キャベンディッシュの実験はまちがい？

質問

質量が重力を生むという証明は18世紀末にイギリス人キャベンディッシュが行った実験が根拠になっています。大きな鉛の玉と小さな鉛の玉が引き合う力をねじり天秤で計りました。しかしこの実験では、地球磁場の影響を考慮していなかったのです。鉛は19世紀中ごろに、反磁性体であることがわかりました。弱い地球磁場で反磁性体の鉛は、磁化されます。重力よりはるかに強い力である電磁気力が、キャベンディッシュの実験には介在していました。この実験は現在でも追試が行われていますが、誤差の大きいことでも知られています。鉛の玉の置かれた方角がまちまちであれば、計測地にばらつきが出るのは当然です。磁化される方向が異なるからです。

キャベンディッシュの実験が反磁性体の挙動を重力とまちがって計測していたのであれば、質量が重力を生むのも間違っていることになります。アインシュタインも間違っていたわけです。ファラデーはキャベンディッシュの実験があったにもかかわらず、重力は電磁気力であると信じて、終生、その証明を実験で行おうと試みていたといいます。私たちは、ファラデーまで戻り、重力の原因を探るべきだと思いませんか？

回答No.5

ddtddtddt

#2です。

＞http://naturalscience.world.coocan.jp/denisov-book-japan.pdf

を読みました。全部理解できたとは言いませんが、以下は参考意見です。

　まずデニソフさんの出発点は、相対性原理と物理法則の不変性は別物だという点にある。ここで相対性原理は通常とは違って、絶対運動は観測不能の意味に使われている。

　普通は、運動の相対性を物理法則の不変性に関連付けたところが特殊相対論の物理的意義であり、その事を相対性原理と言うので最初は戸惑いましたが、それは物理的意味をどう判断するかの問題であり、その点を受け入れれば以降の議論は筋が通っていると思いました。十分に良く考えられたもの、という印象を受けました。

　で相対性原理に対する物理的意味が違うので、物理法則の不変性というのは現実とは合わない数学的フィクションだとなり、そのために同時性の定義や長さの定義の再検討に進む。この点はアインシュタインも意識していたところで、数学的フィクションにならないために、相対性原理に対する別の意味付けのもとに、同時性の定義や長さの定義を行った。

　この部分はアインシュタインにならった、もしくは論破するために行ったと思いますが、まっとうな立論だと思いました（というか、この部分が要）。

　で結論としては、後書きにあるように（抜粋）、

「電気力学の実験における相対論的効果、あるいは古典力学からの逸脱は、相互作用する電荷の高速相対運動時における速度と位置に関する情報の歪曲にあり、すべての原因は、電磁波伝播速度の有限性による情報の遅れに起因する」

ことになって、重力の原因も電磁相互作用による見かけ上の力になる。

　・・・あるいはそうなのかも知れない。実験事実や観測事実があれば。数学的フィクションでない事を検証できれば。この点において後発理論というのは、常に不利なんですよ。

　恐らく上記の運動反映理論（情報場による創発的重力）は、現在の重力理論とあまり変わらない結果を出せるのだと思う。しかしそれだけでは駄目で、それ以上の事をしなければ、一般には認められない。中に書いてあるように、常にオッカムの剃刀が働くからです。

　その点について言うと、突然素粒子と宇宙モデルをごっちゃにしたような予想を述べたり、UFOやツングース隕石の話を持ち出すのは、いかにも場当たり的に見えた。また検証実験として「重力の電気的本性の発見に関する直接的な実験的裏づけ」の項があるが、目的は違うが同じ結果を求めたEMドライブ実験によれば、まだ確定的結果は得られてないはずです。
　ちなみにEMドライブは、量子論＋特殊相対論のカシミール効果に基づくもので、現状では反重力かはちょっと疑問です。

　個人的には、次の4つの点が気になる。「重力レンズ効果」「ウラシマ効果」「量子化」「ゲージ対称性」。

　光は光と相互作用しない事がわかってるので（電磁気学は否定してないので）、重力を電磁場で説明した時、重力による光の曲がり「重力レンズ（観測事実）」は説明できるのか？。重力レンズに見えるだけなのかも知れないが、とにかくそう見える現象はある。

