対性理論に応用して一般相対性理論を生み出した。
3. 重力は光で移動する波を作る
image credit:3tags
一般相対性理論は重力波を予言している。お互いの軌道に存在する2つの恒星か白色矮星かブラックホールがある場合、重力波がエネルギーを放出するため、それらはゆっくりと接近する。地球もまた太陽を公転しながら重力波を放っているが、エネルギーの損失は極小であるため、実際に気がつくことはない。
40年の間、重力波については間接的な証拠しかつかむことができなかったが、今年になってレーザー干渉計重力波観測所（LIGO）がようやくこの現象を確認するにいたった。20億光年以上離れた場所にある2つのブラックホールの衝突によって生み出された重力波の検出に成功したのだ。
相対性の帰結として、いかなるものも真空において光を超えるさで移動することはできない。それは重力とて変わらない。太陽でなにか劇的なことが起きた場合、それが私たちのもとに届くのは光と同時である。
4. 重力のミクロレベルの挙動は研究者をループに投げ込む
image credit:3tags
3つの基本的な力の性質は、最小のスケールにおいて量子論によって説明されている。しかし、重力を量子論で完全に扱うことにはまだ成功していない。
その試みの一つがループ量子重力理論という、量子物理学を用いて時空の構造を説明しようというものだ。それによれば、時空は最小のスケールでは、物質と同じように粒子のようなものだという。物質は制約によって柔軟な網目のような構造の上をある点からある点へと飛び跳ねる。これを踏まえて、ループ量子重力理論は原子核よりもはるかに小さなスケールにおける重力の効果を説明する。
もっと有名なアプローチは超ひも理論だ。これは重力子を含む粒子は、極小の次元に巻かれているひもの振動であると説明する。いずれにせよ、ループ量子重力理論も超ひも理論も、それ以外のいかなる理論も、ミクロレベルの重力の振る舞いを検証可能なレベルで説明することはできていない。
5. 重力は質量のない重力子によって運ばれている可能性
image credit:3tags
標準モデルでは、粒子は力を運ぶ粒子を介して相互に作用していると説明する。例えば、光子は電磁力のフォースキャリアである。量子重力理論で仮定されている粒子は重力子だ。その動きについては一般相対性理論から多少の推測がされており、光子のように、重力子も質量がない可能性が高い。
仮に質量があれば、実験によって何らかの証拠が検出されていただろう。とは言え、質量が馬鹿げたほど小さい可能性もまったくないわけではない。
6. 量子重力は最小の長さで出現する
image credit:3tags
重力は非常に弱いが、2つの物体を引き寄せるほどに強くなる。究極的には、プランク長と呼ばれる原子核の何倍も小さな極小の距離において、他の力の強さと並ぶようになる。
量子重力の強さが計測可能なほどに強くなるのはその状態であるが、実験によって証明するには小さすぎる。ミリメートル単位付近でも量子重力が出現すると提唱する理論もあるが、今のところ、その効果を観測することはできていない。また、大きな金属棒、すなわち超低温に保たれた原子の集合の振動を用いるという独創的な手法でもって、量子重力効果を増幅させようというものもある。
最小のスケールであれ、最大のスケールであれ、重力は科学者の意識を引き寄せてやまないようだ。その事実は、あなたが次に転んで意識が重力につかまれたとき、多少の慰めになるだろう。
via:Here Are Six Weighty Facts./ translated hiroching / edited by parumo
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コメント
1
1. 匿名処理班
- 2016年09月17日 20:36
- ID:s.JfqTpN0 #
質量のある物質から放出されて重力を伝える重力子に、質量が無いのは当たり前だろ。もし質量があったら、その事を周囲（観測機器）に伝えるために重力子から重力子が放出されて〜以下ループ。
2
2.
- 2016年09月17日 20:42
- ID:OvOaD9ad0 #
3
3. 匿名処理班
- 2016年09月17日 20:43
- ID:48ugA5Dd0 #
いやぁ難しい話でさっぱりだけど、考えるとほんと不思議だよね
あと磁力も不思議だよなぁ、なんでくっつくんだろ？
4
4. 匿名処理班
- 2016年09月17日 20:49
- ID:tY7m.Ae.0 #
女性の体重が秘密だったリするのもある意味
永久に解決不可能な重量問題だ
5
5.
