Name: 光に質量がないなら、なぜ重力の影響を受けるのか？一般相対性理論 (If light has no mass, why is it affected by gravity? General Relativity Theory)
Uploaded: 2024-11-25T20:58:55.000Z
Duration: 9 min 21 s

Two famous scientists did research on how gravity works.

二人の有名な科学者が重力の仕組みについて研究した。

ニュートンはその筆頭だった。

What Newton is explaining about gravity is that all things in the universe have mass.

ニュートンが重力について説明しているのは、宇宙のすべてのものには質量があるということだ。

There will always be an attraction between two objects, or every mass attracts every other mass.

2つの物体の間には常に引力が存在し、あらゆる質量はあらゆる質量を引き寄せる。

The gravitational force of an object also varies according to its mass.

物体の引力も質量によって変化する。

That is, an object with a greater mass pulls a lighter object to its side.

つまり、質量の大きい物体は軽い物体を引き寄せる。

The greater the gravitational force decreases.

重力が大きくなるほど小さくなる。

Force is inversely proportional to the distance to the power of two.

This means that if the distance increases by two times, the force will decrease by four times.

つまり、距離が2倍になれば、力は4分の1になる。

If the distance increases by three times, the force decreases by nine times.

距離が3倍になれば、力は9倍になる。

This is what Newton explained about gravity.

これはニュートンが重力について説明したことである。

すべてはニュートンが言ったとおりに起こる。

The earth orbits the sun, the moon orbits the earth, and the universe itself works according to Newton's gravity.

地球は太陽の周りを回り、月は地球の周りを回り、宇宙そのものはニュートンの重力に従って動いている。

If the sun's gravity is so strong, why didn't the earth smash into it?

太陽の重力がそれほど強いのなら、なぜ地球は太陽に衝突しなかったのか？

Distance and angular momentum are relevant factors in this context.

この文脈では、距離と角運動量が重要な要素となる。

This was accepted by everyone who was there then because it fits perfectly according to physics.

これは物理学的に完璧に適合しているため、その場にいた全員に受け入れられた。

しかし、ここで最大の混乱が生じる。

The distance between the sun and the earth is about 150 million kilometers.

太陽と地球の距離は約1億5000万キロ。

Will there be a force for such a distance?

そのような距離に対する戦力はあるのだろうか？

For example, if I kick a ball, there is and the ball.

例えば、私がボールを蹴れば、そこにボールがある。

So there is physical contact that makes the ball move.

フィジカルコンタクトがボールを動かすわけだ。

But what lies between the sun and the earth is the greatest distance.

しかし、太陽と地球の間にあるものは最大の距離である。

That being the case, scientists are gradually confused about what the kind of force that causes binding between such objects.

そうなると、科学者たちは、そのような物体間の結合を引き起こす力の種類は何なのか、次第に混乱してくる。

そこにアインシュタインが加わる。

According to him, gravity is not a force, but it doesn't make sense.

彼によれば、重力は力ではないが、それは意味がない。

Why does it happen if there is no gravity?

重力がないのになぜ起こるのか？

では、何がそうさせているのか？

どのような不思議なことが原因なのか？

But his explanation for it, though not understood by anyone at the time, was understood a few years later.

しかし、それに対する彼の説明は、当時は誰にも理解されなかったが、数年後には理解されるようになった。

And it was that discovery that elevated him to an important scientist in the world.

そして、その発見が彼を世界的に重要な科学者に押し上げたのである。

では、彼の発見は何だったのか？

Our universe looks like it is empty, but in reality it is not empty.

私たちの宇宙は空っぽのように見えるが、実際は空っぽではない。

空っぽのスペースは、本当の空っぽではない。

The whole universe is like a fabric sheet.

宇宙全体が一枚の布のようなものだ。

That sheet combined with fourth dimension time becomes space-time.

そのシートが4次元の時間と組み合わさって時空になる。

He says curvatures in space-time are responsible for gravity.

時空の湾曲が重力の原因だという。

Let's take a fabric mat, for example, and make a fat man sit in the middle of it and make a skinny man sit on the edge of the mat.

例えば、布製のマットを使って、太った人をマットの真ん中に座らせ、痩せた人をマットの端に座らせる。

Now we will see that the mat bends inside where the fat man is.

マットが太った男のいる内側で曲がっているのがわかるだろう。

So the skinny man is automatically pulled towards the fat man.

だから、痩せた男は自動的に太った男のほうに引っ張られる。

The fat man does not exert any force, and even if he doesn't touch him, the skinny man is drawn towards him.

太った男は何の力もかけておらず、たとえ触れなくても、痩せた男は彼のほうに引き寄せられる。

Similarly, gravity occurs for everything in the universe.

同様に、重力は宇宙のすべてのものに生じる。

As the sun bends space-time, the earth is attracted towards it.

太陽が時空を曲げると、地球は太陽の方に引き寄せられる。

As space bends, it has an impact on the objects on the curve.

空間が曲がると、カーブ上の物体にも影響が及ぶ。

質量は時空にカーブの仕方を教える。

時空は質量に動き方を教える。

Now it's easy to explain how Einstein came to realize this.

アインシュタインがこのことに気づいた理由を説明するのは簡単だ。

He found out the truth through thought experiments.

彼は思考実験を通して真実を突き止めた。

Then the mathematical equations were also confirmed.

そして、数学的な方程式も確認された。

He is sitting in his office one day when he sees a man cleaning the windows of a building close by.

ある日、オフィスで座っていた彼は、近くのビルの窓を掃除している男を見かけた。

He starts to think about what would happen if that person fell down.

その人が倒れたらどうなるかを考え始める。

While it may seem strange to us to hear this, Einstein describes it as the happiest thought in my life.

