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知っておきたい! 重力に関する28の面白い事実

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本記事は、28 Gripping Facts About Gravity | All You Need To Know
翻訳・再構成したものです。
配信元または著者の許可を得て配信しています。

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読了時間 : 約6分48秒

物が落ちるときに「何か変だ」と最初に気づいたのは、皆さんご存知のアイザック・ニュートン卿です。彼は自然の中にあるパターンを見出すようになり、そのパターンのひとつが彼の重力理論となったのです。重力という言葉は、「重い」という意味の古語「グラビタス」に由来しています。

 

重力は、「リンゴが落ちる」ことをはるかに超えたものです。重力は、物体の質量に比例し、物体間の距離に反比例して、物体を一緒に引き離すのです。重力は宇宙全体の法則です。それでも、重力を理解することは多次元的に広がっていて、重力を評価する複雑な問題のいくつかは、まだ解決されていません。

 

だからといって、この答えのない疑問について心配する必要はありません。その代わり、この記事では「重力」に関する理論や面白い情報や、皆さんが知らないような事実を紹介します。この機会に、ぜひ知識を高めてはいかがでしょうか。

28. リンゴとニュートンの物語

子供の頃、「ニュートンの頭の上にリンゴが落ちた」と教わりましたね。しかし、実際はそうではないのです。アイザック・ニュートン卿は、物が落ちることや重力が地球上の生物に普遍的なものであることをすでに認識していました。リンゴが地面に落ちるのを目撃したことで、彼はまず、リンゴは地球の中心に向かって落ちているに違いないという、非常に重要な考えを持つようになったのです。このような考えは、すでに彼の頭の中にあったのですが、リンゴを見ることによって、彼の「記憶の宮殿」の中でその概念が活気づいたのです。

 

27. 逆2乗の法則

画像引用元:Wikipedia

 

F = G * (mM)/r2 は、科学における逆2乗の法則(ニュートンによる)で、2倍離れた物体は4分の1の重力を及ぼすという意味です。また、引力の及ぶ範囲は技術的に有限であることを意味しています。

 

26. 重力に二重性はない

重力は常に引き合うものであり、決して反発するものではありません。質量を持つものにはそれなりの重力があります。たとえば、パソコンとテレビは、お互いに重力を持っています。ただ、その力はとても弱いので、お互いに近づいてくることはありません。しかし、地球はもっと大きくて重いので(質量が大きいと重力も大きい)、すべてのものが地球の中心に引き寄せられます。

 

25. 宇宙での尿意

地球上では、膀胱の1/3程度いっぱいになると尿意を感じます。しかし、微小重力環境では、膀胱がほぼ満杯になるまで尿意を感じません。

 

24. もし太陽が消えたら(重力伝播の観点から)どうなる?

 

もし太陽が突然消えたら、地球はすぐには飛ばされることなく、太陽の位置にあったはずの軌道を8分ほど回り続け、その後、接線方向に飛んでいくでしょう。それと同じように、地球は、実はとっくに消えてしまった星からの重力を受け続けているのです。

 

23. 重力はすべてを同じ速度で引っ張る

地表の重力は、重さに関係なく、すべての物体を同じ速度で加速させます。真空の中で、羽毛とボーリングの球をある高さから落とすと、同時に地面に叩きつけられます。

 

22. 宇宙では食べ物の味は同じではない

画像引用元:NASA

 

宇宙では、体液を引き下げる重力がありません。宇宙飛行士の副鼻腔は詰まってしまい、味を感じられなくなります。また、宇宙飛行士は炭酸飲料を飲まないそうです。宇宙では胃の中の液体と気体を分離することが難しいため、炭酸飲料を飲むと「湿ったげっぷ」(嘔吐に似た症状)が出てしまうからです。

 

21. 惑星が違えば、重さも違う

太陽系のどの惑星でも、重力の影響は同じではありません。68kgの人は、冥王星では4.5kgになります。一方、最も重力の強い惑星は木星で、68kgの人の体重は約160.5Kgになります。