- 2016年09月17日 20:56
- ID:KNttfB9H0 #
6
6. 匿名処理班
- 2016年09月17日 20:57
- ID:QRopXD5kO #
強い相互作用「重力がやられたか」
弱い相互作用「ククク、奴は既知の力では最弱」
7
7.
- 2016年09月17日 20:57
- ID:v.lJvb8b0 #
8
8. 匿名処理班
- 2016年09月17日 21:06
- ID:OJVsLon60 #
重力が届く距離は無限大
9
9. 匿名処理班
- 2016年09月17日 21:09
- ID:fnLCKrmy0 #
４がわからない
エネルギーを測ると位置がわからなくなるってやつの延長かな？
まあ重力波は見つかったが、重力子の振る舞いは観測されてないのだから
所詮、推論に過ぎないけど
10
10. 匿名処理班
- 2016年09月17日 21:16
- ID:5vem0bnb0 #
電磁気力「我等既知の力の面汚しよ」
11
11. 匿名処理班
- 2016年09月17日 21:33
- ID:KLew4yEc0 #
穣は１０の２８乗ですね。
しかし重力はとんでもない弱さだ。
12
12. かわうそ
- 2016年09月17日 21:42
- ID:M.qzcYpB0 #
重力って本当に不思議だよな？
地球を例にすると、その中心に向かって直線的に重力が働く
重力をエネルギーとして見るなら例えばダム
湖の水を重力によって落下させタービンを回して電気エネルギーに変換する
つまりダムの直上では重力が減退していそうなモンだが、そんな事はなく重いモンは重い
太陽電池なら光を電気に変換するパネルの後ろは暗くなるのにな？不思議だわ
13
13. 匿名処理班
- 2016年09月17日 21:42
- ID:wCezYnvA0 #
ゴッドグラヴィオンおおん！
14
14. 匿名処理班
- 2016年09月17日 21:53
- ID:3AJrKfHz0 #
リサランドール博士が重力は別の次元に逃げてるって説唱えてたね
15
15. 匿名処理班
- 2016年09月17日 21:58
- ID:XgvaLsSY0 #
重力を表現する時によく使われてるゴム膜の絵、あれよく考えたと思う。
質量の大きな物を置くと大きく凹んで、遠ざかるにつれ凹みの傾斜が小さくなっていく。
俺は重力は物質じゃなく状態なんだと思う。
質量あるものには必ず重力が発生するしね、ちっぽけな人間でさえも、蟻んこでさえも極小ながら重力を発生させてる。
16
16. 匿名処理班
- 2016年09月17日 22:01
- ID:UC0zYFnc0 #
なるほど
さっぱりわからん
17
17. 匿名処理班
- 2016年09月17日 22:16
- ID:EXK7..6p0 #
※8
10の28乗に100掛けるわけだから30乗よ。
弱いけれども無限の遠方まで作用するか。しかし重力子検出て確定なのかね
18
18. 匿名処理班
- 2016年09月17日 22:28
- ID:eCb0DAiJ0 #
インターステラーでも重力は次元を超越すると言っていたね
19
19. 匿名処理班
- 2016年09月17日 22:39
- ID:DU.s7d1f0 #
俺が女性の小さい胸よりも大きい胸のほうに引き付けられるのは重力じゃなくて引力のせい
20
20. 匿名処理班
- 2016年09月17日 22:40
- ID:ePBcroXT0 #
>重力はただ引きつける。物体を反発させるような逆バージョンはない。
あるんだな、それが。ダークエネルギーと言われているものが。
まだ理論上の存在でしかないけどさ。
21
21. 匿名処理班
- 2016年09月17日 22:47
- ID:vqV8Yjl60 #
弱い力〜
強い力〜
電磁力〜
重力〜
反重力〜もあると思うぞ
たぶん素人の考えだけど
22
22. 匿名処理班
- 2016年09月17日 22:47
- ID:E.nxMQEd0 #
ヘヴィな話だな。
23
23. かわうそ
- 2016年09月17日 22:52
- ID:M.qzcYpB0 #
体重が人並み以上なオレは重力よりも
軽やかに動ける自由力が欲しい
24
24. 匿名処理班
- 2016年09月17日 23:01
- ID:gI79n9Un0 #
黄金の回転が重力を生み出すって
