Ichiのブログ一覧

力の伝わる速さは光速ですが、重力はどうなるんでしょう？

例えば、
・太陽の周りを地球が回っているが、太陽が瞬間的に消滅したら、地球はすぐに直線運動になるのか、ある程度の時間があって直線運動になるのか？

実は、重力は解明しても難しくて誰も理解出来ないから研究するなみたいな忠告をアインシュタインは受けるわけですが、特殊相対性理論を発見した（１９０５年）後も研究を続けました。そして、ついに１０年後の１９１５年に一般相対性理論を完成させています。
アインシュタインの一般相対論は難解な数学的理論ですが、重力を時空の歪みと捉えることによって、重力作用の本質を明らかにするものだと言えます。

力の伝播に関しては、古典物理学である、マクスウェルの方程式やリエナール・ヴィーヒェルトのポテンシャルを理解すれば可能ですが、ブラックホールなど絡んでくると相対性理論が無ければ解明出来ません。（順番としては、一般相対性理論があってブラックホールの存在が予言された）

それは、「ブラックホールは光さえ脱出できないのに重力は何故出て周りに影響を与えるのか？」と言う疑問も明らかにしました。

一般相対性理論によると、太陽の周りを惑星が周回するのは、太陽から重力が作用して進行方向が曲げられるのではなく、太陽質量によって歪められた時空の中を惑星が進んでいくと結果的に楕円軌道を描くことになるいう訳です。

また、ブラックホールに関して、1960年代から70年代初頭にかけてのゼルドヴィッチやホイーラー、サイアマらの研究の結果、観測できる物理量は、質量・電荷・角運動量の３つしか無いことがわかりました。
ホイーラーは、これを「無毛定理(No Hair Theorem)」言っています 。

ブラックホールからは光子や重力子が飛び出すことがないにもかかわらず、電荷や質量が測定できるのは、場に連続性があるからです。

ブラックホール周辺の電場は“事象の地平線”の彼方から光子が飛び出して生じているのではなく、もともと存在していた電場が連続的に変化していくことによって形成されたものであり、ブラックホールからは光すら放出されないという法則を破ることはありません。

また、“事象の地平線”自体は特異点ではなく、ブラックホールの質量によって歪んだ空間－もともと存在していた場の量が連続的に変化したものであり何の不都合もないのです。

こうして、重力とは連続した場の歪みであることが解明さ、重力場の伝搬も光速であり、それを越えることはあり得ない事が証明されました。
重力場の伝播は、非線形方程式に従うので電磁場ほど簡単ではありませんが、弱い重力場の極限では、発生源がない場合の波動解と、発生源によって作られる遅延解に分けて考えることができます。

いつも車ネタですが、たまには学生の頃を思い出して、力の伝播速度は存在するか？と言う話などをひとつ。。。

例えば、もし次のような事が出来るならば、文通りのことは可能か？

・月と地球の間に金属の棒を渡して、月にスイッチをおいて、地球からこの棒を押したとしたら瞬時にスイッチが押せるか？

・１光年長さの紐に錘を付けて、宇宙から地球上に垂らして連絡する時に紐を離したら、錘はすぐに落ちて連絡出来るか？



これらの事が起これば、光の速さを越えた超光速通信が可能となり、アインシュタインの「相対性理論」は間違っていたと言う事が出来ますが、実際にはこうした超光速通信は不可能だと考えられています。

その理由は、物質を構成する原子の相互作用が相対論に従っているからです。

棒の例で言うと、金属棒が固体なのは、プラスの金属イオンとマイナスの自由電子との間の電磁気的な相互作用によって、金属結晶が形作られているためです。
そして、リエナール・ヴィーヒェルトのポテンシャル（詳しくは物理学の本などを参考にして下さい）によると、電荷が運動しているときのポテンシャルの変化は、一瞬のうちに遠方まで伝えられるのではなく光速でしか伝播しないのです。