 

さらに、土星の衛星タイタンでは、大気が非常に厚く、重力が弱すぎるため、人間は腕につけた「翼」を羽ばたかせるだけで、大気の中を飛ぶことができます。

 

20. 重力は不均等

私たちの地球は完全な球体ではなく、その質量は不均等に分布しています。また、重力は質量に依存するため、地球全体で同じ重力がかかっているわけではありません。カナダのハドソン湾は、氷河が溶けているため、他の地域より重力が小さくなっています。

 

19. 重力は弱すぎる

宇宙には、重力、電磁気力、弱い核力、強い核力の4種類の力が存在します。重力はその中で最も弱いものです。10セント硬貨の大きさの磁石は、地球全体の重力に打ち勝ってオーブンにくっつくほどの電磁力を持っています。

 

18. アインシュタインの重力観

アインシュタインは、重力について全く新しい概念を与えました。彼の一般相対性理論は、重力を時空の歪みとして扱った最初のものでした。時空を、宇宙を物理的に具現化する「布」と表現したのです。質量を持つものは時空を包んでいます。

 

2011年5月、NASAが行ったGravity Probe B【重力観測衛星】の実験により、地球が糖蜜の中で回転する木球のように、宇宙を引き寄せていることが証明されました。これは、1915年にアインシュタインが予言したとおりのことです。

 

17. 重力は光を曲げることができる

巨大な物体は時空の歪みを引き起こし、ガラスのレンズのように通過する光を曲げることがあります。この効果は重力レンズ効果と呼ばれ、一般相対性理論で予言されている曲げの量です。

 

光と同様に、重力は時間にも影響を与えます。海面で正確な振り子時計は、標高4000フィートまで持っていくと、1日に約16秒の遅れが生じます。

 

16. 中性子星

中性子星は、ほとんど中性子でできている非常に高密度で小さな星(直径20km程度)です。重力が強いため、そこにできる最も高い山でも5ミリ程度にしかなりません。重力は、星が発する放射線を曲げて、見えない裏面の一部を見えるようにさえします。

 

15. 重力の認識

PLOS ONE誌に掲載された論文によると、人間は背筋を伸ばして座っているときと、横になっているときでは、物の落ち方を判断する能力に差があるそうです。脳は視覚的な経験則にのみ依存しています。物体が落ちる方向と全く同じ方向に頭を傾けると、物体はより安定しているように見えるのです。

 

14. 脱出速度

物体をどれくらいの速さで投げれば、地球に戻ってこないのでしょうか? 地球の重力から離れるには、秒速11.2km、時速40,270kmのスピードで投げる必要があります。月の脱出速度は秒速2.38km、木星の脱出速度は秒速59.5kmです。

 

13. ラグランジュ点

画像引用元:Wikipedia

 

地球と太陽(または任意の2つの巨大天体)の間の空間にはラグランジュ点【宇宙の中で安定する点】が存在します。もう一方の天体は、あたかもそこに何かがあるかのように、これらの点の周囲を周回することができます。

 

L1からL5とラベル付けされた5つの点があります。最初の3点は2つの惑星を結ぶ線上にあり、最後の2点(安定点)は2つの惑星と正三角形を形成しています。

 

12. 木星パワー

木星の重力は、いつかは水星を太陽系から放出させるか、太陽に衝突させることになるでしょう。さらに、小惑星を引き裂き、最低でも64個の衛星を引き付けるのに十分な強さを持っています。

 

11. 微小重力

画像引用元:NASA

 

国際宇宙ステーションの宇宙飛行士や遊園地の乗り物に乗っている人は、乗り物と同じ速度で落下するため、微小重力(無重力ではない)を感じているのだそうです。

 

10. 宇宙での重力

画像引用元:NASA

 