　「ウラシマ効果」については、短命な粒子の寿命の伸びやGPSによる時刻補正はもちろん証拠にならない。これらは運動反映理論でも説明できるはずだ。問題は例えば、一光速の宇宙船で（←現状では無理だけど(^^;)）100光年先の星に着陸した時、乗員は歳とってないが星では100年経ってるかどうか？。
　というのは、こう書いてあるからです（抜粋）。

　電荷に対して静止する観測者(1)に静電場しか働かない時に、運動する観測者(2)には電場と磁場が見える。しかしいくら電荷の周囲で(2)が動こうと、(1)の計器の表示が変わる訳がない。だから(2)の結果は、情報の遅れによる見せかけである。

　普通の相対論ではそうはならない。例えば(1)から(1)の計器の結果を信号として(2)へ送れる。到達は遅れるかも知れないが、そこには静電場の結果しかない。と同時に(2)では電場と磁場を本当に測定できる（電磁気学を認めれば）。情報の遅れによって、信号の内容まで変わる事はない。だからどちらも本当だと。(1)と(2)は違う時空にいると考えられる。そうでないとすると、さっき言ったようなウラシマ効果は起こらない気がする。

　重力の「量子化」は現状でほとんど目途が立っていない。電磁力の量子化は済んでいるから、重力を電磁力で説明可能なら、この方向で解決可能かも知れない。しかしこれはやって見せなければ、誰も注目しない。

　物理法則の不変性がフィクションでないとすると、それを拡張した「ゲージ対称性」が出てくる。ゲージ対称性は、現行の素粒子の標準模型を導く。素粒子の標準模型は、ダークマターとダークエネルギーを除く既知の全ての素粒子を説明する統一理論で、決定的検証と考えられていたヒッグス粒子がこの前発見された。標準模型が不完全なのは間違いないが、その基礎仮定である「ゲージ対称性」、すなわち物理法則の不変性がフィクションでない事は、けっこう譲れない点なんですよ。

　参考文献をあげます。普通の（あえて普通と言いますが）物理学者も、利権ばっかりで動いてる訳じゃありません、という本です。彼らも、常に疑っているんです。

［迷走する物理学，リー・スモーリン，ランダムハウス講談社，2007年］
目次抜粋：
(1-2)美しいとされること
　美しい理論の功罪。
(1-3)幾何学的構造としての世界
　電磁力から重力を導く事、または重力から電磁力を導く試み。
(1-4)統一が科学になる
　ゲージ対称性の周辺。
(3-13)現実世界の意外な事実
　背景輻射のアノマリー，加速膨張・ダークマター・ダークエネルギー，MOND，特殊相対論の破れなど。
(3-14)アインシュタイン上の楼閣
(3-15)ストリング理論以後の物理学
　現在では創発的重力どころか、創発的時空構造という話になってるみたいです。
(4全般)
　なんでストリングばっかりなんだ？（利権の話）。

　余談ですが、自分も反重力とかの話は大好物でしてね(^^)。日本には清家新一さんという方がいらっしゃいましたが、「超相対性理論とUFO研究」をやっておられました。「超相対性理論」も読みましたよ。それも本気で。

補足

デニソフの論文で重要な点は、実験して重くなったということです。私はこの論文を全部理解したとは思えませんが、相対性理論の部分は、ただ「おかしいよね」と言ってるだけに感じました。後半の実験が先で、前半は理由付けのような気がしました。Lei Zhangの「The van der Waals force and gravitational force in matter」も電磁気力が重力であるという論文ですが、どうも、これらを読むと、宇宙空間と大気中では重力の原因が異なるのではないかと思えます。

回答No.4

masaban

masabanです。
設問の主張のように、重力の起源は原理を疑うべきです。キャベンディッシュの実験にミスもあるでしょう。
　設問者の着眼点や学問への姿勢を優秀と考えリスペクトします。

