重力なんてものは空気と同じような存在で、生まれた時からそこにあるから、階段でつまずいて落ちたりしない限りはあまり意識したりはしないだろう。
だが古代の哲学者にとって重力は力ですらなかった。物体が地球の中心へ向かって沈み込むのは、単なる自然な傾向でしかなかったのだ。
もちろん、今日ではそれがただ物を落とすだけのものではないことがわかっている。太陽を回る地球の動きを定め、銀河をまとめ合わせ、宇宙自体の構造までも決定してしまうほど重要なものなのだ。
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重力は地球上で物体が地面に近寄っていく現象や、それを引き起こすとされる「力」を呼ぶための呼称で、電磁力、弱い相互作用、強い相互作用と並び、自然界に存在する4つの基本的な力のひとつであると考えられている。
現代の重力の理論、すなわちアインシュタインの一般相対性理論は、人類史上もっとも成功した理論のひとつだ。だが、それと同時に、これを他の力と統合する方法をはじめ、重力についてはまだ不明な点もある。ここで紹介するのは、重力について判明していることだ。
1. 重力は既知の力では最弱
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重力はただ引きつける。物体を反発させるような逆バージョンはない。それは銀河をまとめるだけの力があるが、実は人の力でも簡単に逆らえてしまうくらい弱い。例えば、一冊の本を持ち上げたのなら、それは地球が生み出している全重力に打ち勝っているということだ。
比較のためにお伝えすると、原子内にある電子と陽子の間に働く電気力は、重力によって引かれる強さの100穣（10の30乗）倍だ。なぜそんなに弱いのかわからないほど弱いのだ。
2. 重力と重さは同じではない
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宇宙ステーションの宇宙飛行士はふわふわ浮かぶ。これは適当に無重力などと言われるが、それは正しくない。宇宙飛行士に働く重力は地球のそれの90パーセントもあるのだ。それなのに宇宙飛行士の体重はなくなる。それは体重が、地球において地面（あるいは椅子やベッドなど、なんでもかまわない）が押し返すように働く力だからだ。
例えば、豪華なホテルのエレベーターに置いた体重計を想像してもらいたい。あなたは不審な人物を見るような周囲の冷たい視線など気にせず、エレベーターが上下に動く間、体重計に乗り続けている。体重は増減し、エレベーターが加速と減速を繰り返しているように感じるだろう。それでも重力は同じだ。
反対に、軌道上では、宇宙飛行士は宇宙ステーションと一緒に移動している。そこでは、彼らを宇宙船の壁に押しつけて体重を作り出すものがない。アインシュタインはこのアイデアを特殊相対性理論に応用して一般相対性理論を生み出した。
3. 重力は光速で移動する波を作る
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一般相対性理論は重力波を予言している。お互いの軌道に存在する2つの恒星か白色矮星かブラックホールがある場合、重力波がエネルギーを放出するため、それらはゆっくりと接近する。地球もまた太陽を公転しながら重力波を放っているが、エネルギーの損失は極小であるため、実際に気がつくことはない。
40年の間、重力波については間接的な証拠しかつかむことができなかったが、今年になってレーザー干渉計重力波観測所（LIGO）がようやくこの現象を確認するにいたった。20億光年以上離れた場所にある2つのブラックホールの衝突によって生み出された重力波の検出に成功したのだ。
相対性の帰結として、いかなるものも真空において光速を超える速さで移動することはできない。それは重力とて変わらない。太陽でなにか劇的なことが起きた場合、それが私たちのもとに届くのは光と同時である。
4. 重力のミクロレベルの挙動は研究者をループに投げ込む
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3つの基本的な力の性質は、最小のスケールにおいて量子論によって説明されている。しかし、重力を量子論で完全に扱うことにはまだ成功していない。
その試みの一つがループ量子重力理論という、量子物理学を用いて時空の構造を説明しようというものだ。それによれば、時空は最小のスケールでは、物質と同じように粒子のようなものだという。物質は制約によって柔軟な網目のような構造の上をある点からある点へと飛び跳ねる。これを踏まえて、ループ量子重力理論は原子核よりもはるかに小さなスケールにおける重力の効果を説明する。
もっと有名なアプローチは超ひも理論だ。これは重力子を含む粒子は、極小の次元に巻かれているひもの振動であると説明する。いずれにせよ、ループ量子重力理論も超ひも理論も、それ以外のいかなる理論も、ミクロレベルの重力の振る舞いを検証可能なレベルで説明することはできていない。
5. 重力は質量のない重力子によって運ばれている可能性
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標準モデルでは、粒子は力を運ぶ粒子を介して相互に作用していると説明する。例えば、光子は電磁力のフォースキャリアである。量子重力理論で仮定されている粒子は重力子だ。その動きについては一般相対性理論から多少の推測がされており、光子のように、重力子も質量がない可能性が高い。
仮に質量があれば、実験によって何らかの証拠が検出されていただろう。とは言え、質量が馬鹿げたほど小さい可能性もまったくないわけではない。
6. 量子重力は最小の長さで出現する
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重力は非常に弱いが、2つの物体を引き寄せるほどに強くなる。究極的には、プランク長と呼ばれる原子核の何倍も小さな極小の距離において、他の力の強さと並ぶようになる。
量子重力の強さが計測可能なほどに強くなるのはその状態であるが、実験によって証明するには小さすぎる。ミリメートル単位付近でも量子重力が出現すると提唱する理論もあるが、今のところ、その効果を観測することはできていない。また、大きな金属棒、すなわち超低温に保たれた原子の集合の振動を用いるという独創的な手法でもって、量子重力効果を増幅させようというものもある。
最小のスケールであれ、最大のスケールであれ、重力は科学者の意識を引き寄せてやまないようだ。その事実は、あなたが次に転んで意識が重力につかまれたとき、多少の慰めになるだろう。
via:Here Are Six Weighty Facts./ translated hiroching / edited by parumo
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コメント
1. 匿名処理班
質量のある物質から放出されて重力を伝える重力子に、質量が無いのは当たり前だろ。もし質量があったら、その事を周囲（観測機器）に伝えるために重力子から重力子が放出されて〜以下ループ。
2.