こう聞くと奇妙に思えるかもしれないが、アインシュタインはこれを「私の人生で最も幸せな考え」と表現している。

Let's look at the things that crossed his mind.

彼の脳裏をよぎったことを見てみよう。

We will lock the man who was falling from the top of the building into an elevator.

ビルの屋上から落ちてきた男をエレベーターに閉じ込める。

A man who is falling will not feel any force, since he is inside the elevator, and there is no reference point.

落下している人は、エレベーターの中にいて基準点がないため、力を感じない。

He can't realize if he falls down or floats.

倒れても浮いても気づかない。

The phenomenon of falling down as a free fall without any reference point is like floating in space.

基準点のない自由落下として落下する現象は、空間に浮かんでいるようなものだ。

That is, according to physics, there is no difference between a person who falls from the top of a building and floats in space.

つまり、物理学によれば、ビルの屋上から落下する人と宇宙空間に浮遊する人に違いはない。

Both of them wouldn't feel any gravitational force.

両者とも引力は感じないだろう。

So empty space weightlessness is equal to free fall on earth.

つまり、何もない空間での無重力は、地球上での自由落下と同じなのだ。

Now I am floating in space inside the lift, and there is a ball also floating with me.

今、私はリフトの中の空間に浮かんでいて、ボールも一緒に浮かんでいる。

A motor engine has been fit into the bottom of my lift, and I started that engine and accelerated the lift upwards at a speed of 9.8 per second square. 9.8 is 1g, the gravitational force for earth.

私のリフトの下部にはモーターエンジンが取り付けられており、私はそのエンジンを始動させ、毎秒9.8平方メートルの速度でリフトを上方に加速させた。9.8は地球の重力である1gである。

Now what happens when I accelerate at this speed is that the ball floating with me will fall down on the lift floor, and I will also be pushed towards the is accelerating at a speed of 9.8 meters per second square in space.

さて、この速度で加速するとどうなるかというと、私と一緒に浮いているボールはエレベーターの床に落ち、私もまた、毎秒9.8メートル四方の速度で加速している空間に向かって押されることになる。

Whatever can be done with the help of gravity on earth can also be done in this lift.

地球上で重力の助けを借りてできることは何でも、このリフトでもできる。

I don't feel any difference, whether in space or on earth.

宇宙でも地球でも違いは感じない。

So free fall on earth is equal to free movement in space.

つまり、地球上での自由落下は、宇宙空間での自由移動に等しい。

Gravity on earth is equal to 9.8 meters per second square.

地球の重力は毎秒9.8メートル四方に等しい。

つまり、加速度が重力を引き起こすのだ。

Now I am in space inside a lift, and I turn off that engine, and the lift is made to float steadily in one place.

今、私はリフトの中にいて、エンジンを止めると、リフトは一か所に安定して浮くようになっている。

What will happen if I throw the ball in straight?

ストレートで投げたらどうなる？

When I throw a ball, it goes in a straight line.

私がボールを投げると、それは一直線に進む。

What if I throw that ball at an accelerating lift?

加速するリフトに向かってボールを投げたら？

The ball will go down in a curved path and hit onto the floor.

ボールはカーブを描きながら下っていき、床に落ちる。

Now I have switched from the ball to a light beam.

今はボールからライトビームに変えた。

How will it go if I torch the light in the accelerating lift?

加速するリフトの中でライトを照らしたらどうなる？

Light is known to always in a straight line at constant velocity.

光は常に等速直線であることが知られている。

If you throw a ball on the earth, it will travel in a curved path, and then fall to the ground.

地球上でボールを投げると、ボールはカーブを描きながら移動し、地面に落ちる。

If the ball is thrown from an acceleration lift in space, it will also travel in a curved path.

宇宙空間で加速リフトからボールを投げれば、ボールも曲がった軌道を進む。

Does that mean light itself will be able to bend?

光そのものが曲げられるようになるということか？

Can light be bent even though it has no mass and always moves in a straight line?

光には質量がなく、常に直進しているにもかかわらず、曲げることができるのだろうか？

アインシュタインは曲がると言っている。

Yes, it is possible, if there is something called space curvature, as he claims.

彼が主張するように、空間の曲率というものが存在するのであれば、それは可能だ。

The lift that is accelerating at just 9.8 meters per second square does not have enough opportunity to bend the light.

秒速9.8メートル四方で加速する揚力では、光を曲げるのに十分な機会がない。

So now, I change the acceleration speed from 9.8 to 98.

そこで、加速速度を9.8から98に変更した。

According to Einstein's prediction, the bend of light in acceleration at 98 meters per second square is very small.

アインシュタインの予測によれば、秒速98メートル四方の加速度における光の曲がりは非常に小さい。

That is, it bends only the size of an electron.

つまり、電子の大きさだけ曲がるのだ。

This means that if we increase gravity or acceleration, light can bend more and more.

つまり、重力や加速度を上げれば、光はますます曲がるということだ。

それをどうやって証明するのか？

In those days, it was impossible to build an engine that had such acceleration and implement it.

当時、このような加速力を持つエンジンを作り、それを搭載することは不可能だった。

In fact, not even a rocket was invented at the time, but we have gravity.

実際、当時はロケットすら発明されていなかったが、我々には重力がある。

The sun was the strongest gravity when it comes to our nearby things.

太陽は、私たちの近くにあるものにとって最も強い重力だった。

Its gravity is 28 times stronger than earth's because its mass is 330,000 times bigger.

質量が33万倍も大きいため、重力は地球の28倍も強い。

If we calculate what will gravity will bend the light to 1.75 arc seconds.

重力が光を1.75秒角まで曲げることを計算してみよう。