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月面で原子時計が速く進む理由
地球上よりも月面では時間の進みが速いそうです。原子時計の振動が速くなるからだろうと思います。原子時計がより速く進む理由は、原子核の周りの軌道電子の動きがより速く、軌道電子と陽子とのクーロン引力の働きで原子核の振動もより速くなるからだろうと思います。 時空の歪み無しの説明では、月面では電子は約６分の１に軽くなるのに電荷は不変なので、クーロン力による電子の動きがより軽快になり、原子核の振動も速くなるのですか。
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- lupin__X
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原子時計の振動、軌道電子、クーロン力 →でたらめな理論やめて。 月表面では、地球表面より、重力が小さいため、 一般相対性理論により1日に 56マイクロ秒速くなる ため。 GPS衛星では、高度が高く、重力が小さいため、 一般相対性理論により1秒間に100億分の7秒速く進む。 また高速移動により特殊相対性理論により地上の時計に 比べて1秒間に100億分の2.55秒遅れる。 差し引きして毎秒100億分の4.45秒だけ遅く進むように 調整されている。
お礼
具体的な数値をありがとうございます。56マイクロ秒ですか…。 原子時計もいろいろな方式が検討されているようで、重力の影響が少ない形式が開発されると、原子時計の遅れ＝時空の歪みの曲率、とは言い切れなくなる可能性があるとは思います。 私は専門外の素人ですが、若手技術者の活躍と将来が楽しみです。謝謝。
- QCD2001
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＞地面でも月面でも初速は同じなのに最高到達点が違うかもしれません。 重さが1/6になるということは月面がボ－ルを引っ張り落そうとする力が、地球の地面での1/6になるということですから、初速度が同じなら月面での最高到達点は、地表面の6倍になります。 ＞出発直前に地面を歩く時より軽快にぴょんぴょん跳ぶ感じだった これは重量が1/6になり、質量が変わらないからです。 月が引っ張る力、引き落とそうとする力である重量が1/6になれば落ちにくくなります。 力に対して抵抗する質量、落ちにくさも同時に1/6になると、月が引っ張る力が1/6になっても落ちやすさが6倍になるので、地球上と同じスピードで落ちてしまうので、ぴょんぴょ跳ぶ感じにはなりません。 質量と重量とは違うのです。 月面で電子の質量は変わらないので、電子の動きは変化しません。 ＞照射される電磁波の波長と強度が一定な場合に、原子の振動と放出する電磁波スペクトラムが一定な訳ですね そんな嘘っぱちはどこに書いてあったのですか？ 情報ソースを記載してください。 ＞重要なご指摘に感謝します そんな指摘をした覚えはありません。勝手に妄想しないでください。 私の回答のどこに「照射される電磁波の波長と強度が一定な場合に、原子の振動と放出する電磁波スペクトラムが一定」なんてことが書いてありますか？ もう一度よく読んでください。 照射される電磁波の波長と強度が一定な場合に、原子の振動と放出する電磁波スペクトラムが一定 なんてことはどこにも書いてありませんよ。ちゃんと文章をよく読みなさい。そして勝手に妄想しないでください。 そもそも原子の振動と放出する電磁波スペクトラムには何の関係もありません。 ＞地面と月面で重力波の強度が異なるので 月も地球も重力波を出していません。 ＞私のレベルを上げてくれるキャッチボールを 質問者さんは私の回答をきちんと読まず、勝手な思い込みで妄想を膨らませるばかりで、レベルは全く上がっていません。
お礼