3. 匿名処理班
いやぁ難しい話でさっぱりだけど、考えるとほんと不思議だよね
あと磁力も不思議だよなぁ、なんでくっつくんだろ？
4. 匿名処理班
女性の体重が秘密だったリするのもある意味
永久に解決不可能な重量問題だ
5.
6. 匿名処理班
強い相互作用「重力がやられたか」
弱い相互作用「ククク、奴は既知の力では最弱」
7.
8. 匿名処理班
重力が届く距離は無限大
9. 匿名処理班
４がわからない
エネルギーを測ると位置がわからなくなるってやつの延長かな？
まあ重力波は見つかったが、重力子の振る舞いは観測されてないのだから
所詮、推論に過ぎないけど
10. 匿名処理班
電磁気力「我等既知の力の面汚しよ」
11. 匿名処理班
穣は１０の２８乗ですね。
しかし重力はとんでもない弱さだ。
12. かわうそ
重力って本当に不思議だよな？
地球を例にすると、その中心に向かって直線的に重力が働く
重力をエネルギーとして見るなら例えばダム
湖の水を重力によって落下させタービンを回して電気エネルギーに変換する
つまりダムの直上では重力が減退していそうなモンだが、そんな事はなく重いモンは重い
太陽電池なら光を電気に変換するパネルの後ろは暗くなるのにな？不思議だわ
13. 匿名処理班
ゴッドグラヴィオンおおん！
14. 匿名処理班
リサランドール博士が重力は別の次元に逃げてるって説唱えてたね
15. 匿名処理班
重力を表現する時によく使われてるゴム膜の絵、あれよく考えたと思う。
質量の大きな物を置くと大きく凹んで、遠ざかるにつれ凹みの傾斜が小さくなっていく。
俺は重力は物質じゃなく状態なんだと思う。
質量あるものには必ず重力が発生するしね、ちっぽけな人間でさえも、蟻んこでさえも極小ながら重力を発生させてる。
16. 匿名処理班
なるほど
さっぱりわからん
17. 匿名処理班
※8
10の28乗に100掛けるわけだから30乗よ。
弱いけれども無限の遠方まで作用するか。しかし重力子検出て確定なのかね
18. 匿名処理班
インターステラーでも重力は次元を超越すると言っていたね
19. 匿名処理班
俺が女性の小さい胸よりも大きい胸のほうに引き付けられるのは重力じゃなくて引力のせい
20. 匿名処理班
>重力はただ引きつける。物体を反発させるような逆バージョンはない。
あるんだな、それが。ダークエネルギーと言われているものが。
まだ理論上の存在でしかないけどさ。
21. 匿名処理班
弱い力〜
強い力〜
電磁力〜
重力〜
反重力〜もあると思うぞ
たぶん素人の考えだけど
22. 匿名処理班
ヘヴィな話だな。
23. かわうそ
体重が人並み以上なオレは重力よりも
軽やかに動ける自由力が欲しい
24. 匿名処理班
黄金の回転が重力を生み出すって
荒木先生が言ってたな
25. 匿名処理班
重力と引力って違うん？
26. 匿名処理班
なるほど、完全に理解した(白目
27. 匿名処理班
「重力は存在しない」これが真理。
宗教的には存在してもいいけどね。
28. 匿名処理班
質量がないとはなんだろうな
空間の一形態か
29. 匿名処理班
愛はもっとも強い力なのね！
30. 匿名処理班
重力波の直接観測によって重力は空間の歪みが生み出す作用であるというアインシュタインの理論が証明され、もう1つの説であった重力子の存在は否定されたのでは？