なぜジャンプしても地面に戻ってくるの?『チコちゃんに叱られる』

2020/7/18放送『チコちゃんに叱られる』(2019/4/19の再放送)
石田ひかりさん、大竹まことさんさんをゲストに迎えています。

チコちゃん「なぜジャンプしても地面に戻ってくるの?」

時空の歪みに引っ張られるから

詳しく教えてくださるのは、東京大学カブリ数物連携宇宙研究機構の機構長 大栗さんです。
宇宙研究の最先端を行くこの施設では世界中から科学者が集まり宇宙の謎を研究しています。

ジャンプしても地面に戻ってくる理由には重力が重要

私たちが当たり前すぎて気付かない力「重力」。
こうして地球に立っていられるのも重力のおかげです。

「万有引力の法則」を発見を発見したアイザック・ニュートン

この重力の謎に挑んだがある物理学者がいました。
その名はアイザック・ニュートン。

17世紀にニュートンはすべての物体は重力が働いているという「万有引力の法則」を発見しました。

それはリンゴが木から落ちるのは地球が一方的にリンゴを引っ張るからではなく、実はリンゴも地球もお互いに引っ張り合っているという考え方でした。
だから「万有」というのですね。

しかし、重力がどのようにして生まれているのかそれはわからないままでした。

アルバート・アインシュタインが導いた答えは「時空の歪み」

重力がどのようにして生まれているかの謎に挑んだのは天才 アルバート・アインシュタインです。
彼が導いた答えは「時空の歪み」でした。

時空の歪みとは、あなたがそこに立っているだけでその空間だけでなく時間までもが歪んでいるということです。
星や人間など物体が存在するとき、その重さ(正確には質量)で空間が歪み、その歪みに向かって引っ張られる力が重力なのです。

例えばスポンジの平面に鉄球を置くと、その重さでスポンジが歪みます。
そして少し離れた場所にビー玉を置くと鉄球の重さで歪んだ平面にビー玉が引っ張られてくっつきました。

鉄球の重さ(正確には質量)によって時間や空間が曲がって引き付ける力が生じる、これを「重力」と呼んでいます。
石ころであってもリンゴであっても、あなたと私、地球や星、全てのものが引っ張り合う力を持っているということです。

人間同士の重力を感じないのは地球の重力が強いから

我々も互いの重力で引っ張り合っています。
日常の中で周りの人を引っ張り合っているはず私たちですが、それを感じないのはなぜでしょうか?

それは人間の重力に比べて地球の重力の方が強いからです。

先ほどの平面に鉄球を置き少し離れたところに2つのビー玉を置くと、2つのビー玉は鉄球には引っ張られていますが、ビー玉同士がお互いに引っ張り合って近づいているようには見えません。
これは重さ(質量)が大きいものほど引っ張る力が強い、つまり重力が強いことを表しています。

この地球の重力はとても大きいので人間の重力はあるかないかわからないくらいです。
人間の重力は地球の重力の約1/1000垓倍、つまり 0.00000000000000000000001 倍ぐらいです。
とても小さいので感じることはできませんね。

地球の場所によって体重が変わる!?

我々がいつも感じている地球の重力ですが、実はその力は地球の場所によっても変わるというのです。
実は地球の北極や南極にいるときと赤道付近にいるときでは同じ人間でも体重が変化するというのです。

例えば北極で体重が50キロぐらいの人が赤道で量と約 150 グラム体重が軽くなります。
それは地球が自転しているからです。

回転する物体の表面には「遠心力」という外側に引っ張る力が生まれます。
つまり、地球が自転することで赤道付近に強い遠心力が起こり、そのおかげで北極や南極より赤道付近の方が体重が軽くなるのです。

あとがき

時空の歪み…

目に見えないものの法則を発見するって本当にすごいです。
ましてや時空の歪みなんて思いつきません。

絶対に理解できない!と思いましたが、例えのスポンジがとても分かりやすかったです。
質量が大きいほど平面のスポンジが歪み、そこに物体が引っ張られるのですね。

宇宙にある銀河と銀河が引っ張られないのはその時空の歪みが互いに干渉していないから…ってことですかね。
そして宇宙一質量が大きいものは絶対にブラックホールだと思いました。

となると、ブラックホールは光さえも吸い込んでしまうので光にも質量があるってことになりますよね。
そうだと思ってググってみたら何と光の質量はゼロだそうです。

質量がゼロということは互いに引っ張り合わないはずなのにおかしいですね。
さらに調べてみると、「光は空間に沿って進むという性質があるため、質量によって歪んだ(凹んだ)空間に沿って進んだ結果、ブラックホールに吸い込まれる」と出てきました。

光の場合は質量ではなく性質によってブラックホールに吸い込まれるということだそうです(ムズカシー!)
いつかチコちゃんが質問を投げかけてくれるでしょう…。

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