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物理学コミュの(相対性理論などにおける)空間の歪みとか空間の曲率について

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(相対性理論などにおける)空間の歪みとか空間の曲率について

 私の専攻は物理学です。物理学校で物理学を学びました。
大学生の頃、物理学を勉強していると、空間が曲がっているとか空間の曲率とかいう概念が出てきます。
当時の私は、こういう概念を受け入れて「理解して」いました。
平面が曲がっているような描画を見て、ふむふむと受け入れていました。
そうか、空間が歪んで曲率をもっているのか。
もう35年くらい以前のことです。

 最近、もう一度このことについて考えてみました。
年齢のために脳細胞が少なくなり思考力が衰えているのでしょうか。
すなおに理解できないのです。
3次元空間が3次元のなかで歪んでいる?
3次元空間が3次元のなかで曲率をもっている?
どういうことだ?
Scientific American などでよく見る平面が曲がっている描画、あれは2次元の平面が3次元の中で曲がっているのです。
3次元の空間が曲がるためにはもうひとつ次元が必要じゃないか?
とすれば、それは時間以外にありえない。
つまりはこういうことです。ある基準系からみた同時空間、それが別の基準系からみると時間の異なる空間を含んでいる。
4次元の時空から同時空間を切り出す、その仕方が違うだけだと。
更に次のようなことになります。
空間は曲がってもいないし、曲率ももっていない。観測者の(同時の)解釈が違うだけだと。
これって、私が老いたための誤った考えでしょうか?

 ただし、真空中での物質と反物質の生成・消滅、質量のまわりで時間が遅れること、これらはまた別の問題です。

コメント(268)

 00
0110
0110
 00 とか

  0  
 010 
01110
 010
  0  など1をまるく、表現すると




うーん・・・ これは

0000
0110
0110
0000 とか

00000
01000
01110
00010
00000 と同じことなのでは?
紙のうえに、四角い行列にしてきれいにそろえて書くのは、ただその方が見やすいし、間違えにくいからではないかと
代数的には、成分を決めて計算するのですから、行列を歪んで並べて書いても意味としては同じことですよ
ルービックキューブは表面の図柄だけに注目したパズルですけど・・・

中のことまで考えたパズルとなると、どうなるのか、みたいな(笑
 落ち着いてきたようですので、しきり直しをします。

 私は湯川秀樹、田村松平共著の「物理学通論」を 教科書としました。
高2か高3のときに買ったのですが、東北の田舎町の本屋さんでも並べてありました。
かなり良書だったのですが、絶版になってしまったようです。
これの静電気学をみてみますと、
Coulomb の法則が最初のページで説明されています。
そして後は、いつものように、こういう場合はこうだ、ああいう場合はああだ、という数学的な記述が最後まで続きます。
本当に物理的なことは、最初の Coulomb の法則だけです。
電子のつくる電場に、陽電子がおかれると電子の方向に運動を始める。
電子がおかれると元の電子とは反対の方向に運動を始める。
何故か。そういう記述、考察はありません。
ま、わからないのだから記述しようがないということがありますが。
物理学の学徒は、その最も脳の活動が旺盛な時期の多くをこういう複雑な数学の扱いで費やしてしまいます。

 電場に関するお話です。
電子は常時、恐らく永遠に電場を出し続けます。
先ずこの事実、何か思うことはありませんか?
電場のなかに電荷がおかれると運動を始めますから、電場は電荷にエネルギーを与える訳です。
ポテンシャルエネルギーと運動エネルギーが変換されているだけだから、エネルギー自体は変わらないという言い方もできます。
しかし、そもそも電場がなければポテンシャルエネルギーもないわけですから、やはり電場は電子にエネルギーを与えています。
運動量なら、元の電子と電場に置かれた電子の運動量が相殺して変化は0だと言えます。
しかしエネルギーは違う。そういう方向性はない。
だが、電場はエネルギーではない。
電場がエネルギーだったら、それを放出している電子はすぐにやせ細って消滅してしまいます。
この電場中の荷電粒子の運動エネルギー、どこから出てきた?
>>[234]
陽子が崩壊するという大統一理論と関係ありますか?的外れだったら、すみません。
>>[234]

