重力の歴史

クラウス・ヴェドフェルト/ストーン/ゲッティイメージズ

これは、私たちが経験する最も一般的な行動の 1 つであり、初期の科学者でさえ、物体が地面に向かって落ちる理由を理解しようとしたのも不思議ではありません。ギリシャの哲学者 アリストテレス は、オブジェクトがその「自然な場所」に向かって移動するという考えを提示することにより、この動作の科学的説明で最も初期かつ最も包括的な試みの 1 つを与えました。

地球の要素のためのこの自然な場所は、地球の中心にありました (もちろん、アリストテレスの宇宙の地球中心モデルでは宇宙の中心でした)。地球を取り囲んでいるのは、水の自然の領域であり、空気の自然の領域に囲まれた同心円状の球体であり、その上の自然な火の領域でした。したがって、地球は水に沈み、水は空気中に沈み、炎は空気の上に上がります。すべてがアリストテレスのモデルの自然な位置に引き寄せられ、世界がどのように機能するかについての私たちの直感的な理解と基本的な観察とかなり一致しているように見えます.

アリストテレスはさらに、物体はその重量に比例する速度で落下すると信じていました。つまり、同じサイズの木製の物体と金属製の物体を両方とも落とした場合、重い金属製の物体は比例してより速い速度で落下します。

ガリレオと運動

物質の自然な場所への運動に関するアリストテレスの哲学は、 ガリレオ・ガリレイ .ガリレオは、さまざまな重さの物体を傾斜面で転がす実験を行いました (ピサの斜塔から落とさなかったのは、この趣旨の人気のある外典の話にもかかわらずです)。 加速度 体重に関係なく料金。

経験的証拠に加えて、ガリレオはこの結論を支持する理論的思考実験も構築しました。現代の哲学者は、2013 年の著書でガリレオのアプローチを次のように説明しています。 直感ポンプと思考のためのその他のツール :

「いくつかの思考実験は、厳密な議論として分析可能であり、多くの場合、 不条理な還元 、反対者の前提を取り、形式的な矛盾（ばかげた結果）を導き出し、それらがすべて正しいとは限らないことを示します。私のお気に入りの 1 つは、(摩擦が無視できる場合) 重いものは軽いものより速く落下しないというガリレオの証拠です。その場合、重い石 A は軽い石 B よりも速く落下するため、B を A に結び付けると、石 B が抗力として作用し、A の速度が低下する、と彼は主張しました。しかし、A を B に結び付けると、A だけよりも重いため、2 つを合わせると、A だけで落下するよりも速く落下するはずです。私たちは、B を A に結びつけることで、A 自体よりも速く落ちたり遅く落ちたりする何かを作るだろうと結論付けましたが、これは矛盾しています。

ニュートンが重力を導入

によって開発された主な貢献 アイザック・ニュートン卿 地球上で観察されたこの落下運動は、月や他の物体が経験する運動と同じ挙動であり、それらを互いに関係のある場所に保持していることを認識することでした。 (ニュートンからのこの洞察は、ガリレオの研究に基づいて構築されましたが、太陽中心モデルと コペルニクスの原理 、ガリレオの仕事の前にニコラス・コペルニクスによって開発された.)

万有引力の法則のニュートンの開発、より頻繁に呼ばれる 重力の法則 は、質量を持つ任意の 2 つのオブジェクト間の引力を決定するために適用されるように思われる数式の形で、これら 2 つの概念をまとめました。一緒に ニュートンの運動の法則 、それは重力と運動の正式なシステムを作成し、2世紀以上にわたって挑戦されることなく科学的理解を導きました.

アインシュタインが重力を再定義

重力の理解における次の主要なステップは、 アルバート・アインシュタイン 、彼の形で 一般相対性理論 、質量を持つオブジェクトが実際に空間と時間の構造そのものを実際に曲げるという基本的な説明を通じて、物質と運動の関係を説明しています（まとめて時空と呼ばれます）。これにより、重力に対する私たちの理解と一致する方法でオブジェクトのパスが変更されます。したがって、現在の重力の理解は、物体が時空を通る最短経路をたどり、近くの巨大な物体のゆがみによって修正された結果であるというものです。私たちが遭遇するほとんどの場合、これはニュートンの古典的な重力法則と完全に一致しています。データを必要なレベルの精度に適合させるために、一般相対性理論のより洗練された理解が必要な場合があります。

量子重力の探求

ただし、一般相対性理論でさえ意味のある結果が得られない場合があります。具体的には、一般相対性理論との理解が相容れない場合がある。 量子物理学 .

これらの例の中で最もよく知られているのは、 ブラックホール 、時空の滑らかな構造は、量子物理学が必要とするエネルギーの粒度と互換性がありません。これは物理学者によって理論的に解決されました スティーブン・ホーキング 、ブラックホールが次の形でエネルギーを放射することを予測した説明で ホーキング放射 .

ただし、必要なのは、量子物理学を完全に組み込むことができる包括的な重力理論です。そんな理論 量子重力 これらの疑問を解決するために必要になります。物理学者はそのような理論の多くの候補を持っており、その中で最も人気のあるものは ストリング理論 、しかし、物理的現実の正しい説明として検証され、広く受け入れられるのに十分な実験的証拠（または十分な実験的予測さえも）をもたらすものはありません。

重力にまつわる謎

重力の量子論の必要性に加えて、まだ解決しなければならない重力に関連する 2 つの実験的な謎があります。科学者たちは、重力に関する現在の理解が宇宙に適用されるためには、銀河を一緒に保持するのに役立つ目に見えない引力 (暗黒物質と呼ばれる) と目に見えない斥力 (暗黒物質と呼ばれる) が存在しなければならないことを発見しました。 暗黒エネルギー ) 遠方の銀河をより速い速度で引き離します。