重力はどのようにして発生するのでしょうか?その起源を解明したのは誰か？

万有引力はアイザック・ニュートンによって発見され、彼は 1687 年に著書「自然哲学の数学的原理」でその理論を発表しました。万有引力の法則は、F=GMm/r^2 と表されます。

ここで F は重力の大きさであり、ニュートン単位で測定され、記号は N です。 G は万有引力定数で、地球上で質量中心が 1 メートル離れたところにある 1 kg の物体の重力で、およそ 6.67×10^-11 N·m^2/kg^2 です。 M と m は、重力を受ける異なるサイズの 2 つの物体の質量を表し、記号 kg でキログラム単位で測定されます。 r は、重力を受ける 2 つの物体の質量中心間の距離であり、メートル単位で測定され、記号は m です。

この式は、重力の大きさは物体の質量に比例し、重力が発生する 2 つの物体間の距離の 2 乗に反比例することを意味します。簡単に言えば、質量が大きいほど重力も大きくなります。距離が長くなるほど重力は小さくなり、指数関数的に減少します。

この式は、重力が質量によって引き起こされること、つまり、宇宙のあらゆるものは質量を持つ限り重力を生み出すことも明らかにしています。しかし、ニュートン力学では、質量は物体の慣性質量のみであり、時間や空間から独立した孤立した存在です。したがって、質量が重力を生み出すことは発見されましたが、質量がなぜ重力を生み出すのかを説明することは不可能です。

アインシュタインはこの問題を解決しました。彼が創始した特殊相対性理論は、時間と空間の統一の問題を解決し、運動が時間と空間を変化させ、時間に膨張効果をもたらし、空間に収縮効果をもたらすことを証明し、ニュートンの時間と空間の絶対的な見方を覆しました。彼はまた、質量とエネルギーの間に同等の関係があることを証明し、有名な質量エネルギー方程式 E=MC^2 を得ました。

その後、アインシュタインは一般相対性理論の中で、質量が時空の湾曲を引き起こし、重力の本質は時空の湾曲によって引き起こされる現象であることを証明しました。このようにして、ニュートンの空間と時間に対する絶対的な見方によって引き起こされた多くの機械的誤差が修正され、重力の起源が発見されました。

では、なぜ質量によって時空が曲がるのでしょうか?これは時空が目に見えない大きな網のようなものだからです。もちろん、このネットは平面ではなく立体的です。この大きな網の中に質量を持った物体が入ると、大きな網が圧縮されて窪みが生じます。質量と運動エネルギーが大きいほど、窪みも大きくなります。

科学者の中には、伸ばしたベッドシーツを使って空間と時間を表す人もいます。さまざまな質量のボールをベッドシーツの上に置きます。ボールの質量が大きいほど、ベッドシーツにできる凹みが深くなり、ボールの質量が小さいほど、凹みに近づくとボールが大きく落ちることがわかります。ベッドシーツは三次元の空間と時間を表すことはできませんが、質量が重力の源であり、質量が大きいほど重力が大きくなることを鮮明に示しています。

これが時空の曲率です。巨大な天体によって引き起こされるこのような時空の湾曲は、時空の罠または時空の渦と呼ばれます。小質量の天体がこの時空渦に近づき、大質量天体の影響圏内に入ると、渦に吸い込まれる傾向があり、そこで現れる現象が相互引力と重力の現象です。

秒速30万キロメートルで移動する光であっても、巨大な天体を通過すると進路が曲げられます。この偏向は時空渦の渦線に沿って進みます。たとえば、太陽の後ろにある星から発せられる光が太陽の近くを通過すると、太陽の重力によって曲げられ、日食の際に観測することができます。

イギリスの天文学者アーサー・エディントンが探検隊を率いて、皆既日食を追ってアフリカ西海岸まで何千マイルも旅したのは、ちょうど100年前の1919年のことでした。観測により、太陽を通過する星の光の偏向が確認され、これはアインシュタインの時空曲率理論と一致していた。こうして彼はこの偉大な理論の正しさを世界に発表し、世界の科学界にセンセーションを巻き起こし、人類文明の新たな段階を導きました。

したがって、重力は、その本質が時空の湾曲である現象であり、質量によって引き起こされる時空の湾曲によって引き起こされる現象です。ニュートンの理論とアインシュタインの理論の違いは、前者はこの現象を発見したのに対し、後者はこの現象の根本的な原因を発見した点です。

これはSpace-Time Communicationからのオリジナル記事です。著者の著作権を尊重してください。ご理解とご協力をよろしくお願いいたします。