不思議ですよね。
電子と陽子が引っ張り合う場合、その力は距離の二乗に反比例する。場の発生源をきれいな球体と考え、その表面から一様に放射状に力線が広がっていると考えると、ここまでは自然に受け入れられました。

もしも電子が引っ張られるままに落ちて行けば、電子自身は自由落下しているように感じるでしょうから、運動エネルギーが発生しているとは感じられないでしょう。
不思議な感じがするのは、陽子からある一定の高さを保って止めておくために、むしろなんらかのエネルギーが要求されることです。
落ちていくのにエネルギーは必要なく、止まっているのにエネルギーが必要なんです。

不思議です。
>>[237]  
 もともと電子と陽子が古典的に引き合っていると考えれば、くっついてしまう。ではくっつかないように電子が陽子の周りを回っているとするなら電磁波をだしてエネルギーを失いやはりくっついてしまう。
 量子論の黎明期のド・ブロイやボーアが取り組んだ仕事です。
簡単な話は村山斉さんの「宇宙は何でできているのか」などにもわかりやすく書かれています。
>>[242]

問題設定がよく把握できずにいますので答えになっていないかもしれませんが、
その電場に「電子を置く」ということは遠方からクーロン力に逆らって
運んでくるという事ですので、その仕事分が運動エネルギーの元だと思います。

それより、私ですさんの当初の空間歪みの問題が
ご自身の中で解決されたのか気になっていたところです。

この設問の本質は、電場とは何か、ということです。
ごく常識的に、電子が何かを放出しているのか。(常時、永遠に放出し続ける?)
空間には、重力場を担う空間、電場を担う空間その他があって、一般に言われる空間とは
これらが重合したものと思われますが、
電場を担う空間が電子が隣接することによって自分自身を変化させる、
その変化が更にその空間に隣接する空間を変化させる、連続なのか。
電子そのものは、特に何か放出するなどとかは、何もしていないのか。
荷電粒子の運動エネルギーは、この空間から供給されているのか。
お婆ちゃんが念仏を唱えるように、電場とは荷電粒子同士の光子の共有だ、
はい、すべて解決、おしまい、
そういうやり方は私にはできないのです。
簡単な問題で休憩しましょう。

直径 D(m) 、高さ H (m)の円筒形の容器に、温度 T(°)、圧力 P(kg/cm2) の気体が入っている。
この容器の底部から、直径 d(m)、長さ l(m) のパイプが出ていて、パイプの先は
宇宙空間になっている。
パイプを開けて気体を自由拡散させた時、気体がすべて拡散して無くなる時間を
T(s) とする。
今、このパイプの先に 100万KW の馬力を持つ真空ポンプをつないで
強制的に排気させた場合、気体が無くなる時間を求む。
物理学の基礎のある人間なら、ニヤッと笑って数秒で答えられる問題なのですが・・・
状況が見えづらいですが・・・T(s)なんじゃないですか?
回答はT(s)です。
真空ポンプは気体を「強制的に」吸引することはできません。
真空ポンプはただじっと待っているだけです。
そして気体が温度の関数である平均速度で「自分で」真空ポンプまでやってきたら、二度と戻れないようにするだけです。
だから、ある程度のパワー以上の真空ポンプなら「自由拡散」と同じです。

一種の、思考のすきをついた物理トリック問題ですが、247のようにヒントを与えないと、みなさん結構ひっかかってくれます。
>>[249]

