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読者投稿:物理 相対性理論における重力とは

目次

3398 : ◆hU5yzO62k6 : 2020/06/24(水) 20:58:00 ID:.eJbYX72

それでは予告どうり21時より
読者投稿:物理 相対性理論での重力
を投下します。

コテハンはテスト時のミスより変更します。


3405 : ◆hU5yzO62k6 : 2020/06/24(水) 21:01:33 ID:.eJbYX72


読者投稿:物理  相対性理論における重力とは



   ∩___∩
   | ノ      ヽ         それでは、これから相対性理論における重力について解説するクマ──!!
  /  ●   ● |
  |    ( _●_)  ミ
 彡、   |∪|  、`\
/ __  ヽノ /´>  )
(___)   / (_/
 |       /
 |  /\ \
 | /    )  )
 ∪    (  \
       \_)




   ∩___∩             まず重力の存在を知らない人はいないクマ。物が落ちてくるのも
   | ノ       ヽ            重力が原因クマ、図1のように物体が引き寄せられる現象クマ。
  / ●   ●  |          
  |   ( _●_)   ミ
 彡、   |∪|  、`\                    ●
/ __ ヽノ  /´>  )                      |        ※●は物体で、矢印は力の向きや大きさ
(___)   / (_/                    ↓
 |       /
 |  /\ \
 | /    )  )                     ,. -─-  、
 ∪    (  \                    /        \
       \_)                  /             `、
                            l             l
                            l    地  球    l
                             、           /
                             \       /
                              ` ー-   -‐´

                       図1 一般的な認識での重力





3409 : ◆hU5yzO62k6 : 2020/06/24(水) 21:02:59 ID:.eJbYX72




    ∩___∩   /)
    | ノ      ヽ  ( i )))     別に日常生活や普通の力学だとこれで十分クマ。でも相対性理論では、
   /  ●   ● | / /      重力は「潮汐力」と扱われるクマ。
   |    ( _●_)  |ノ /      
  彡、    |∪|     ,/       これは図2のように横の方向では、物体を押し潰すような力が掛かり、縦方
  /     ヽノ   /´        向では逆に物体をひき裂く方向に方向に力が掛かるクマ。

                                ↑
                              →●←
                                |      
                                ↓      潮汐力
                                       ・横方向には、物体を押し潰すような力が掛かる
                                       ・縦方向には、物体を引き裂くような力が掛かる
                             ,. -─-  、
                             /        \
                           /             `、
                            l             l
                            l    地  球    l
                             、           /
                             \       /
                              ` ー-   -‐´

                         図2 相対論での重力




   ∩___∩ 
   | ノ\     ヽ         潮汐力そのものについては以上クマ。でもこれを聞いて、たぶん次のような疑問が
  /  ●゛  ● |         思い浮かぶと思うクマ。
  | ∪  ( _●_) ミ
 彡、   |∪|   |
/     ∩ノ ⊃  ヽ        1.本当にそんな力が物体に掛かっているのか?そもそも引き寄せ合う力である重力で
(  \ / _ノ |  |        上向きの力が掛かっているのは何故?
.\ “  /__|  |
  \ /___ /         2.仮にこれが正しいとして、なぜ潮汐力を重力としているのか?今までの図1のような重
                    力の考えの方が分かりやすくて簡単なのに、何故そうしないのか?

                    これについて順に解説するクマ。


3412 : ◆hU5yzO62k6 : 2020/06/24(水) 21:06:04 ID:.eJbYX72



                 それでは1.「潮汐力は本当にあるのか」について解説するクマ。
   ∩___∩
   | ノ      ヽ      まず縦方向の力について説明するクマ。重力は地球から離れるほど弱くなるのはみんなも知っているクマ。
  /  ●   ● |     なので重力が強いほど速く落ちるので、下の図のように地球に近い物体は速く落ちて、遠い物体は遅く落ちるクマ。
  |    ( _●_)  ミ
 彡、   |∪|  、`\
/ __  ヽノ /´>  )          ● 地球から遠いので遅く落ちる
(___)   / (_/                                             ●
 |       /               ● 地球に近いので速く落ちる
 |  /\ \                                                    ・次第に距離が開く
 | /    )  )
 ∪    (  \                                                ●
       \_)
                     ,. -─-  、                          ,. -─-  、
                    /        \                         /        \
                  /             `、                      /             `、
                   l             l                       l             l
                   l    地  球    l                       l    地  球    l
                  、           /                        、           /
                    \       /                         \       /
                     ` ー-   -‐´                            ` ー-   -‐´
                     落下開始時                        落下開始後しばらく



