(本当に)やさしい物理学

おはようございます。ようやく暖かくなったかと思っていましたが、ここ数日は冷たい風の吹く日が続きます。風邪などひかないよう気をつけてくださいね。

 

今日は、物理についてゆるゆると書いていきましょう。

始めにおことわりしておくと、僕は物理を専門的に勉強したことのないド素人です。物理学の本もブルーバックスとその他細々したものしか読んだことが無いのですが、僕が感じた物理学の美しさを少しでも伝えられたらと思います。見当違いなことをどやどやと言うかもしれません。もし目に余る間違い等ありましたら、コメントやDMでお叱りいただければ幸いです。

 

一般相対性理論の発想

初っ端からテーマが重すぎる感が否めませんが、実は一般相対性理論の基本概念はびっくりするほどシンプルです。

 

ニュートンは、物体がなぜ落下するのかを説明しようと試みました。リンゴの逸話でも有名ですね。彼はすべての物体には互いに引き合う何らかの力があると仮定し、それを「引力」と名付けました。ですが、この力が離れたもの同士の間でどのように作用するのか、彼は解明することができませんでした。また、ニュートンは空間を空っぽの巨大な「入れもの」と捉えていましたが、その「入れもの」が何でできているのかは、やはり分からないままでした。

 

 ところが、アインシュタインの生まれる数年前。イギリスの偉大な科学者ファラデーとマクスウェルによって、ニュートンの考えた空っぽの「入れもの」に「電磁場」という概念が持ち込まれました。電磁場は広がりを持ち、電磁波となって空間を満たしていて、この波が電気エネルギーを"運ぶ"と考えられたのです。(用語が曖昧かも知れません、許して下さい以下略)

 

アルベルト・アインシュタインの父親、ヘルマン・アインシュタインは電気機器の製造会社を経営していました。その影響で幼い頃から電磁気学と接していたアルベルトは、大学での研究中、電気と同じように重力も場/波によって運ばれるのではないかとひらめいたのです。とすれば、電磁場と同様、重力場というものも存在するはずであると考えた彼は、重力場の構造を求める方程式を導出しました。

 

ここまででも十分に画期的ですが、やがて彼は一つの革新的なアイディアにたどり着きます。それこそが一般相対性理論の核となる思想。重力場は「入れもの」(=空間)の中にひろがるものではなく、重力場こそが空間そのものであるという考えです。

 

科学において、それまでは空間と物質とは異なるものだと考えられていました。しかし、そうではなく、空間も物質的な要素の一つなのだということです。空間は巨大な硬い容器ではなく、途方もなく大きく柔らかな「場」なのです。

 

この天才的なアイディアによって、私たちは極めてシンプルに世界を捉えることができるようになりました。

例えば、太陽ほどの大きな質量を持つ存在は、周囲の空間を大きく歪めます。ですから、地球は引力に引っ張られて太陽のまわりを公転するのではなく、歪んだ空間をただ真っ直ぐに進んでいるだけなのです。


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http://www.ils.uec.ac.jp/~musha/research.html

 

そういえば、青少年宇宙科学館にそんな遊具がありましたね。あれは探査機のスイングバイでしたが、イメージとしては手頃でしょう。
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http://www.kagakukan.urawa.saitama.jp/tnj02.html

 

ロシアの物理学者レフ・ランダウは、一般相対性理論を「現存する物理学の理論の中でもっとも美しい理論」と評しました。

私たちにもこの理論の美しさの全てを理解できたら、どれだけ楽しいでしょう?また、そこからはどんな世界が見えるのでしょう?

 

冒頭の予告通りかなりゆるふわしたエントリになってしまいましたが、いかがでしたか?断定多めで脳内お花畑の趣がありますね。

気が向いたら(または評判が良ければ)また書きたいと思います。

では、また次回!