こんにちは。
横浜の三菱重工業や名古屋科学博物館のロケットエンジンの展示を見ると、水素系も酸素系もターボポンプで燃料を送り出していたと思います。
この場合ポンプがあるのは、地上や地上に近い真空じゃない空間で燃料を吐き出して推進力を得る必要があるからですかね。
どうも的確な、あるいは正確な言い方ができないのですが、波動関数を sin cos あるいはそれ故に exp(i なんとか)で取り扱っているのは、宇宙人が人間の頭蓋骨を見て「これが人間の心だ」と言っているような、そんな気がして仕方がないのですが。
 既存の物理学が扱っているのは、量子下力学の何物か同士の相互作用点です。
この相互作用点は、周囲とは違うものです。だからこそ人間の目にとまった、考察の対象になったわけです。
で、その相互作用点、あるいは特異点、をハンドリングするために構築されてきた物理学の手法、枠組みですね。
methodology と言っても良い。
これをそのまま元の何物か、それをハンドリングすることに使えるか、
それをしようとすると理解のしがたい現象・問題が出てくるのではないか。
物理学の手法そのものが量子下の現象のハンドリングに適応しうるのか、
というよりも、全く違うことをやろうとしているのではないか、そういう疑念が沸くのですが。
252 のような根元的な話ではなく、もっとレベルの低い話ですが。
shrodinger 方程式に m や V が入っているのは、いっかにも中途半端な、発展途上方程式という感じがしてしまいますね。
物事の捉え方は感性の問題ですが、
ご自分の感性のみを是として、前提なしには討議は出来ません。
問題の否定は出来ますが、感性の否定は(出来ても)無粋なだけですから。
光速度一定の法則について

 物理学において、最初の何も無い状態からはじまって世界を把握する、あるいは世界を計測するには、最初に基準となるものの定義が必要です。基準なくしては、世界の計測はできません。
そして現在の物理学の体系は、この基準として光速度を用いている。
光速度一定は法則ではなくて定義ではないのか。
これが光速度一定の法則にたいする私の解釈です。


重力について

 重力は物理学の4つの力のひとつですが、私は、重力があってそこでは時間が遅れるのではなく、時間が遅れるから物質波が屈折しているのではないかと思う。重力という4つの力のひとつがそんざいするのではなく、質量の周囲で時間が遅れることが本質ではないかと考えるものです。
反物質について

 数は数えれば無限に数えることができます。そしてそれは矛盾ではありまん。
これに対して、実体については、有限は矛盾であり、無限は矛盾です。
では、どうすればよいのでしょうか。
私は、実体(存在)は無限だが、それは静的に無限なのではなく、動的に無限なのだと考えます。
数と同じです。
すなわち、存在微小部分はそれに隣接する存在に依存して、すなわち隣接する存在に連続して、次から次へと事実していくと考えています。時間的に次々とではありません。時間そのものもまったく同じく次から次へと事実していっているのです。存在は事実的に次から次と事実していっているのです・
どこを出発点にして。これについては Big Ban の中心部を中心にしてとみるのが最も自然でしょう。
いずれにせよ、中心部から過去と未来に向かって、そしてあらゆる方向に向かって、次から次と事実していっている、それが存在です。

 反物質については、中心部から過去に向かったと考えるのが一番シンプルです。
そして、過去に向かっている世界から見れば、われわれの世界の方が過去に向かっているのです。
mixi の物理関連のコミュニティは、大体、小数の物理専攻の学生さんと多数の物理専攻ではないが興味をもっているという参加者によって構成されているようです。
大体、レベルの低い大衆的な話題を投稿するとどっと反応があり、投稿者は「燃えた!」ということになります。
私は光子のダブルスリット実験には関心をもっているので、量子力学コミュニティで「oon-Ho Kim らによる光子のダブルスリット実験」スレッドをたてて、純粋に他の人間の意見を聞いてみたいとおもっていたのですが、何の反応もありません。
どうも、最初から mixi の参加者に何かを期待することのほうが無理か・・・という感じもあります。
軽い話題をネタにしてみんなでつどいましょうというところでしょうか。
存在の意図が違うというところでしょうか。
光速度は不変に見える、ってことで良いと思うんですが。それが法則か定義かで、何がどう違ってくるのかピンと来ません。
それと、光速度は不変だけど、一定かどうかはわからない、どっちかというと一定じゃないかもしれない、というほうが自然じゃないですか。

仮にあるとき突然、光速度が秒速3万キロになったとしても、その時はもともと長さ30万キロあった物差しも3万キロに縮んでいるでしょうし、それを観測している人間も同じ割合で縮んでいるので、やっぱり光速度は変わらず秒速30万キロに見えるはずです。
……あれ?

