力（ちから）の統一の話題でなぜ重力の話になるのか

質問

物理素人です。
重力だけが弱いらしいですね。

電磁力の方が強いとか。

そもそも　そうした力を統一的に説明しようとするのはなぜなのですか？　バラバラで存在していてもいいのでは？

回答No.4

satoumasaru · ベストアンサー

あけましておめでとうございます。

私たちが実際に見たり感じたりする物理的な力というのは、重力と電磁力ですね。しかしミクロ的には「強い力（原子核をまとめている力）」と「弱い力（中性子などが崩壊するときの力）」というのがあります。ですので物理学的な力というのは４つあることになります。

重力がいかに弱いか、ということを少し考えてみましょう。

この力の大きさというのはずいぶん違っていて、電磁力が１とすれば強い力は１０の６乗、弱い力は０．００１倍、重力に至っては１０の－３６乗となります。強い力と弱い力の差もすごいですが、重力は桁違いに弱いですね。

マクロに現れる電磁力と重力の強さについても少し考えてみてください。１０グラム程度の磁石を上から釘に近づけると、たちまち釘が磁石にくっつきますよね。磁力というのは電磁力の力の現れのひとつです。ですから、これは電磁力が重力よりも強いということの現れです。考えてみてください。この地球という私たちの感覚でいえばべらぼうなおおきさのものが作り出す重力ですら、たった１０グラムの磁石が作り出す力にかなわないわけです。ですからいかに重力というものが弱いかということをご理解いただけると思います。

つぎに何故ひとつにまとめようとしているのかを考えてみましょう。

物理学は法則をなるべく単純化しようとした歴史でした。ニュートンが現れるまでは、地上の法則と天の法則は全く別のものだと考えられてきました。月が地球をまわる現象、林檎が木から落ちる現象。普通で考えれば全く別の現象です。しかしこれは現在では万有引力の法則というひとつの法則で説明ができます。電気力も磁力も以前は全く別のものだと思われていましたが、いまではマクスウェルの方程式により統一的に説明ができます。

最初に申し上げたように、自然には強い力、弱い力、電磁力、重力の４つの力があります。最初は別々の理論だったのですが、現在は弱い力と電磁力は電弱統一理論というひとつの理論で説明することができるようになりました。現在は強い力、弱い力、電磁力をひとつにまとめようとする大統一理論の研究が進められています。かなりのところまで進められていますが、現在この大統一理論が予言する現象（陽子の崩壊など）がまだ確認されていません。

この３つの力に比べれば、重力というのはあまりにも弱いこと、重力そのもののが量子論のなかにうまく組み入れることができないことから、重力を含めた統一理論というのはかなり難航しています。超弦理論など全く別の立場から重力を含めた４つの理論を統一しようという試みもありますが、まだまだ難しいようですね。これらができればノーベル賞は確実なんですけれどもね。

ご質問に対する答えで言えば、物理学的世界では多くの法則がバラバラに動くのではなく、少ない法則で説明できる方が美しいのですね。

お礼

ありがとう。

しかし、美しさは学者さんにとっては感動物ですが、感動する心があってこそのものなので。

何かしらの便益があるのでしょうか。

重力ってそもそも　そんなもの無い宇宙もありかもしれない。
重力があると、宇宙のあるところが濃い部分で　残りは薄い部分ができてしまう。

そもそもお互いに引き寄せあうということが起きている目的（目的はないかもしれない）と、その背景は何でしょうね？

回答No.5

sekisei

こんにちは。

４つの力を統一することは単に足し合わせるような意味ではないものがあります。
４つそれぞれの力の理論は極限の環境下では実測からずれてしまいます。
つまり今の理論は厳密には正しくなく漸近的なものとなります。

それに対応しどんな環境下であっても正しく厳密に現実を表すために統一した理論が研究されています。

極限とはつまり宇宙が誕生する瞬間やブラックホールのような極めて極端な条件の現象です。

統一することで初めて宇宙の誕生の瞬間を理解できるようになります。

回答No.3

zxcvbnm99

>そうした力を統一的に説明しようとするのはなぜなのですか？

それが目的だからです。
物理学の究極な目標は「この世(全宇宙)の事象をなるべく少ない理論で書き表すこと」です。
物理学の４つの力（重力，電磁気力，強い力，弱い力）を統一した理論で表せれば，突き詰めれば4つの力が分離する以前の，宇宙の始まり(にごく近い状態)を記述できることになります。

まあ，「なぜそんなことを説明しなければならないか？」と聞かれると困ってしまいますが…

お礼

私が初学者なばかりにお手数かけます。

いえ、統一しなくても、４つバラバラの状態であるとすることでも、この複雑な宇宙を記述できるのではということです。

たぶん言葉の問題でしょうか。
統一的な力が何かを模索されているのかな。
あるいは、４つを筋道を立てて関連させて説明しようとすることなのか。

回答No.2

sanori

こんにちは。

＞＞＞そもそも　そうした力を統一的に説明しようとするのはなぜなのですか？　バラバラで存在していてもいいのでは？

そのとおりです。
重力と電磁気力は種類の違う力で、その力を媒介する粒子は違います。
（重力はグラビトン、電磁気力はフォトン）

たとえて言うのなら、
「この人は、身長より体重のほうが大きい。」
「このテレビは、画面の大きさより色のほうが強い。」
ということがおかしいこと同じですね。

しかし、たしかに、重力と電磁気力を比較したとき「電磁気力のほうが強い」というのは、よく言われることです。
なぜかと言えば、
ある１個の粒子や物体が質量だけでなく電荷も持っているとき、
質量に対して働く重力、電荷に対して働くクーロン力を比較したとき、後者の方が大きいケースが多いからです。

（１ページ目を参照）
http://homepage2.nifty.com/michikakushu/daido/08basic2/08basic2_0922.pdf

（１．１．３式と１．１．４式の間にある文章を参照）
http://www.px.tsukuba.ac.jp/home/ecm/onoda/butsurib1/node3.html

以上、ご参考になりましたら。

お礼

比較の目的は何ですか？

回答No.1

ozunu

そのほうが「座り」がいいからです。

お礼

何の側面から見て座りが良いのか？