   ∩___∩
   | ノ       ヽ
  / ●   ●  |
  |   ( _●_)   ミ      仮にこの二つの物体を繋げて一つの物体と見たなら、
 彡、   |∪|  、`\     まるで物体を引き裂くような力が掛かるクマ。
/ __ ヽノ  /´>  )       .
(___)   / (_/
 |       /
 |  /\ \
 | /    )  )
 ∪    (  \
       \_)


3413 : ◆hU5yzO62k6 : 2020/06/24(水) 21:08:48 ID:.eJbYX72


                
           __     次に横方向の力があることを説明するクマ。
          〈〈〈〈 ヽ
   ∩___∩ 〈⊃  }   「物が地球に向かって落ちる」という表現があるが正確ではないクマ。
   | ノ      ヽ !   i    より正確には「物が地球の【中心】に向かって落ちる」クマ。
  /  ●   ● |  /
  |    ( _●_)  ミ/    なので下の図のように物体間に距離があっても、落下するに従って、
 彡、   |∪|  /      次第に二つの物体の距離が狭くなるクマ。
/ __  ヽノ /
(___)   /                 l              /
                           l             /
                           ●            ●
                            l           /
                              l          /     ・次第に二つの物体間の距離が縮まる
                            l         /
                             l       /
                              ●      ●
                               l     /
                            ,. l-─- /、
                            /  l    /  \
                          /     l   /    `、
                           l      l /      l     ×は地球の中心点
                           l      ×      l
                            、           /
                            \       /
                             ` ー-   -‐´



   ∩___∩
   | ノ       ヽ
  / ●   ●  |    この二つの物体を繋げて一つの物体のと見たなら、まるで物体を押しつぶすような力が掛かるクマ。
  |   ( _●_)   ミ
 彡、   |∪|  、`\
/ __ ヽノ  /´>  )  以上より縦方向と横方向に力が掛かっているから、潮汐力はあると言えるクマ。
(___)   / (_/
 |       /  
 |  /\ \      
 | /    )  )
 ∪    (  \
       \_)


3414 : ◆hU5yzO62k6 : 2020/06/24(水) 21:10:58 ID:.eJbYX72




       //
     /  /   パカッ     次に2.「なぜ重力を潮汐力としているのか」について解説するクマ。
     //⌒)∩__∩
    /.| .| ノ     ヽ     まず前提として、物理法則は「いつ、どこで、誰にとっても」同じである方が望ましいクマ。
    / | |  ●   ● |     当たり前クマね、特に相対論では「誰にとっても」同じであることを重視するクマ。
   /  | 彡  ( _●_) ミ
   /  | ヽ  |∪|  /_    でも重力を図1のような【ただの落下するだけの力】と考えると、これに違反してしまうクマ。
  // │   ヽノ  \/   下の図を見て欲しいクマ。
  " ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄(..ノ                           |||      |||
                                          |||      |||
                                          ●    (^ω^ )<【重力】は働いていない


                                                   
                                         ,. -─-  、           ※(^ω^ )は物体と同じように動いている
                     【重力】が働いている >('A`)/        \           ('A`)は地上で静止している
                                      /             `、
                                .      l             l
                                .      l    地  球    l
                                .       、           /
                                .       \       /
                                .        ` ー-   -‐´




    ∩___∩   /)
    | ノ      ヽ  ( i )))   物体と同じように動いている(^ω^ )は「【重力】は働いていない」と観測するクマ。
   /  ●   ● | / /    物体と同じように落下していると【ただの落下するだけの力】は観測できないクマ。
   |    ( _●_)  |ノ /      これは下りのエレベーターで自分の体重が軽くなるのと原理的には同じクマ。
  彡、    |∪|     ,/   
  /     ヽノ   /´      でも地球にいる('A`)は物体に「【重力】が働いている」と観測するクマ。
                  
                   意見が分かれたクマね。誰にでも同じでは無いので、図1の【ただの落下するだけの力】を
                   相対論の重力の定義として採用することは出来ないクマ。