回答者様は謙遜されていますが、回答者様のおかげですっかり忘れていた知識や情報をたくさん思い出しました。回答者様は大勢を教育しておられます。私のような日本語読解力の低い人間もいるという事でご辛抱くだされば嬉しいです。 地球と月が万有引力で引き付けあっている以上、何らかの波が伝播しているのですね。地球と月が重力波を放出しているのか吸収しているのか、あるいは宇宙外からの波で地球も月も押されているのか、今も原因不明ではあります。 LIGO重力波望遠鏡で観測しているのは、銀河同士の衝突による重力波の変化であって、重力波そのものの波形ではないのは確かです。回答者様の慧眼に脱帽です。謝謝。 原子時計が電磁波や重力波の影響を受ける点については、以下の記述が見つかりました。回答者様がお探しの文献とは異なるかもしれません。 「セシウム原子時計でも、熱運動や、他の原子との相互作用が原因で、原子が吸収するマイクロ波の周波数が変化してしまうため、原子時計の方式にもよりますが、100万年に１秒ほどの誤差が生じるとされます」 "超真面目が評価された！？ 原子時計に選ばれた元素 セシウム(Cs)" https://www.kojundo.blog/life/1086/
- QCD2001
- ベストアンサー率59% (342/575)
＞月面では電子は約６分の１に軽くなる 質量と重量とを混同しています。月面では重量は軽くなりますが、質量は変わりません。従って、クーロン力による電子の動きは軽快にはなりません。 物体を持ち上げて、落ちないように支えるのに必要な力が重量です。 物体を投げて、どのくらいのスピードで投げることができるか。そのスピードの増やしにくさが質量です。同じ大きさの力を加えたときに、どのくらいのスピードが変化しにくいかが質量です。 たとえば野球のボールを秤の上に載せて重さをはかった場合、月面で測ると、地球上で測った数値の1/6になります。これが重量です。 しかし、ピッチャーが時速100kmのスピードで投げるときに必要な力は、地球上でも月面でも変わりません。ですから、100kmのピッチャーが月面でボールを投げても600kmにはならず、100kmのままです。 これは質量が変わらないからです。 子供のころ見たSFの人形劇で、宇宙ステーションを作るという話がありました。その話の中で「宇宙空間は無重力なので、地球上では重くて動かせないようなものも、軽々と動かすことができる。」と言って、巨大な鉄の塊をポンと動かしているシーンがありました。これはウソです。質量が変わらないので、地球上で重くて動かせないものは、宇宙空間でも重くて動かせません。 さて、原子時計ですが、 原子時計は原子核の振動を使った時計ではありません。原子核は一定周期の振動はしていません。ですから、原子核の振動を応用した時計は作れません。 頭の中で妄想しないで、ネットで原子時計を検索してみてください。「原子核の振動を利用する」なんてことはどこにも記載されていません。もし書いてあるサイトがあったとしたら、それは質問者さんと同じように、「原子時計」という名前の字面だけを見て、勝手に妄想して書いたサイトです。 名前の字面だけを見て、よく調べないで勘違いをして妄想する人がしばしば見受けられます。質問者さんにもそのような傾向が見受けられます。 「昔のアマチュア無線の友人がダイポールアンテナの長さにこだわっていた」 というだけで、「ダイポールアンテナ（双極子アンテナ）」という名称の字面から「電気双極子も電磁波を放出するに違いない」という勘違いをして、「原子の中の原子核と電子とが電気双極子になって電磁波を発生するに違いない」という妄想をしているわけです。 何でもかんでもクーロン力や電気双極子に結び付けようとするのはおやめになった方が良いと思います。 勘違いがさらなる妄想を生み、余計に理解から離れて行ってしまっています。
お礼
野球ボールを水平に投げる場合は、位置エネルギーの変化がなく、地面でも月面でも同じスピードなのですね。鋭いご指摘を感謝します。 野球ボールを投げ上げる場合は、地面でも月面でも初速は同じなのに最高到達点が違うかもしれません。私でも月面なら10メートル位なら投げ上げられるかもです。 アポロ宇宙飛行士による有名な月面歩行ムーンウォークのビデオを観ますと、出発直前に地面を歩く時より軽快にぴょんぴょん跳ぶ感じだったので、月面での電子の動きも同様だろうとは思います。 私は双極性障害（躁うつ病）を持っているので電気双極子に親しみを感じるという理屈で、ご勘弁下さればうれしく思います。
