TopPage思考の迷宮 「kothimaro Aruki」の研究室へ戻る
一般相対論効果の生じる円運動と生じない惑星の公転運動
Ⅰ.円運動と公転運動
ボールにひもを付けて回します。この時、ボールは加速運動をします。ボールはひもに引かれ、遠心力が生じGが掛かります。ボールを構成する粒子にGが掛かると粒子は動き難くなり、ボール上の時計は遅れます。
これに対して、惑星の公転運動では遠心力が生じずGは掛かりません。ですから、惑星上の時計は公転運動自体では遅れません。
ただ、太陽の重力場により光速度で粒子間を往復するゲージ粒子の速度が遅れるので、粒子を動かす力が弱まります。そのために惑星上の時計は、それを構成する粒子を動かす力が弱まり遅れます。
前者が一般相対論効果の生じる円運動であり、後者はそれが生じない公転運動です。
Ⅱ.物体が落下する仕組み
惑星は、太陽に向かって自由落下しています。この時、向心力のみ働いており遠心力は働いていません。そのことを説明します。
まず、重力により「空間の場」が歪み、物体が落下する仕組みを説明します。
重力により「空間の場」が歪みます。振動しない場は伸びており、振動すると場は小さくなります。このため、振動する場(質量)の周囲は、質量の方向へ引かれます。まるで、トランポリンにボーリング玉を置いた時のように、「空間の場」は質量のある方向へ引き伸ばされます。
このように「電磁場」が重力により歪むので、電磁場の上を真っ直ぐ進む光は曲がります。
物質が「ヒッグス場」を動くと、「ヒッグス粒子」が生じまとわり付かれ、動きにくさを与えられます。2つの質量があると、①相手の質量の方向の「ヒッグス場」が②その反対側よりもより引き伸ばされ、「ヒッグス場」は薄くなります。①の方が、相手の質量に近く重力が強いので、より引き伸ばされるのです。
したがって、物質が同じ距離移動しても、生じる「ヒッグス粒子」の数は、「①の方向に動いた時生じる数<反対側の②の方向へ動いた時生じる数」となります。つまり、他の質量のある方向には動き易いのです。
粒子は上記のとおり振動し、絶えず様々な方向へ動こうとします。それを、ヒッグス粒子が止めています。他に質量がある時振動すると、粒子は②の方向より①の方向へ動き易いので、①の方向へ動いて行きます。これが「落下」です。
この様に落下は、物体(惑星)が「自ら中心(太陽)へ向かう運動」です。決して、太陽に引っ張られているのではありません。この物体が「自ら中心に向かう力」を、ニュートンは「向心力」と言いました。まさに卓越した洞察力ですね。
太陽の周りを回る惑星は、この様に自ら円運動をします。何故なら上記のとおり、太陽から遠い外側より太陽に近い内側の方が生じるヒッグス粒子が少なく動き易いので、あらゆる方向へ振動する粒子は内側へ内側へと動きます。惑星を構成する粒子が全てそう動くので、惑星は自ら円を描いて運動します。ですから惑星には、引力も遠心力も掛かりません。この様に、自由落下する物体には向心力のみあり、引力や遠心力は掛かりません。
これに比べ、ボールに紐を付けて手で回す運動では、遠心力が掛かります。ボールは円軌道の接線方向へ飛び出します。それを紐が手の方へ引っ張ります。ですから、引く作用の反作用である遠心力がボールに掛かります。
Ⅲ.慣性力が生じる仕組み
このように遠心力は、相対性理論の「時刻の遅れ」に大きく関係します。では、「遠心力が生じる仕組み」を説明します。
外から力が加わり加速すれば、その反作用として物体にGが掛かります。また、強い重力の星の表面に立つと、物体が地面を押す反作用としてGが掛かります。この2つのGは区別出来ません。これを「慣性質量と重力質量は等価である」と言います。
そして全ての物質で、慣性質量と重力質量は同じです。アインシュタイン博士は、この二つは区別出来ないとし「等価原理」を提唱されました。
つまり、慣性質量も重力質量も「同じ仕組み」で生じるのです。
ではまず、後者から説明します。
空間には様々な振動する実体である「場」があります。「電磁場」や「ヒッグス場」は重力により歪みます。その為に、重力により光が曲がり物体は落下します。
重力によりこの「空間の場」が歪みます。振動しない場は伸びており、振動すると場は小さくなります。このため、振動する場(質量)の周囲は、質量の方向へ引かれます。まるで、トランポリンにボーリング玉を置いた時のように、「空間の場」は質量のある方向へ引き伸ばされます。
このように「電磁場」が重力により歪むので、電磁場の上を真っ直ぐ進む光は曲がります。
また、物質が「ヒッグス場」を動くと、「ヒッグス粒子」が生じまとわり付かれ、動きにくさを与えられます。2つの質量があると、①相手の質量の方向の「ヒッグス場」が②その反対側よりもより引き伸ばされ、「ヒッグス場」は薄くなります。①の方が、相手の質量に近く重力が強いので、より引き伸ばされるのです。
