質量の話ーはじめてのブロマガー
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質量の話ーはじめてのブロマガー

2015-10-12 03:12
    はじめましてクポポです。
    暇なんでブロマガ書きます。


    質量ってありますよね?重さみたいなやつ。
    あれってすごい不思議だと思うんですよ。


    たとえば相撲あるじゃないですか、あれって重い方が有利なんですよね?
    自分より重い人を技と経験を駆使してやっつけるからおもろいじゃないですか。
    あれって不思議だと思うんですよ。

    なんで重いほうが有利なんでしょう。


    いや、地球の上だったらわかりますよ?
    そりゃ摩擦があるもんとか、摩擦係数が同じ床の上なら重い方がふんばれるとか
    そんな感じのことはわかるんですけど、


    あれって無重力でやっても同じなんですよ。
    無重力でやっても重い人の方が有利なんです。
    その答えは高校で物理を選考した人なら一度は見たことがあるあの式、

    m*a = F

    にあります。これ運動方程式っていうんですけど、
    aは加速度でFは力でmはうわさの質量です。
    つまり重いもののほうが動かすとき力がたくさん必要ですよっていう式なんです。
    慣性の法則もこの式から来ています。

    直感的には「あたりまえだろ」って感じがしますよね。
    でも「摩擦」や「空気抵抗」は右辺のFに含まれるんですよ。
    つまり動かしにくさにはなんら関係無いんです。
    そんなものがない真空かつ無重力の中でものを動かそうとしても、
    やっぱり重いほうが動かしにくい。

    イメージしやすく言うと、宇宙に飛び出して真空かつ無重力の中に居るとしましょう。
    重さ10tのトラックがふわふわ浮いています。
    どうにかして近づいて、トラックにドロップキックをしたとします。


    多くの方はもうこの時点で結末は想像できると思いますが、
    作用反作用の法則のせいで、重いトラックはほとんど動かずに、
    自分が後方へ吹き飛ばされます。

    もっといえば抵抗が無いのでそのままとんでっちゃいます。


    これって実は不思議じゃないですか??
    抵抗もなにもないのに、『重いと動きにくい』っていうルールだけが
    ポツンと存在しているような感じです。

    そもそも質量が『動かしにくさ』を決める係数のような役割になっているように
    すら私には見えます。
    なんで!?
    不思議!!!
    おしえてエライ人!!
    私にはもはやそういうルールがこの世界にインプットされているみたいに見えます。
    この世がどうやってできたかだれにもわからないように
    考えるだけ無駄なことなんだろうか・・・。





    ちなみに、上の話は全部ニュートン力学での話しですが、
    相対論におきかえても同じことがおきます。
    書くのも読むのもめんどくさいので簡単に書きますね。
    相対性理論自体に興味が無い人は、ここまでで私が言いたいことは全部
    話したのでここからは読まないほうがいいかもしれません。

    まず相対性理論は、光よりもけっこう遅くて、ブラックホールの近くに行ったり
    しなければほとんどニュートン力学の議論で問題ありません。


    もしブラックホールの近くに行ったとするとどうなるか。


    相対性理論の核となるものは、<慣性力と重力は区別できない>
    というものです。慣性力というのは、車が急発進したときにグンッっとくるアレや、
    遠心力のように、慣性が原因で感じる見かけの力です。この慣性力は名前の通り、
    慣性の法則から生まれる力で、物体が慣性系からはずれようとすると、慣性系に戻そうとする向きに力が働きます。ようするに
    m*a = F
    の式からくる力です。

    <慣性力と重力は区別できない>
    というのをものすごく簡単に言うと、エレベーターのワイヤーが切れて落下したとすると、
    中にいる人はグチャグチ(ry
    中にいる人は無重力になりますよね??つまり重力を慣性力が打ち消してしまったのです。
    逆に重力が無い状態で宇宙船を自転させると、遠心力が働きます。
    すると宇宙船の中にいる人は重力のように遠心力を感じて、無重力空間の中で立ったり
    歩いたりできるようになります。
    エレベーターの中にいる人も、宇宙船の中にいる人も、その力が慣性力なのか重力なのか
    区別することはできませんよね???

    これは直感的に理解しやすい例ですが、実際に一般相対論では運動を記述する式の中でも、
    慣性力と重力は同様に扱われます。するとm*a = Fの効果は相変わらず残るわけですから、
    結局質量の謎は残ったままです。

    もうちょっとだけちゃんと言うと、慣性力や重力がはたらく系は、慣性系ではない
    「非慣性系」といいます。エレベーターや宇宙船の外にいる人から見ると、
    「ワイヤーが切れて落っこちたな」「宇宙船がぐるぐるまわってるな」
    というのが見て解るので、慣性力と重力の区別がつきます。
    つまり、「慣性力がはたらいて無重力になった」「遠心力が働いて宇宙船の中の人は立ってる」ということがわかります。

    しかし中にいる人はどうでしょう。エレベーターの中にいる人は無重力になったと感じるだけで自分が慣性力をうけているかはわかりません。無重力ということは力を受けていないのと一緒です。よって自分は慣性系に乗っているように感じます。

    これを、局所慣性系といいます。
    局所慣性系ではニュートン力学が適用できるので、結局質量の謎は同様に残ります。


    私は物理学が物体の運動の性質をこの世でもっとも正確に記述すると信じています。
    そして現代の物理学が信じているニュートン力学と一般相対論では、
    この質量の謎を解明できないと思ってます。
    なぜならば、ニュートン力学と一般相対論は、
    「質量とはそういうもんだ」
    としか解釈していないからです。

    ここまでわたしの独り言を聞いてくれた人ありがとう。
    書きながら「これ考えるだけ無駄なんじゃないか」と思いながら書きました。
    これ以上考えてもわかんないから思考停止します。
    わかんなくても明日の幸せニコニコライフにはなんの影響も無いしね。
    おやすみなさい。
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