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科学コラム  作者: もりを
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豆知識 アインシュタイン

ニュートン説を更新するアインシュタインの「説明」もまた、最新の量子力学的パラダイムの前では「記述」とされてしまうわけだけど、ひとまず彼は万有引力の構図を時空間の振る舞いとして矛盾なく説明し、その相互作用現象を「重力」と言い換えた。

そんな彼の、相対論的重力論を解説する。


まず彼は、特殊相対性理論で「質量とエネルギーは同じものだ(ご存じのE=mc2)」とした。

両者は形が違うだけで、光速の二乗を介して変換可能なのだ、と。

光速の二乗、ってところが引っ掛かるけど、速度ってのは要するに、空間距離と時間の流れをひとまとめにしたツールであるとだけ考えればいい。

つまりこの式は、質量とエネルギーのやり取りに時空間(タテヨコ奥行きの三次元+時間)が絡んでくる、と言ってるわけだ。

さらにその後に発表する一般相対性理論で、アインシュタインは慣性の等速運動系を加速系にまで拡張(一般化)する。

そして、「重力とは質量(エネルギーの集中)がゆがませる時空間上の加速度である」としたんである、なんと全部入りであることよ。


相対性理論は基本的に、光を絶対的な基準として中心に据え、もろもろの現象を相対的に説明してしまおう、という論法だ。

アインシュタインは、光はまっすぐに進む!しかもいちばん速く!と決めた(勝手に)。

光がいちばん速いかどうかはわからないし、まっすぐに進むわけでもないんだけど、とにかく相対性の主体を光の側に置いたのだ。

光が曲がって観測される場合があるのは、道の方が曲がってるせいであって、光は曲面の二地点間を最短距離に進んでるんだからまっすぐと言ってよい、というむちゃな理屈だ。

それを踏まえて、アインシュタインは「時空間は質量によってゆがむ」ものとした。

光との相対性に鑑みれば、光が曲がって見える定常の時空間は、光がまっすぐに進むぐにゃぐにゃの時空間、と言い換えることができるからだ。

張り詰めたゴムマットに鉄球を置いてたわませ、小球を転がす実験を見たことあるでしょ、あれあれ。

そして、ニュートンが「質量を持つもの同士は引き合う」とした「引く」との表現を、「加速する」と更新した。

加速ったって、どこからどこに向かって?

それは、本来あるべき座標から→質量がゆがませる時空間上のずれた座標へ、だ。

ただの机上計算だけど、皆既日食時の天体観測で、実際にこの考え方はニュートン式よりも精密であることが証明されることになる。

かくて彼は、質量から導き出される時空間のゆがみの曲率(光の道すじ)こそが重力の正体なのだ、と結論づけた。

物質同士は、引き合うのではなく、お互いがつくり出す時空間のゆがみの中を加速し合ってるんである、と。

・・・わかる?


ちょっと難しかったけど、本当に難解になっていくのはここからだ。

んなわけで、量子重力理論編につづく・・・かどうかは考えたぶんつづかない

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