ニュートンはリンゴで頭を打ったことがありますか？

17 世紀以前、ヨーロッパではすべての天体が地球の周りを回っているという考えが主流でした。コペルニクスとガリレオの後、ほとんどすべての天文学者は、月は地球の周りを回り、惑星は太陽の周りを回るという考えに改めるようになりました。

しかし、元々の疑問はまだ解決されていません。地球と太陽のどちらが周りを回っているのでしょうか?広く普及している修正地球中心説では、惑星は太陽の周りを回り、太陽は地球の周りを回るとされています。

当時の天文学的観測では、運動自体が相対的であるため、この問題を解決できませんでした。太陽系の内部だけを考えれば、地球が太陽の周りを回っても、太陽が地球の周りを回っても、動きは完全に等価であり、座標系の変換のみを実行する必要があります。

宇宙全体を考慮すると、両者には違いがあります。地球が動いている場合、地球の位置が異なれば、見える星空もわずかに異なるはずです。これがいわゆる「視差」です。太陽が動いていたとしても、違いはありません。当時の天文学的観測では視差は検出されなかったが、これは太陽が動いているという考えを裏付けるものと思われる。地球が動いているという考えを支持する人々は、これは星があまりにも遠くにあるため視差が小さすぎて観測できないためだと考えています。この発言は可能ですが、結局のところ証拠はありません。

さらに、星が本当にそれほど遠いのであれば、そのいくつかは非常に大きいはずである。当時、いくつかの星の半径は地球と太陽の距離よりも大きいと推定されていました。今日ではこれが可能であることが分かっていますが、17 世紀の天文学者はそれをばかげていると考えていました。

太陽と地球のどちらが動いているかという根本的な意見の相違は、17 世紀の観測では解決できませんでしたが、観測以外にも解決方法はあります。たとえば、なぜ天体は互いの周りを回転するのか、という根本的なメカニズムを探ることができます。

古代ギリシャ人は、円運動は天体の自然法則であり、そこには理由はないと信じていました。現代物理学の進歩により、この見解、特にニュートンの 3 つの法則のうち、外力がない場合は物体は一様な直線に沿って動くはずであるという最初の法則は反証されました。言い換えれば、円運動をしている天体には何らかの力が働いているはずです。

その力とは何ですか？ニュートンはそれが物体間の万有引力であると信じていました。

ニュートンが幼い頃、リンゴが頭に当たった時に、リンゴが空に飛んで行かずに下に落ちるのはなぜかと疑問に思ったことが、重力を発見したという有名な話があります。この話には多くの不正確な点がある。例えば、これはニュートンが晩年に初めて語ったものです。歴史家たちは、それは実際には起こっておらず、単に優先権を得るために言われただけかもしれないと疑っている。別の例として、元の話では、ニュートンはリンゴが落ちるのを見ただけで、頭を打ってはいませんでした。リンゴが頭に当たってもドリアンほど痛くはないですが、それでもかなり痛いです。しかし最も重要なことは、物理学者たちが以前にもリンゴが落ちた理由を説明しようとしたことがあるということです。ニュートンの画期的な発見は、リンゴの落下について考えたことからではなく、リンゴと月が同じ物理法則に従っていることに気づいたことから生まれた。

では、なぜ月は地球に落ちてこないのでしょうか?ニュートンは、大砲が砲弾をどんどん速く発射していく様子を想像すると、砲弾はどんどん遠くに着地するだろうと言いました。さらに先へ進んでいくと何が起こるでしょうか？地球は丸く、円周上の距離は限られているため、砲弾は落下する前に必然的に地球の周りを1回、2回、3回、あるいはそれ以上の周回し始め、最終的に地球の周りを安定した円運動に変わります。貝殻は地球に向かって落ちているものの、地球の表面も丸いため沈んでおり、両者はちょうど相殺し合っていることがわかります。

このアイデアはニュートンが最初に思いついたものではなかったかもしれない。当時のもう一人の物理学者フックも、天体間の引力が天体の運動の原動力であると信じており、二人は優先順位をめぐって何年も議論を交わした。しかし、フックは円運動しか計算できず、楕円運動を計算することはできず、当時の天文学界では惑星の軌道は楕円形であると一般に認められていました。重力が実際に私たちが観察する楕円軌道につながることを数学的に証明したのはニュートンでした。

天体運動の動力源が判明すると、地動説と天動説の論争は自然に解決した。力は相互的であり、太陽と地球は互いに等しい引力を及ぼします。しかし、ニュートンの第二法則によれば、同じ力を受けると、質量が大きいほど加速度は小さくなります。太陽は非常に巨大なので、中心ではほとんど動かないはずです。それに比べると地球は小さいので、外側を周回しているはずです。この議論は基本的に修正された地球中心説に終止符を打ち、その後の天文学の進歩により視差の存在が発見され、地球中心説は完全に否定されました。

観察はすべての科学の出発点ですが、多くの問題は観察だけでは解決できません。世界の起源を探るには、根底にあるメカニズムの説明を深く掘り下げなければなりません。実際、多くの古代の知識体系には豊富な観察が蓄積されています。彼らと科学の違いは、観察された現象の背後にあるメカニズムを正しく探究できるかどうかにあります。