宇宙では加速したときに重力がかかる？

質問

地球上では車をスタートから全速力で走らせると、シートに押し付けられるような感じがしますけど。
宇宙で静止状態から急に速度をあげると車と同じように後ろ向きに押し付けられるようなことはあるのでしょうか。
無重力だからそんなものはないのでしょうか。
文系を専攻しているので優しくご指南していただければ幸いです。

回答No.1

shun0914 · ベストアンサー

宇宙でも加速したときに力がかかります。

宇宙でも地球上でも同様に、前方に加速運動すると後方に押し付けられる力（これを慣性力と言います）を受けます。地球上で起きているこの現象は、地球の重力と無関係だからです。

この現象が地球の重力と関係があるなら、加速する方向、すなわち水平方向か垂直方向かで異なるはずです。しかし水平に加速しようが（通常の車のようなもの）、垂直に加速しようが（エレベータのようなもの）、加速する向きと反対の向きに慣性力を受けます。したがってこの慣性力は地球の重力と関係がないことが分かります。

さてそれではたとえばエレベータの中にいるとして、急に下向きに力を感じたらそれはどういうことでしょうか？　普通、上向きに加速し始めたため慣性力が生じたと考えますが、もしかすると地球の重力が急に大きくなったのかも知れません。少なくともこの二つの場合を区別することはできません。これを「等価原理」と言い、アインシュタインが一般性相対性理論を構築する際に原理（それ自体、証明できない自明の基礎事実）として仮定したものです。

したがって、質問者さんの目のつけどころ－加速による力と重力の関係－はアインシュタインと似ていたようです。100年ほど前にこれを念頭において理論を構築できたなら、質問者さんがアインシュタインになっていたかも知れませんね ：p)

「慣性（惰性）」とはニュートンが慣性の法則で明文化したものです。すなわち
「運動している物体は力を受けない限り動き続け（等速直線運動をする）、静止している物体は力を受けない限り静止し続ける。」
という実験事実がありますが、このような物体の運動変化のしやすさ（動きやすさ、止まりやすさ）を「慣性（惰性）」と呼びます。そしてこの慣性の元になっている物理量は物体の質量です。実験事実として慣性は質量に比例します（お相撲さんは動かしにくいが、子供は動かしやすい）。

一方、「重力」の元になっている物理量も物体の質量です。重力（重さ）、すなわちたとえば地球に引かれて下向きに働く力は質量に比例します（お相撲さんの体重は重く、子供の体重は軽い）。

「慣性」と「重力」の２つの独立した概念が、それぞれどちらも同じ「質量」と結びついているのは不思議なことです。これは自明ではなく、区別してそれぞれ「慣性質量」、「重力質量」と呼びます。ニュートンは「慣性質量」と「重力質量」は（適当に単位を揃えれば、理由は分からないが）完全に一致すると考えました。これが「等価原理」の始まりです。

しかし不思議であっても事実として成り立ちます。10kgの物体Aと１kgの物体Bが同じように落下するのはこの現われです。（AはBより10倍強い力で地球に引き付けられるが、同時に、AはBより10倍動きにくい。）ガリレオはピサの斜塔でこれを実験したと言われています（が真偽は定かではありません）。

アインシュタインはこのことが自然に理解できるように理論付けました（等価原理を仮定したのであって、証明したわけではありませんが）。このような仮定から得られた一般相対性理論のひとつの結論は「重力は空間のひずみである」ということです。

質問者さんの考えたことに関連して、「ニュートンのバケツ」「マッハ原理」で検索するといろいろ面白いことが分かりますよ♪

お礼

回答ありがとうございます。今一見したところ・・・難しい、物理ですね。でも、とりあえず、無重力下でも加速による力を受けるのか、という疑問は解決されたようです。もっとよく読んで調べてみようと思います。アポロ１３号が有人で世界一はやい速度（マッハ３３）を記録したのを見てふと疑問に思ったものです。詳しい解説ありがとうございました！

回答No.3

NAZ0001

アインシュタインは、相対性理論にて、「重力加速度」と「運動加速度」を区別しないとしました。
もちっと細かく書くと、「重量と質量は同じ」ということです。
重量は、重力に関わるパラメーターです。質量は、運動に関わるパラメーターです。物理的にまったく違うこの2つの数字は、慣習的に同じに扱われていますが。なぜ同じなのかは、アインシュタイン自身も知りませんでした。

質量がなぜ存在するのかについては、現在研究中の分野です。「ヒッグス場」で検索してみてください。

お礼

なんか難しいですね。高校のとき相対性理論を聞いたことがありますが、よく分かりませんでした。まだまだよく分からないことがあるのですね。ありがとうございました。

回答No.2

maxmixmax

私も文系ですが。

そのシートの話で言えば、
背中がシートに押し付けられているのではなく、
シートが背中を押している、という表現の方が
正しいのではないかと思います。

慣性の法則で、留まり続けようとしている自分を
急加速した車（のシート）が押しているのだと思います。

なので、宇宙でも同じ事が起こるのではないかと思います。

お礼

やっぱり宇宙でも加速による力を受けるのですね。疑問が解決しました。ありがとうございました。