重力とは何か アインシュタインから超弦理論へ、宇宙の謎に迫る
大栗博司(著)
/幻冬舎新書
作品情報
私たちを地球につなぎ止めている重力は、宇宙を支配する力でもある。重力の強さが少しでも違ったら、星も生命も生まれなかった。「弱い」「消せる」「どんなものにも等しく働く」など不思議な性質があり、まだその働きが解明されていない重力。重力の謎は、宇宙そのものの謎と深くつながっている。いま重力研究は、ニュートン、アインシュタインに続き、第三の黄金期を迎えている。時間と空間が伸び縮みする相対論の世界から、ホーキングを経て、宇宙は10次元だと考える超弦理論へ。重力をめぐる冒険の物語。
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この作品のレビュー
平均 4.0 (191件のレビュー)
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わからないけどこういうことがわずか100年で理論と実証が進んだっていうのはすごいことだなあ。
重力といえばニュートンのリンゴだろう。一般には地球とリンゴが引っ張りあ合ってると考える。他の引力でわかりやすいのは磁力だがこちらは引力だけでなく斥力も働く。電磁波がその力の元だがこれは波と粒子の双方の…性質を持っている。重力も同じように何らかの粒子が関連しているだろうと言うのがヒッグス粒子発見のスタート地点だ。重力の不思議は電磁気力と違って遮蔽できないこと。金属の箱の中では電磁波の遮蔽効果が働くが重力はとにかく質量と距離で決まる。質量は何かというと動かしにくさである。有名なE=MC²の式はエネルギーは質量x光速の二乗に等しいと言う式だが、同じ大きさで質量が大きい物はより動かしにくく潜在的には大きなエネルギーを持っている。高い所にあるものは重力エネルギーを持っていて落ちると音や熱に少しエネルギーを使って位置エネルギーを減らす。実はそのとき減ったエネルギー分だけ実際に質量が減っているらしい。知らなかったです。C+O2=CO2 炭が燃えて二酸化炭素ができるときに熱と光が出る。結合エネルギーの差で説明でき式の左右で質量は一般的には変わらないとしているが、ここでも実は少し使ったエネルギー分だけトータルの質量が減るらしい。
ここで出て来たC光速に一度話が飛ぶ。光速は一定だといえばふーんそうで終わりなのだが日常的なスピードと比べると異常なことがわかる。例えば60Km/hで走る電車から100Km/hのボールを投げると受け取る側には160km/hになる。当たり前である。では超音速のロケットから発した光と停まってる人が発した光はどちらが速いのか、答えは同じ。これを説明したのがアインシュタインの特殊相対性理論で1905年アインシュタインの奇跡の年にベルンの特許局で働きながら仕事の間に研究し発表した。同じ年に量子力学の基礎になる光量子仮説、光が波と粒子の性質を併せ持つと言う仮説、そして原子が存在することでブラウン運動を説明できる理論を発表し1907年に得たアイデアで重力を説明しようとする。例えば加速する際に後ろに体が引っ張られる、これが重力そのものだと言うアイデアである。
同じ質量の2つの球を同時に落とすことを考えてみる。縦に並べたとき下に有る方が地球との距離が近く速く落ちる。横に並べた場合は同時に落ちるがもし地面で停まらないと想像するとどんどん地球の中心に近づき2つの球の距離は近づく。つまり重力は縦に引き延ばし、横に押しつぶす力が働いていることになる。これが地球サイズで働いているのが潮の満ち引きだ。ちゃんと理解できてないので説明をすっとばすが重力は空間をゆがめる力とも言える。
光速の話に少し戻る。移動していても停まっていても光速が一定だと言うことを説明するためにひりだした答えは動いている物体の中では時間が遅れると言う非常識なものだった。しかし実際に時間は遅れており人口衛生はこの遅れを補正してGPSがちゃんと働くようにしている。重力は空間をゆがめ、移動は時間をゆがめている。ここから時間、空間、重力の話が一緒くたになってくる。重力が空間をゆがめる証拠はブラックホールの観察から出て来た。ブラックホールの向こうにある星からの光は空間がゆがめられたために曲がる。なんと2点間に複数の直線が引けるようになってしまう。
ブラックホールの話も満載である。ブラックホールは大きな星がつぶれどんどん密度がましていったもの。地球から飛び出すロケットには重力に打ち勝つ脱出速度が有るがブラックホールからの脱出速度は光速を超え光も脱出できなくなる。ブラックホールでは空間だけではなく時間もゆがみ近づくほど時間の流れが遅くなる。ブラックホールから地球宛に毎日メールを送ると毎日送っているはずがだんだん届くまで時間がかかるようになりやがて届かなくなる。空想の望遠鏡でロケットを見ると近づけば近づくほど猛スピードで落ちて行くのだが時間の流れが遅くなるため外からは近づくほどに動かないように見えてしまう。もう一つの面白いエピソードは宇宙はものすごいエネルギー量であふれているのになぜ真っ暗なのかということ。宇宙の膨張速度が光速を超えているため光が届かないということらしい。
最後に重力を司る粒子を探るためにミクロの世界に話が移る。最近では陽子や電子はもっと小さい粒子からで来ていることや反物質(プラス電荷の反電子やマイナス電荷の反陽子)の存在なども明らかになって来ている。真空中から粒子と反粒子がぽこっと生まれ、ぶつかって消滅する。さあとうとう手に負えなくなってきました。(笑)
重力を司るヒッグス粒子を説明しようとすると次元が10次元まで必要だそうだ。時間と空間は同じように扱うのでこれで4次元、じゃあ残りの6次元をどうするかで出て来たのが超弦理論。さあわからない(笑)続きを読む投稿日:2014.01.01
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トポロジカルな弦原理を開発した著者
超弦原理にトポロジカルな考え方を導入し、ホログラフィー原理のきっかけを作った著者ならではの話が読める。
そうでなくても、著者が変われば内容も新しい見識が広がることを認識した。とにかく面白い。投稿日:2019.04.07
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