宇宙空間における重力の役割については、大きな誤解があります。人々はよく宇宙を「無重力の環境」と言いますが、それは間違いです。宇宙にはどこにでも最小限の重力は存在するのです。国際宇宙ステーション(ISS)は、約400kmの高さで地球を周回しています。この高さでは、地球の重力は地表の90%です。つまり、100kgの人がISSに乗ると90kgの重さになります。

 

ISSに90%の重力があるのなら、なぜ宇宙飛行士やその周りのものはそこに浮かんでいるのでしょうか? それは、宇宙飛行士が自由落下しているからです。地球に向かってではなく、地球の周りを時速28164kmで落下しているのです。

 

9. 重力がなくても質量は減らせる

画像引用元:NASA

 

NASAによると、重力がない状態では、筋肉は萎縮し、骨は減少するそうです。宇宙飛行士は、宇宙では1ヶ月に1%の体重を失うと言われています。宇宙から帰ってきた彼らの心身は、回復するための時間が必要です。宇宙では全身が均等になる血圧を、心臓が働いて脳に血液を送るという地球でのパターンに戻す必要があるのです。

 

8. 低重力下でより致命的になるバクテリアがいる

宇宙でよりたちの悪くなるばい菌がいます。PNAS誌に掲載された論文(2007年)によると、サルモネラ菌(一般に食中毒を引き起こす)という細菌は、重力が小さいと害が3倍にもなるそうです。つまり、宇宙で感染するばい菌だけでなく、宇宙で育った自分のばい菌も襲ってくるということです。

 

7. 微小重力下で結晶がよく成長する

画像引用元:NASA

 

重力が影響を与えるのは生物だけではありません。微小重力下では、結晶がよりよく成長し、その形もより完璧になることがわかったのです。音響波を使って、日本の研究者が微小重力環境下でヘリウム結晶を成長させることに成功しました。これにより、このような結晶が短時間でどのように形成されるのか、その動態を研究する機会が開かれたのです。

 

6. 無重力の環境では炎はより丸くなる

微小重力のため、中の空気が上下に引っ張られることはありません。宇宙飛行士が自由落下するISSの中に座っている場合、空気は静止したままです。ロウソクに火をつけると、芯の近くの空気が熱くなり、ロウソクの下に冷たい空気がないため、空気は上昇しません。空気が上昇しないということは、ロウの蒸気も上昇しないということで、炎の形はかなり球形になります。

 

5. 三体問題

三体問題とは、300年もの間、科学者たちを混乱させてきた抽象的なパズルのようなものです。この問題は、重力の影響だけを受けた場合に、互いに周回する3つの物体がとりうるすべての経路やパターンを見つけることです。これまでに16種類の解が見つかっており、そのうち13種類は2013年3月に発見されました。

 

4. 人類は地球の3倍の重力に耐えることができる

将来、人類は地球の2倍、3倍の重力のある惑星に移住し、生活することができるかもしれません。しかしながら、4倍になると、脳に十分な血流を維持することができなくなります。

 

3. トラクター・ビーム

NASAでは、トラクター・ビームと呼ばれる、離れた場所にある物体を引き寄せる機能を持った装置の開発を試みています。これは、2軸の複屈折媒体を利用したものです。実際、ミクロの世界では一定の成果を上げています。

 

2. 重力波

画像引用元:NASA

 

重力の概念をより深く探求し理解するために、研究者は1916年にアインシュタインによって予言された重力波の研究に取り組んでいます。これは時空のさざ波で、発生源から外側に向かって伝わるものです。ルイジアナ州のレーザー干渉計重力波観測所(LIGO)の物理学者Amber Stuverによると、この重力波は星の爆発やブラックホールの衝突から発生するということです。

 

1. ブラックホール

巨大な重力を持つブラックホールは、銀河系で最も破壊的な存在です。天の川銀河の中心には、太陽の400万倍の質量を持つ「いて座A*」という怪物が存在します。これは300年前にエネルギーを爆発させました。

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