荒木先生が言ってたな
25
25. 匿名処理班
- 2016年09月17日 23:18
- ID:rzue.Xz70 #
重力と引力って違うん？
26
26. 匿名処理班
- 2016年09月17日 23:18
- ID:PJRfFbI20 #
なるほど、完全に理解した(白目
27
27. 匿名処理班
- 2016年09月17日 23:23
- ID:v.lJvb8b0 #
「重力は存在しない」これが真理。
宗教的には存在してもいいけどね。
28
28. 匿名処理班
- 2016年09月17日 23:33
- ID:xPcfG4Fu0 #
質量がないとはなんだろうな
空間の一形態か
29
29. 匿名処理班
- 2016年09月17日 23:39
- ID:pIwaFQj10 #
愛はもっとも強い力なのね！
30
30. 匿名処理班
- 2016年09月17日 23:40
- ID:5hNa8.NQ0 #
重力波の直接観測によって重力は空間の歪みが生み出す作用であるというアインシュタインの理論が証明され、もう1つの説であった重力子の存在は否定されたのでは？
31
31. 匿名処理班
- 2016年09月18日 00:13
- ID:Cb2A.oxx0 #
4の「時空は粒子の網目みたいなもの」っていうのもおまけ知識で良かった
まだ完全ではないみたいだけども
うろ覚えだけど、昔は「穴の沢山あいた幕」みたいな空間の連続性をそこなわない
言い方をしてたように記憶してる
32
32. 匿名処理班
- 2016年09月18日 01:10
- ID:5uh1Tgqc0 #
2の説明が全くもって納得できない。
体重は「体の質量」なので宇宙に行ったからと言っても無くならない。
体重計がほぼ0になるのは その質量(単位としてはkg)では無く、力(単位としてはこの場合kgf)を測っている機種が多いから。
33
33. 匿名処理班
- 2016年09月18日 01:36
- ID:TT4t0AZl0 #
＞重力は既知の力では最弱
この話は、私も以前から不思議に思っていた。
例えばここに小さ目の鉄片が有ったとする。その鉄片に小さ目の磁石を近付けると鉄片は磁石に吸い付く。地面から離れてだ。しかし良く考えてみると地球には重力が有るのだから、ほんの数センチくらいの磁石の磁力が、地球全部の重力と鉄片の引っ張り合いをして磁石の磁力の方が勝ったという事になる。ほんの数センチの磁石と地球全部の重力の引き合いで地球全部の重力の方が負けるというのは、どう考えても重力の力が弱過ぎると考えるしかない。そりゃあそうだろう。数センチの磁石と地球全部と、いったい何倍くらいのスケールの違いが有るのかと？
またコイルに電流を流すと、どうして磁力が発生するのか？というのも、考えてみると凄く不思議だと思う。磁石にレアメタル等を入れると磁力が増す現象も、理屈としては判るが考え出すと訳が分からなくなる。多分だが磁場というのは、次元とか空間とかいうものと密接に関わっていると思うのだが、人類がその領域に足を踏み入れるのは何時の事になるのやら？でも是非解き明かして欲しいと思う。量子力学の研究などから、地球人類は次元の謎解きにも取り組み始めている。きっと地球人類が次元の謎を解き明かす時もやって来るだろうと思う。(私の生きている内には無理かも知れないけれど)
34
34. 匿名処理班
- 2016年09月18日 01:47
- ID:yaI0zhuJ0 #
ほんとわけわからん
昔は星の中心に向かって引っ張る引力と自転の遠心力の合計が重力って認識だったけど
近頃はラノベファンタジーみたいな謎の力になりつつある重力すげぇ
35
35. 匿名処理班
- 2016年09月18日 01:52
- ID:IMx0UEl70 #
な、なるほど、わからん！
36
36. 匿名処理班
- 2016年09月18日 01:54
- ID:baZ0TtXD0 #
※1
あたりまえでは必ずしもないよ。
重力ではなく強い相互作用の場合、それを伝達するグルオン自体もそれ自身の間で強い相互作用をするので、グルオンだけの塊、グルーボールなるものができる。
37
37. 匿名処理班
- 2016年09月18日 02:05
- ID:baZ0TtXD0 #
※30