　ところで２体重心間を結ぶ線分の距離の自乗の逆比に比例するとされる万有引力ですが、太陽圏外では一乗の逆比になってしまうとパイオニア探査機で実測されたそうです。銀河の回転運動でもダークマターなしに一乗の逆比が成り立つそうです。このような重力の働きについて、ある学者は修正を図ったそうです。
　ウィキペディアに修正ニュートン力学（英: modified Newtonian dynamics、略称 MOND）という記事がありました。「1983年にイスラエルの物理学者モルデハイ・ミルグロムはこの銀河回転問題に対しまったく別の大胆な有効理論を提出した[1]。 ・・太陽系のスケールのように距離が比較的近い場合には重力が万有引力の法則と同様に距離の逆二乗に比例した力を及ぼすが、恒星間など距離が大きくなるとその実質的効果が距離の逆一乗（反比例）に漸近すると考える。 すなわち、遠距離では重力による影響はニュートン力学で与えられるものよりも相対的にずっと大きなものとなる。 距離に反比例する加速度は銀河の回転速度をごく自然に説明し、これによって暗黒物質を仮定する必要はなくなる。」そうです。
　でも修正ニュートン力学MONDは原理というよりも場当たり的な立場の実験式です。
　ですから今後は全く新しい大胆な構想で万有引力の原理を提案してよさそうです。
　わたしは最小作用の原理の解のひとつが万有引力であると考えます。その解空間に万有引力以外の関数も存在しています。
　どうやらフラクタル階層的な構造を持つ共鳴が、身の回りにも宇宙にも、存在していることから、私は最小作用の原理にしても、万有引力の法則にしても宇宙の共鳴から生まれた特性であると考えます。
　最小作用の原理の中の停留点は、その共鳴点そのものである疑いがあります。
　フラクタル形状は結晶がその事例です。宇宙の公転の階層性と原子模型の電子の公転にもフラクタル形状が見えます。
　人類は素の解明を進め、分子や原子核を見つけ、結晶や公転のフラクタル相似性に気が付き、科学はフラクタルの発見に辿りついています。
　でも素がなくても、岩石の節理は結晶を思わせます。
　節理にはフラクタル形状が現れています。しかし節理には分子がありません。
　でも節理には共鳴の特徴が表れているように見えます。
　このような手がかりから、わたしは従来の科学のような元素、素にこだわるよりも、宇宙に存在する共鳴を観察すべき段階に時代が来たように思います。
　かつてケプラーは宇宙に和音という共鳴があると考え、太陽系にプラトン立体の入れ子構造を取り入れました。この幾何学は結構成功しているわけです。部分的に失敗だという議論もありますが、私は当時の科学力の範囲で成功と評価しています。
　現在、宇宙の背景放射のデータから、スペクトル分布をモーダル解析と突き合わせると、正１２面体の構造から発生する振動数に一致するそうです。
　そのことから宇宙は正十二面体の形状の楽器の共鳴から、万物が構成されているとわかります。そして宇宙は正十二面体でタイルのように隙間なく埋め尽くされているらしいのです。

　このような推理を総合すれば、最小作用の原理は大統一理論の母体になる数式と考えられます。
　たとえば最小作用の原理を満たす量子力学では空洞放射、黒体放射のプランクの方程式に、炉の形状に無関係な宇宙の幾何学から発生した共鳴の姿が垣間見えます。
　黒体放射の炉には実際の形状として、球体も立方格子も存在しないのに、炉のどこかを原点と仮想し、原点を同心に球殻と立方格子の共鳴器としての働きが放射を発生させたかのように数式を通して観察することができます。
　最小作用の原理の数式は変数に対して平等で変数間に上下貴賤の差はありません。したがって、解空間をつくる汎関数の働きは、次元や時間に対して交換可能と考えるべきです。
　したがって汎関数をみたす解空間はどれもが、重力の作用として表れてもおかしくないのです。反比例であろうと、二乗の反比例だろうと、円錐曲線であろうと、その他の可能性もあるのです。
　最小作用の原理を電子の運動も満たすのですから、当然に重力が電気磁気学の関係式で表現できることもありえます。
　たとえばグロー放電陽光柱ダストプラズマ装置で、空中に結晶状の粒子が重力に逆らって浮遊する現象はその意味で興味を引きます。クーロン結晶という現象もそうです。
　人間が引力を制御するようになるとは考えませんが、私は自然現象のミステリーサークル(crop　circle)の周囲で浮遊する物体に重力の異常が起きているように予測しています。