したがって、物質が同じ距離移動しても、生じる「ヒッグス粒子」の数は、「①の方向に動いた時生じる数<反対側の②の方向へ動いた時生じる数」となります。つまり、他の質量のある方向には動き易いのです。
粒子はあらゆる方向へ振動し、絶えず様々な方向へ動こうとします。それを、ヒッグス粒子が止めています。他に質量がある時振動すると、粒子は②の方向より①の方向へ動き易いので、①の方向へ動いて行きます。これが「落下」です。
次は前者です。粒子は自分自身の質量でその周りの「場」を、上記のとおり自分方向へ引き伸ばします。そして、重力による「場(=ヒッグス場等)」の歪みは、光速度cで伝わります。ですから、③粒子が動いた方向の「ヒッグス場」は④反対側の「ヒッグス場」より余り引き伸ばされていません。
③方向は粒子が動いた分だけ中心から遠くなり、余り引き伸ばされていなのです。これに対し④方向は、粒子が動いた分だけ中心に近くなり、より引き伸ばされています。
∴③方向が④方向より「ヒッグス場」が濃く、同じだけ粒子が振動しても、③方向は④方向に比べてより多く「ヒッグス粒子」が生じます。つまり、③方向より④方向が動き易く、力を加えられ③方向へ動いた粒子は、元あった④方向へ動こうとします。これが慣性力です。
この様に重力は力なので、「同じ仕組み」で生じる慣性力も力です。
Ⅳ.円運動により時計が遅れる仕組み
次に、「円運動により時計が遅れる仕組み」を説明します。
物体Aが物体Bを引くと、物体Bには元の状態(等速直線運動或は静止)に留まろうとする①慣性力が働くので、物体Bは物体Aを引き返します。これが作用と反作用です。
「ひも」も「ボール」も多数の粒子より成ります。ですから、ひもやボールを構成する全ての粒子は、AとしてBを引きその反作用としてBに引かれます。また、BとしてAに引かれると①慣性力が生じAを引き返します。
この①慣性力により粒子にGが掛かり動き難くなります。時計を構成する粒子が動き難くなるので、時計の指す時刻は遅れます。
外側に向かって慣性力が働き、ボールはひもを引きます。この円運動する物体に働く慣性力を、特に「遠心力」と言います。円周上にあるひもの端を引いているのは、この慣性力(=遠心力)です。
ひもに張力があるので、ひもの両端には実際に反対方向へ向かう2つの力が掛かっています。この2つの力は、幾ら強く念じても消えません。
ただ、「ボールをひもが引く力」とボールに働く「慣性力(=遠心力)」が釣り合っている訳ではありません。両者の力が釣り合っているなら、ボールは等速直線運動する筈です。
そうではなくて、ひもでボールを引いたので「慣性力(=遠心力)」がボールに働いたのです。こう言う意味で、慣性力は「見かけの力」であると表現します。しかしそれは、強く念じるとその力が消えると言う意味ではありません。幾ら考え方を変えても、②円周上でひもの一端を外側に引く力は消えません。
ボール上に居る観測者Aは、自分が動いている自覚がないのでボールや自分に力が働いていており、それがひもを引っ張っていると考えます。
ですから
ひもの張力=遠心力
と判断します。
しかし、ボールの外から見ている観測者Bは、ボールが加速運動をすることでひもを引っ張っていると考えます。ですから
ひもの張力=ボールの質量×加速度
です。
ボールを構成する全ての粒子に慣性力が働きGが掛かります。その為に、ボール上にある時計は遅れます。これが③円運動による「一般相対論効果」です。
これに対して、惑星を構成する全ての粒子は自ら円を描いて公転運動します。他の粒子に引かれている訳ではなく自ら動いているので、「慣性力(=遠心力)」は掛かりません。ですから惑星を構成する粒子にGは掛かりません。したがって、惑星上の時計は、公転運動によって遅れる事はありません。ただ、太陽の重力によりゲージ粒子の速度が遅くなり粒子を動かす力が弱まるので、時計は遅れます。これが④重力による「一般相対論効果」です。
以上の理由により私は、「惑星の円運動は一般相対論効果を生じる加速運動ではない」と表現しました。
ただ惑星やこのボールでは、②重力場で電磁波等のゲージ粒子の速度が遅くなり、粒子間を往復するのに要する時間が長くなって往復回数が減るため、生じる電磁気力等が弱まります。惑星やボール上にある時計を構成する粒子を動かす力が弱まるので、この時計は遅れます。これがGPS衛星の時計の「④100億分の7秒」の進みです。
整理すると、①Gが掛かる加速度系では粒子が動き難くなるので時計が遅れ、②Gの掛からない自由落下ではゲージ粒子の速度が遅れ粒子を動かす力が弱まるので時計が遅れます。
この２つの時刻の遅れを、明確に区分しなければなりません。