いや、別にその二つは相反する考えではなくて、重力波は古典論レベル、重力子は量子論レベルで成り立つ話で、電磁相互作用に置き換えると前者は「電磁波」（19世紀からマルコーニの実験とかで見つかっていた）、後者は「光子」（20世紀に光電効果の実験などで確認された）に相当する。電磁波も光子もどちらも今は普通の概念となっていることから、お互いに矛盾するような概念でないことは分かってもらえるだろう。
今年やっと重力波の検出に成功したけど、重力子の方はそれこそ重力が最弱のせいで検出できるのはずっとずっと先になるだろう。また重力の量子論自体も、超弦理論やその発展形がそれにあたるものになっている可能性が高いけど、それ自体まだ物理の理論としては未完成なので、重力子の性質も、大雑把なことは分かるけど詳細な部分に関しては分かってない部分もあるということになるね。
38
38. 匿名処理班
- 2016年09月18日 02:53
- ID:1rsYa.Sn0 #
読んでるうちに意味不明になっていった
39
39. 匿名処理班
- 2016年09月18日 03:14
- ID:1kSHOyor0 #
全くわからねえ・・・
40
40. 匿名処理班
- 2016年09月18日 03:54
- ID:xYKBmEXR0 #
※30
電磁波を媒介する粒子が光子のように
重力波を媒介する粒子が重力子
波と粒子は別物じゃなくて、不可分な存在
41
41. 匿名処理班
- 2016年09月18日 06:28
- ID:3ffPkBop0 #
え？4つの力って「核」に「電気」に「重力」「磁力」じゃないの？（すっとぼけ）
42
42. 名無し猫
- 2016年09月18日 07:09
- ID:dUuPiLN80 #
重力は 生命エネルギーだと思うの
宇宙の根源エネルギーは生命だから
43
43. 匿名処理班
- 2016年09月18日 07:40
- ID:WNmItAMi0 #
宇宙関係の記事は興味があるので見るが説明されても理解できない
44
44. 匿名処理班
- 2016年09月18日 07:46
- ID:baZ0TtXD0 #
重力最弱とはいいつつも、理論的な難しさでは重力がラスボス感あるからね…
物理学者が本当に納得できるくらい重力のことがわかったときは、※33とか他の人も抱いている疑問の多くもいっしょくたに解けるときかもしれない。
45
45. 匿名処理班
- 2016年09月18日 07:48
- ID:4uzV0QkK0 #
今、重力と反対のエネルギー、ダークエネルギーが重力以上に存在するらしい
宇宙が膨張するのがダークエネルギーの仕業で、無から無限に湧き出るらしい
宇宙ができたのも存在するのも、今この空間が存在するのもダークエネルギーのおかげらしい
46
46. 匿名処理班
- 2016年09月18日 08:25
- ID:Rsnxs.EcO #
重力は時空を歪ませ、重力が強い場所では時間の流れが遅くなる
47
47. 匿名処理班
- 2016年09月18日 08:45
- ID:Ny4qyuha0 #
※29
そりゃハリウッドで最後に出てきてすべてを解決してくれる奇跡の力だからね
48
48. 匿名処理班
- 2016年09月18日 09:15
- ID:8Ti5yBox0 #
※33
重力はデカい（質量がある）ものほど力があるのは確かだけど、同時に重力によって引き合う力は「お高いにデカく」ないと弱いってことなんだと思う
例えば地球と火星の重力が引き合って衝突するみたいなスケールのときは、鉄片を引き寄せる程度の磁力では惑星同士の衝突に抗することはできないだろ？
片方がデカくてももう片方が小さいと「相互に引き合う力」が弱いので磁力に負ける
実際鉄片の方もある程度の大きさになると重さ＝重力が「磁力で持ち上げられる力」に勝つっていうか
磁力で引き合ってるんだけど、鉄片の方が引き寄せられるんじゃなく磁石の方というか磁石持ってる手の筋力が負けて、磁石が鉄片に引っ付くわけだしな
49
49. 匿名処理班
- 2016年09月18日 12:08
- ID:pNkKmXyO0 #
地球の10倍の重力の界王星はけっこうきつかったぜ
50
50. 匿名処理班
- 2016年09月18日 12:18
- ID:jAp981Vs0 #
※19
引力は時に魅力と「＝」だからね
重力は違う
51
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