補足

日本でも反重力に関心のある人がいて安心しました。おそらく重力は、ファンデルワールス力の遠隔作用ではないかと思っています。引力だけで、惑星の公転が釣り合っているとすれば、それはきわめて不安定な運動です。少しでも公転速度が変化すれば、地球は太陽に落下するか、太陽系の外へ吹っ飛んでいきます。

ファンデルワールス力なら、引力と同時に斤力が働くので、一定の距離を保った運動が可能になります。

https://arxiv.org/abs/1303.3579

ご指摘のように重力はプラズマ、電荷に依存した力だと思います。

回答No.3

masaban

Q>重力の原因を探るべきだと思いませんか？

A>探るべきです。物理と数学は誤謬の無いことが大事です。常に土台や基礎に間違いがないか疑う姿勢が大事です。したがって設問者のご意見に大賛成です。

Q>キャベンディッシュの実験はまちがい？

　A>実験地の誤差に磁力の影響が介在していたなら、確かに間違いでしょう。
一方で、２体重心間の距離の二乗に反比例の万有引力が我々の身近な世界で働くのも確かです。

でも面白い話が専門誌の端にありました。先月の日本物理学会誌の端っこだったかもしれません。最近見たのです。太陽系外に探査に出た人工衛星が、距離の反比例の力を受けているという観測結果がありました。WEBを検索してもまだ記事がありませんね。
　二乗に反比例の引力は宇宙の中でローカルな現象で、どうやら宇宙の法則ではないうたがいがでてきたのです。

　話は少し変わりますが、引力が距離をパラメータにするなら、重力波が検知されるとき、ある向きの線分の長さが重力の大きさに比例して伸び縮みすることになります。その線分の向きは果たして重力波を発生した２体において、それらの重心を結ぶ線のむきでしょうか。伸びの向きは線上または平行でしょうか。それともあらゆる向きに伸縮が発生するでしょうか。答えはありませんね。
　また重力波があるとしたら、伝搬速度が有限速度であるはずです。もし無限大の伝搬速度なら、常に一定値の万有引力がどの宇宙空間でも同じ向きの同じ大きさのベクトルとして得られるはずです。その時には重力波は作れないでしょう。

　または、もし重力波が有限速度の伝搬速度なら惑星の公転軌道において、楕円を描くべき方向の求心力と向きに遅れ、求心力の大きさも必要分より不足して、野球のピッチャーでいえば暴投ということになってしまい、公転軌道は楕円を描けないでしょう。常に遅れるので軌道はむしろ等角螺旋となるべきでしょう。
　それを楕円軌道に収める現象がわれわれの宇宙に働いていると疑うべきでしょう。
　疑いを知らぬようでは物理学徒とは言えません。答えを知っているつもりなら、洗脳されているのか、唱えているご託宣は呪術師の呪文にすぎないと反省すべきです。

補足

おっしゃるように最近は、重力が遠隔作用か近接作用かという議論さえ聞かなくなりました。惑星や銀河の運動は、重力が近接作用では、たいへんおかしなことになります。
反面、重力に関する異常は、パイオニア・アノマリーをはじめとして、日食時の異常、海溝での異常など多数指摘されています。
最近読んだ論文では、重力がヴァンデルワールス力の一種ではないかという指摘がありました。中国人が書いた論文です。またロシアではすでに重力を電磁気力として捉え、反重力の研究も行われているそうです。EMドライブは反重力の変形です。

http://naturalscience.world.coocan.jp/denisov-book-japan.pdf

基礎科学は利権ではなく合理性で判断しないと、日本は後進国になってしまうと思います。

回答No.2

ddtddtddt

#1です。

＞・・・あなたの反論も定量的ではありませんね。

　最初から定量的な話はしておりません。「まず調べて出すべきでしょう」は、ファラデーまで戻るべきと言うのならば、それの根拠となる文献なり記事なりご自分の計算結果なりを、まず最初に示すべきではないのですか？という事です。

　キャベンディッシュの実験の再検討が必要かも知れない事と（それは否定できません）、

＞すでに新しい重力理論が、私が把握しているだけで４つも提出されています。うち３つは、重力が電磁気力であるという主張です。

という事だけで現行の重力理論がおかしいと言うのは（自分にはそう読めます）、

＞自分の経験に反するから「思いません」といってるだけですね。

と大差ないと思いますよ。さらに言うと「経験事実の積み重ね」とは、個人的なの経験だけではありませんよ、もちろん。重力の原因が質量だとする全ての理論に対して行われた、実験と観測の過去の実績全てです。

