20110727別冊ニュートン ブラックホールとタイムトラベル#今日の本


別冊ニュートン ブラックホールとタイムトラベル
P24
重力とはなにか?
アリストテレス BC384-322
全てのものは『本来あるべき場所』すなわち地球の中心に戻ろうとする。重いものほどその性質が強く、より早く落ちる。

ガリレオ 1564-1642
ピサの斜塔で重いものも軽いものも同じ速さで落ちる実験。落下速度は時間に比例して増加。

ケプラー 1571-1630
惑星の軌道の法則性を発見。太陽は惑星を引きつける力を持つ。

ニュートン 1642-1727
ガリレオの物体落下とケプラーの惑星運動のしくみを一つの力で説明。万有引力。質量に比例。距離に反比例。なぜ発生するかには触れず。

P26
ミッチェル 1724-1793
ラプラス 1749-1727
脱出速度が光速を超える天体は見えない。ブラックホールを予言。

アインシュタイン
P28
時空間概念の革命。
重力を考えない特殊相対性理論(1905年)
ニュートンの前提、時空間の絶対性を否定。
①相対性原理…等速直線運動をしている場所では、全ての物理法則が、静止している場所と同じように成り立つ。
②光速度不変の原理…光はどんな観測者から見ても秒速30万kmで一定。

上の①②を前提とした結論。
光速に近い速度で進むと…
①時間の流れが遅くなる。
②空間が縮む。
③質量が増える。

P86
ブラックホールの特異点では、一般相対性理論(1915年)が通用しない。
そこで、一般相対性理論と、ミクロな世界を扱う量子論を融合するために、超ひも理論がある。

P98
量子論と相対性理論は「現代物理学の土台」19世紀末から20世紀初頭に完成。
相対性理論…時間と空間の理論。ニュートン力学で説明できなかったマクロな天体の動きを説明。時間が遅くなったり、空間が曲がることを明らかに。
量子論…ニュートン力学では説明できなかったミクロな世界での物質の振る舞いを解き明かした。
原子や分子。1000万分の1ミリメートル程度以下の世界。
基本原理1…波と粒子の二面性。
基本原理2…状態の共存。複数の状態(位置や運動)を同時にとれる。つまり同時に複数の場所に存在できる。「不確定性の関係」。電子などミクロな物質は壁をすり抜ける。「トンネル効果」。原子核のまわりを電子の雲が取り巻いている。雲のような領域全体に一つの電子が同時に共存している。また、エネルギーと時間は同時に決められない。ごく短い時間でみたとき、エネルギーは不確定でゆらいでいる。「エネルギーと時間の不確定性の関係」。
不確定性の関係と相対性理論から、何もないはずの真空で、物質(素粒子)が生まれたり消えたりしていると結論できる。
不確定性の関係によると、真空でさえエネルギーがゼロにならない。
相対性理論によると、エネルギーと質量とは同じもので、変換可能。
量子論と相対性理論を部分的に組み合わせた「宇宙は無から誕生した」。
ホーキング博士らのブラックホールの蒸発も両者の組み合わせ。

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