ですから、金属棒の端の原子層に力を加えて動かしても、電磁場の変化を介してその影響が次の原子層に伝わるには光が伝わるのに必要な分だけタイムラグがあることになります。それ以降の原子層でも同じように影響が遅れて伝播していくので、超光速通信を実現することはできません。

ですから、紐であっても力は光速で伝わるから、１光年の長さの紐なら切ってから１年後に錘は地球に落ちます。

愛知県辺りを境に、それよりも北（岐阜、長野あたりから）では冬季は冬タイヤ（スタッドレス）に替えますが、以南に住んでいる人はスキーに通う人でなければ冬季も夏タイヤのままという人が多いのではないでしょうか。
実際に名古屋あたりでは、冬タイヤを履いている車はほとんど無く、わずかな降雪でも市内は完全に麻痺します。

私は冬の間は頻繁にスキー場に行きますし、仕事で雪の降る地域にいるのでスタッドレスを履いており、それなりに雪道を走る機会も多いと思いと思います。

雪道走行は経験値なので北海道、東北の人はさすがに上手いですが、雪の降らない地域の人はスキーに行くのに、スタッドレスにしなければならないか？　４ＷＤでないと困るか？と不安になるようで、車関係の掲示板ではこうした質問をよく見かけます。

私自身はＦＦ→４ＷＤ→ＦＲと言う感じで車を乗り継ぎ、タイヤチェーン、スパイクタイヤ、スタッドレスと経験してきました。
スパイクタイヤが使えたのは、ＦＦのレオーネに乗っていた頃で、それ以降は規制されて使えなくなってしまいましたが、何と言っても金属ピンが氷を引っ掻くのだから強力で、スタッドレスに切り替わった時には、あまりの性能低下に、やっぱりゴムのタイヤでは無理だよなと思ったいましたが、毎年のように改良されて、１世代前あたり（ＢＳならブリザックMZ-03、ミシュランならDRICE）で一つの到達点に達した感じがします。

それで、スタッドレスを持っていない人がスキーに行くためにタイヤを買わなければならないか？と言えば、そりゃあスタッドレスの方が安全、快適で良いのですが、たまのスキーならチェーンでかまわないと思います。

ただ、最近は降雪が始まると、全く雪が無い状態でもチェーン規制をかける高速道路が多いので、そうした状況では面倒なんですけどね．．．

そうしたチェーンを巻くのが面倒、チェーンも持っていないと言う人で、年に数回はスキーに行くと言う人は、ハンコック（韓国製）あたりの安いスタッドレスを購入して３シーズンくらい使用すれば十分元が取れると思います。
ハンコックを購入した友人の車を運転させてもらいましたが、冬場は寒く凍結などもある国のタイヤのためか案外性能も良かったです。

またスタッドレスを履いていてもチェーン規制されることがあるので、冬場はチェーンと４ＷＤ以外ならばスコップなどはトランクに積んでおくのが良いです。

チェーンの種類も、プラスチックのネットタイプの物は案外がさばり、装着も面倒です。金属製で亀甲型になった物が全周に亘って接地するため、横滑りにも強く、振動も少なく速度を上げても快適ですし、慣れれば１本２，３，分で着脱可能ですので、こうしたタイプを購入して事前に十分練習してから出かければ大丈夫でしょう。

ノーマルタイヤは本当に雪に弱いので、決して無理をせずに早めに装着してしまえば、ＦＲでも驚くほど走ります。しかし、夏タイヤにチェーンの場合は、装着していない側のタイヤが滑りますので、ＦＲならカーブ、ＦＦなら下りやブレーキ時には注意が必要です。

４ＷＤ車の場合は、ベースとなる駆動輪にチェーンを装着します。レガシィなら前輪と言う感じで、取り説に書かれているので確認してください。

ちなみに私は、ＦＲ＋スタッドレスで生活してスキーにも行っていますが、チェーンを装着するのは年に１回あるか無いかで、良く難所？と言われる、湯田中から志賀高原、奥志賀への道も、凍結の上に雪が積もっているとか、圧雪でなくグズグズになっている時以外はスタッドレスがあれば全く困りません。