3417 : ◆hU5yzO62k6 : 2020/06/24(水) 21:13:02 ID:.eJbYX72




.   ∩____∩: :.+
ワク. | ノ      ヽ+.:
:.ワク/  ●   ● |      でも潮汐力なら、そんなことは無いクマ。潮汐力は物体と同じように落下していたり、
  ミ  '' ( _●_)''ミ     その他のどんな観測者でも観測できなくなったりしないクマ。同じように落下していても
. /  ._  |_/__ノヽ     横方向に押しつぶしたり、縦方向に引き裂く力は観測できるクマ。
 -(___.)─(__)─                  
                                   |||      |||
                                   |||      |||
                                   ●    (^ω^ )<重力(潮汐力)が働いている。


                                            
          重力(潮汐力)が働いている > ('A`) ,. -─-  、   
                               /        \ 
                               /             `、
                         .      l             l
                         .      l    地  球    l
                         .       、           /
                         .       \       /
                         .        ` ー-   -‐´




   ∩___∩
   | ノ       ヽ
  / ●   ●  |       これらのことから、より「誰にとっても同じ」になる潮汐力を相対論では重力の
  |   ( _●_)   ミ      定義と採用しているクマ。
 彡、   |∪|  、`\     
/ __ ヽノ  /´>  )
(___)   / (_/     これで「相対性理論における重力とは」は以上で終わりクマ。
 |       /        
 |  /\ \         ご清聴ありがとうございましたクマ。
 | /    )  )
 ∪    (  \
       \_)


3421 : ◆hU5yzO62k6 : 2020/06/24(水) 21:18:40 ID:fcplXghI

以上6レスお借りしました。投下は以上です。
有り難うございました。


3419 : 尋常な名無しさん : 2020/06/24(水) 21:17:49 ID:qrO0BfLI

短いながら乙
簡素で明快でした
明解の方が正しい気もするが
細かいことはいいんだよぉ!


3420 : 尋常な名無しさん : 2020/06/24(水) 21:18:32 ID:qVOBPtb6

なるほどなぁ、相対性理論を説明する上で必要になってくるのか


3424 : 尋常な名無しさん : 2020/06/24(水) 21:18:53 ID:b6ShHFfk

ええっと、「慣性と重力は外から観測しないと区別がつかない」みたいな話聞いた事があるんだけど
「潮汐力=重力とすれば慣性と区別がつく」という事になる、、、のか?


3426 : ◆hU5yzO62k6 : 2020/06/24(水) 21:28:30 ID:i34JCZMo

>>3424
はい、一般的な重力の認識だと慣性と区別が付きません。
なので重力を潮汐力と見なすとどの観測者でも慣性と区別して、重力を観測することが出来ます。


3427 : 尋常な名無しさん : 2020/06/24(水) 21:36:49 ID:b6ShHFfk

回答ありがとうございます!

講義だったら外してたら恥ずかしくて質問できなかったな(日本人的欠点)
匿名掲示板万歳!!


3425 : 尋常な名無しさん : 2020/06/24(水) 21:26:18 ID:1ZzBfTs2

>>3409の説明の一つに、物体が理想的な剛体ならと言う注書きも必要ではないですかね
太陽の重力や地球の円運動などもあるので「相対性」理論の相対とは、
そう言った観測される力が一定である慣性の中で観察されてるのが前提のはずです

誰にとっても相対的に同じは、「同一慣性」の観察です
特殊相対性理論の特殊性癖の部分は、光速が同一慣性外から観測した場合でも光速のまま一定という特殊性から来たとか
そんな事前導入の補足もほしいです

お疲れさまでした


3428 : ◆hU5yzO62k6 : 2020/06/24(水) 21:37:22 ID:i34JCZMo

>>3425
相対性原理や光速の不変性の解説は特殊相対性理論の基本的な仮説で、相対性理論そのものを解説することになるので、今の自分には難しいなと思い書きませんでした。


3430 : 尋常な名無しさん : 2020/06/24(水) 21:43:42 ID:1ZzBfTs2

>>3428
返信ありがとうございます
確かにイメージしやすい解説は難しい無茶ぶりだったと反省しました

>>3427
ですよね!


3497 : 語り人 ◆MlbFIuQyJ6 : 2020/06/25(木) 05:24:27 ID:JNBoZa1Q

昨日の重力の人ありがとうございます
物理学もっと増えろ、と願うイッチ


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