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重力により時間と空間自体が変化するのか

重力による時計の遅れ

 本当に、ブラックホールの強力な重力により、時間や空間そのものが変化するのでしょうか。

 現実に、高速で移動する時計は遅れます。また、時計に強い重力が掛かるとその時計は遅れます。
 実際に、GPS衛星搭載の時計は、高速移動するので地上の時計に比べて1秒間に100億分の2.55秒ゆっくりと時を刻みます。また、地上よりも重力の弱い所を回っているので、地上の時計に比べて1秒間に100億分の7秒速く時を刻みます。その為に、GPS衛星に搭載される時計は、地上では100億分4.45秒ゆっくりと進む様に調整されています。これで、軌道上に乗った時、地上の時計とシンクロするのです。

時間の遅れか物質変化の遅れか

 しかし、この事実から、高速で移動したり強い重力が掛かったりすると、時間の経過が遅れると言えるのでしょうか。それとも、ただ時計が動き難くなったので遅れただけでしょうか。このことを検証して見ます。

 光速に近づく程、物質は動かし難くなります。これは、加速器の実験でも実証されています。相対性理論では、v[m/s]で移動する物質は、静止時に比べて√(1-v2/c2)倍しか動かないと表現します。そして、カウフマンの実験で、その事実は確認されました。

 つまり、v[m/s]で移動する時計は、静止時に比べて部品が√(1-v2/c2)倍しか動かないのです。ですから、この時計は、1秒間に√(1-v2/c2)[s]を刻む様になります。従って@t'=t√(1-v2/c2)と相対性理論の変換式となります。そしての方程式は、GPS衛星搭載の時計の遅れと一致しています。
 時計に強い重力が掛かった時にも、時計の部品は動き難くなり、時計は遅れます。

m=m0/√(1-v2/c2)

 アインシュタイン博士も、その著書「特殊及び一般相対性理論について」でm=m0/√(1-v2/c2)との方程式で、高速移動する物質は動き難くなることを表現されています。

この様に時間そのものは変化することはありません私が高速で移動すると、私の肉体を構成する粒子は動き難くなり、ゆっくり動き思考し年を取る様になります。私の持っているあらゆる時計もゆっくりと時を刻みます。

特殊及び一般相対性理論について

 また、本当に重力により、空間が歪むのでしょうか。
 アインシュタイン博士自身の著作「特殊及び一般相対性理論」では、左のような図を提示しています。

 左側の図は、箱の中に観測者が入っています。天井にハーケンが打ち込まれ、それにザイール(紐)が付けてあり、紐の端には物体Aが吊るされています。この箱は、加速度的に急上昇しています。そして、観測者にGが掛り、物体Aが吊るされたザイール(紐)はピンと張っています。

 一方、右側の図は、同じく箱の中に観測者が入っています。天井にハーケンが打ち込まれ、それにザイール(紐)が付けてあり、紐の端には物体Bが吊るされています。この箱は地表等の重力場に置かれています。そして、観測者にGが掛り、物体Bが吊るされたザイール(紐)はピンと張っています。

 アインシュタイン博士は、「右と左の箱の中の人には、自分の体に掛るGは加速運動によるものか、重力によるものか区別が付かない。このことは、慣性質量と重力質量の同等性定理を必然的なものとして示している。」と、この著書で言われています。

空間が落下しているのか

 ここからは、私の解説です。
 相対性理論では、加速する物質が受けるGと地上等の重力場にある物質が受けるGは区別出来ないと考えます。つまり、地表に置いてある物体は、地表によって地球とは反対方向へ加速されている為にGが掛ると想定します。これは、重力により空間そのものが落下していると仮設することになります。

 しかし、本当に空間自体が落下している訳ではありません。もし本当であれば、地表の物体は46億年間加速し続けられ既に亜光速に達している筈です。そうなると、物体はどの方向へも動かすことも出来ません。しかし、現実には、地表の物体は自由に動かすことが出来るので、物体は加速し続けられているのではなく、落下を妨げられているだけであることが分かります。

 では、何故相対性理論では、事実とは異なるのに、空間が落下すると考えるのでしょうか。
 地上では、軽いものも重いものも同時に落下します。落下とは、その場に止まろうとする慣性質量を重力で引く現象です。物質の質量が2倍になると、引っ張る重力も2倍になりますが、その場に止まろうとする慣性質量も2倍となります。従って、落下速度は、物体の質量に関係なく引っ張る物体の質量に応じたものとなります。
 ですから、重力により空間そのものが落下しており、物体はその場に留まろうとして空間と一緒に落下するので、全ての物質はその質量に関係なく同時に落下すると仮設します。
 この様に考えると、物体の落下速度をいとも簡単に求めることが出来ます。

重力はグラビトンの往復により生じる

 現実には、グラビトンが物質間を往復することにより、まるで輪ゴムの様に作用して、物質同士を近づけさせるのです。

シュバルツシルト半径

 物質や光は、シュバルツシルト半径に近づくと、速度の上限である光速に近い速度で落下します。物質は、ローレンツ収縮し進行方向への厚みは殆どなくなります。物質を構成する粒子は、落下以外の動きが殆ど出来なくなります。何故なら、少しでも動くと光速を超えてしまうからです。
 この様に、シュバルツシルト半径近くでは、物質を構成する粒子の相対的位置関係が殆ど変化出来ないので、この物質は変化を止めます。光速で落下する時計は、止まります。

 ですから、シュバルツシルト半径に近づくと、時間自体が止まり落下が止まるのではありません。落下速度は光速に近いままです。そして、物質の変化が止まるので、落下する物質にとっての時間が止まった様に観測されるのです。

 同じく、シュバルツシルト面の時間が止まるので、落下する物質の時間が止まりその落下も止まるので、シュバルツシルト面に物質が張り付いている訳ではありません。上記のとおり、物質の落下はそのまま続きます。

 シュバルツシルト半径内からは、いかなる情報も出てこないので、ブラックホールが成長する様子を観測することは出来ません。