　キャベンディッシュの実験と4つの重力理論だけから、過去の実績全てを無視するのは（もう一回言いますが、そう読めます）、合理的で科学的な態度なんですか？。

　それから把握してる重力理論が4つもあるなら、その名前や出典をここに出せば良いじゃないですか。新理論があるから、ただ信じろぉ～と言われても無理ですよ。これはもう、科学的であるとかないとかいう以前の話だと思いますが。

回答No.1

ddtddtddt

電磁力が重力より強い力である事は本当ですが、たとえそうであっても、地球磁場が非常に弱い事もわかっています。また反磁性体の磁化率が非常に低い事もわかっています。

　なのでまず、「電磁気力が、キャベンディッシュの実験には介在していた」と言うのであれば（介在していたのは間違いないと思う）、鉛の重りの重力と、磁化された鉛の重りの磁力の比率がどれほどなのかを、まず調べて出すべきでしょう。磁力が重力に比べて十分小さく誤差範囲なら、問題ない訳です。

「私たちは、ファラデーまで戻り、重力の原因を探るべきだと思いませんか？ 」と言うのであれば（自分は知りません）。

＞この実験は現在でも追試が行われていますが、誤差の大きいことでも知られています。

は事実です。

　事実ですが、現在の測定技術はとんでもないところまで来てますからね。またアマチュアの実験方法や手段も、当時より格段にスマートになりました。

　例えば標準的なCODATAによる重力定数の推奨値は、10^(-4)以下の相対誤差です。また重力定数の値自体から推定される、二つの1tの質量が1m離れた時の重力は、約7/1000gです。はっきり言って、この程度の小ささであれば、現在の測定技術では十分な精度で測定可能ですし、地球磁場による電磁力が混じっているなら、十分に分離可能と思えます。

　次にはっきり言いますが、

＞質量が重力を生むという証明は18世紀末にイギリス人キャベンディッシュが行った実験が根拠になっています。

は根拠になっていません。それは数ある傍証の一つに過ぎません。さらにはっきり言いますが、実験で何かを証明する事もできません。実験や観測で出来る事は、理論が反証されなかった事を確認する事だけです。

　なのでキャベンディッシュの実験だけが根拠ではないです。その他もろもろの、例えば質量が重力を発生すると仮定すれば惑星の運行を予想できるとか、探査宇宙船の軌道をほとんど間違いなく制御できるとか、そういう経験事実の積み重ねが、「質量が重力を発生する」事の根拠になっています。

　ファラデーは、重力も電磁力でないかと疑っていました。それは事実です。しかしそれは当時、電子も原子核も明確には知られておらず、電磁力の正体がほとんどわかっていなかったからです。そういう状況下では、同じ逆二乗則を満たす力として、重力も電磁力でないかと疑うのは当然の話です。たぶんファラデーだけではなかったはずです。

　結局は経験事実の積み重ねによって、現在のところは、重力と電磁力は別物であると考えるのが妥当であろう、となってます。もっとも未だ未検証の統一理論においては、重力も電磁力も弱い力も強い力も、ある根源的な力の派生物だという事になりますから、重力も電磁力も結局は同じなのかも知れません。ただしそこは、重力も電磁力もない世界です。

　そういう訳でとりあえずは、

＞私たちは、ファラデーまで戻り、重力の原因を探るべきだと思いませんか？

とは思いません。

補足

＞鉛の重りの重力と、磁化された鉛の重りの磁力の比率がどれほどなのかを、まず調べて出すべきでしょう。

という割には、あなたの反論も定量的ではありませんね。

＞結局は経験事実の積み重ねによって、現在のところは、重力と電磁力は別物であると考えるのが妥当であろう、

合理的でない反論は意味がありません。

すでに新しい重力理論が、私が把握しているだけで４つも提出されています。うち３つは、重力が電磁気力であるという主張です。あなたの書いてあることを要約すると、自分の経験に反するから「思いません」といってるだけですね。科学的でないので、残念なご意見として受け止めておきます。