補足
照射される電磁波の波長と強度が一定な場合に、原子の振動と放出する電磁波スペクトラムが一定な訳ですね。重要なご指摘に感謝します。電磁波同様、受け取る重力波の波長と強度が一定な場合に、原子の振動とスペクトルが一定なのでしょう。地面と月面で重力波の強度が異なるので、原子の振動やスペクトラムも異なってしまうのですね。 私は五十肩で時速100キロは無理そうです。回答者様は強肩そうですね。物理も野球も、私のレベルを上げてくれるキャッチボールをありがとうございます。
- 濡れ猫のミコ（@nurenekonomiko）
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- Nakay702
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＞地球上よりも月面では時間の進みが速いそうです。原子時計の振動が速くなるからだろうと思います。原子時計がより速く進む理由は、原子核の周りの軌道電子の動きがより速く、軌道電子と陽子とのクーロン引力の働きで原子核の振動もより速くなるからだろうと思います。 時空の歪み無しの説明では、月面では電子は約６分の１に軽くなるのに電荷は不変なので、クーロン力による電子の動きがより軽快になり、原子核の振動も速くなるのですか。 ⇒考え方の方向が違うように思います。 この場面では「クーロン引力」は関係なく、「ローレンツ収縮」との関係で起こる現象だと思います。つまり、月は約900 m/s の速度で地球の周りを公転していますので、それに応じて進行方向の長さが縮んで, ŕ＝√(1－v²/c²) となりますが、時間もこれと同じ比率で縮む（＝進みが速くなる）わけですね。 なお、地球は太陽の周りを約30 km/s で公転し、その太陽は天の川銀河中心の周りを約200 km/s で公転してるとされますが、この際このことは無視してよいかと思います。なぜらら、それは地球にとっても、月にとってもほとんど同じ影響だからです。ですから、ことこの問題に関する限り、地球を「定点」とみなしてもよい、ということになるわけですね。
お礼
「ローレンツ収縮」ですか…。高度な物理ですね。 地球から発射されるロケット内では原子時計が遅くなり、地球に帰還するロケット内では原子時計が速くなる…。時空の歪みとも説明できますが、周囲からの電磁波と重力波の影響を受ける原子時計は絶対的時間の基準ではないとも説明できそうです。非物質の体を持つ神様の体内時計が絶対的に正確なのでしょう。 科学者ではない私の日常生活では、原子時計の正確さで十分過ぎにありがたいです。 感謝。
お礼
「あなたは空腹の私に食べ物をくれました」「私には親切をした覚えはありませんが、いつでしたか？」、愛情深く謙虚なイエスキリストの弟子みたいで、回答者様は神の王国を受け継ぐ良いご性質をお持ちと思います。（マタイ25章） 原子が吸収ないし放出する電磁波のスペクトラムは、原子内の陽子と電子の動きで決定されるので、原子核の振動数が関係しそうですよね。原子内の陽子と電子の動きは、外部からの電磁波と重力波に影響されますよね。私自身の空想ないし妄想なので、引用できる文献はありません。 ２つの月が浮かんでいる小説の一部を荻窪の本屋で立ち読みした後に、潮の満ち引きがどうなるか興味を持ちました。海の水分子と月のガラス分子が引き合っている、より厳密には質量を持つ素粒子同士が引き合っている、質量を持つとは重力波を放出ないし吸収ないし反応 するという意味だろうと思いました。こちらも私自身の空想ないし妄想なので、引用できる文献はありません。 NASAの重力波検出についてのニュースは、私のような科学の初心者に分かりやすいように、功績をやや簡素化した発表なのでしょう。謝謝。ナマステ。カミハアミダ。グラーシアス。ダンケシャン。 私のような日本語の下手な科学の初心者にではなく、「質問する」のボタンを押して大勢に質問される方が、迅速に正確に解答を入手できると思います。