はこの中に観測者がいます。
このとき突然、光速度が10分の1になったとします。
すると、部屋も観測者も10分の1になり、時間感覚も10分の1になるため、観測者は光速度が10分の1になったことを感じとることはできないはずです。

ですが、ここで観測者がぴょんとジャンプしたら、飛んで落ちるまでの体感時間に変化は起こるでしょうか?
きちんと計算すればそれなりの結果が出そうな気もしますが、とっさにどうなるかイメージできなくて。

h=1/2gt^2

からの計算でしょうけど。
1G加速している宇宙船の中と、地球上に置いた部屋では、違いは出ないのかな?
地球の直径も10分の1になるから、地上の重力が百倍になりそうな気もする。
>>[255]
>>[256] 私ですさん

多くの人には何を書いているか分からないと思うが、
この2つの書き込みの内容は正しいと私も思う。
>>[262]

全然、、おいらは勘違いと思ってる。

光を基準にして相対性理論が作られていることは確かだ。しかし、それ以外我々人類に目の前で起こる現象を認識する方法はないではないか。
要するに定義でも定理でも、現象論的にこれ以上の議論は意味がない。

それから、重力の認識は間違っていると思う。少なくとも、アインシュタインの説いた一般相対性理論ではそうは言っていない。
アインシュタインは慣性質量と重力質量は一緒だと主張し、自由落下している系は加速度系ではなく、慣性系だと言っているのだ。この意味、理解出来てますか?

それから、俺は255、256は当初無視を決め込んでいた。どうしてかというなら、「私です」とかいう男か女かも分からん、、いやまあ、俺もプロフに何も書かない何者か分からん輩の一人だが、、読んだ者に何を求めているのか、単に自分の主張をしたためただけの投稿を読んでも、レス書き様がないだろう。

何か反応が欲しいなら、そういう書き方したらどう?
ニュートリノ

 ニュートリノは粒子には見えないし、光と同様な波に見える。
しかしあの透過性は何だ。光は物質(荷電粒子)と常時相互作用して、物質によって容易に遮られるのに。
ニュートリノの透過性はどこから出てくる。
通常の場とはまったく異なる場を伝播するのか?もしそうなら透過性100%となり、物質との相互作用は0になってもよい。
また、通常の物理反応から容易に発生してくるということは、そういう他とは完全に独立した場ということも考えにくい。
非常な透過性、光に近いような高速伝播。
ちょっと、私にはお手上げです、ニュートリノは。波として、なにを伝播しているのか。
勘違いな勝手な解釈を書き込んでいる暇があるなら、本でも読んで勉強した方がずっと有意義だと思うが、、
と〜っても易しいなぞなぞ

未来は永遠だとします。
時は延々と流れ、やがてその永遠の未来に到達したとします。
すると、それがどんなに大きい数字であっても、現在からその時間までは有限の確定した値ということになります。
有限の確定した値は永遠と矛盾します。
ということは永遠の未来には永遠に到達できないということになります。

過去は永遠だとします。
上と同じ論理で今度は過去の方向に進んでいくと、永遠の過去には永遠に到達できないということになります。
もし到達したら、それがどんなに大きい数字であっても、現在からその時間までは有限の確定した値ということになります。
有限の確定した値は永遠と矛盾します。
ということは永遠の過去には永遠に到達できないということになります。

で、時間が永遠の過去から出発したものであるとするなら、時間はどうやって現在まで到達することができたのでしょうか?



再び反物質について

 数は数えれば無限に数えることができます。そしてそれは矛盾ではありまん。
これに対して、実体については、有限は矛盾であり、無限は矛盾です。
では、どうすればよいのでしょうか。
私は、実体(存在)は無限だが、それは静的に無限なのではなく、動的に無限なのだと考えます。
数と同じです。
すなわち、存在微小部分はそれに隣接する存在に依存して、すなわち隣接する存在に連続して、次から次へと事実していくと考えています。
時間的に次々とではありません。時間そのものもまったく同じく次から次へと事実していっているのです。
存在は事実的に次から次と事実していっているのです・
どこを出発点にして。これについては Big Bang の中心部を中心にしてとみるのが最も自然でしょう。
いずれにせよ、Big Bang の中心部から過去と未来に向かって、そしてあらゆる方向に向かって、次から次と事実していっている、それが存在です。

 反物質については、中心部から過去に向かったと考えるのが一番シンプルです。
そして、過去に向かっている世界から見れば、われわれの世界の方が過去に向かっているのです。

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