「重力とは何か」 大栗博司 2012年 幻冬舎新書
やっと？相対性理論の歴史的意義を認めようという気になって、再々読です。以下は再読して気になったところの引用と要約です。
■ はじめに
振り子の往復にかかる時間が、重さや振れ幅と関係なく、紐の長さだけで決まること（振り子の等時性）に、ガリレオ･ガリレイは気づきます。「調和振動」は、多くの物理現象を説明します。
■ 重力の七不思議
・重力は力である
ニュートンは物体に働く「力」を定義しました。物体の運動を変えるものは全て力です。
・重力は弱い
電磁気力が無ければ物質はまとまっていられません。電磁気力があるから、椅子に座れます。
・重力は離れていても働く
磁力への理解が進むにつれて、重力の遠隔作用も信じられるようになりました。
・重力は全てのものに等しく働く
質量とは、物質の「動かしにくさ」。「動かしにくい」物体の方が、引力は強い。質量と引力が相殺されているから、摩擦などがなければ、軽いものと思いものは同時に落ちます。質量と重力は一致します。
・重力は幻想である
電磁気力は遮ることができます。重力は遮ることはできません。
重力は消すことができます。増やすこともできます。「見かけ上の重力」が変化したのではなく、実際に重力の強さが変わっています。
・重力はちょうどいい
宇宙が星や銀河を作り、生命体を生み出すことができたのは、重力が丁度よい強さだったからです。
・重力の理論は完成していない
重力は世界の成り立ちを理解する鍵を握っています。
■ 伸び縮みする時間と空間
古代ギリシャ人は、場所によって北極星の高さが違うことから、地球が球形である推測していました。
10億メートルの範囲の現象は、ニュートン重力理論で説明できます。エネルギー保存の法則と質量保存の法則が成り立ちます。10億×10億メートルの世界になると、アインシュタインの理論が必要でした。10億分の一メートルの世界は量子力学です。
電磁波には、「速度の合成則」が当てはまりません。時間の流れは観測者によって変化します。絶対時間は存在しません。［速さ＝距離÷時間］ですから、空間も変化します。
■ 重力はなぜ生じるのか
フラットランド上に円を描くと中心角は360°です。その中心点に物体を置くと中心角の角度は欠けます。平面の曲がり具合は、図形の角度を調べればわかります。
アインシュタイン方程式は、欠損角と質量の関係を明らかにするものでした。
ニュートン以来の論理を逆転させて、「重さと質量が等しい」から「落下中は重力を感じない」ことを説明するのではなく、「落下中は重力が消え、力が働かない」から「重さと質量が等しい」ことを説明しようとしたのです。加速運動で生じる見かけの力と重力を同じものであるとしたのです（等価原理）。重力とは、加速度があるということと同じです。重力についてそれ以上説明することはありません。
加速度や遠心力によって生じる引力は、「みかけの重力」ではなく、「重力そのもの」です。遠心力は余剰角を引き起こします。重力とは、時間や空間の変化のことです。離れたものの間の重力を伝えるものが時間や空間の歪みです。
銀河団全体の光の量から計算した質量よりも、運動から計算した質量の方がはるかに大きいことから、目に見えない重力源＝暗黒物質があると考えられました。
重力波は電磁波と似たようなものです。
■ ブラックホールと宇宙に始まり
光さえ逃れられないほど重い星があることは、ニュートン理論からも予想されていました。ブラックホールの大きさについては、ニュートン理論とアインシュタイン理論は同じ答えを与えます。
脱出速度は、その星の質量と半径によって決まります。地球の脱出速度は、秒速11�辧�
一様でない重力による効果を「潮汐力」と呼びます。潮汐力が無限大になるとアインシュタイン理論は破綻します（時空の特異点）。
どこから見ても、ほかの銀河は自分から遠ざかっているように見えます。中心はありません。宇宙が超高速で膨張することはアインシュタインの理論と矛盾しません。
宇宙の膨張速度は、何らかのエネルギー＝暗黒エネルギーによって加速されています。
宇宙全体の構造はわかっていませんが、無限空間だとしても、そこにある二点間の距離を広げることはできます。
宇宙が一様かつ等方と考えるのは不自然です。
■ 猫は生きているのか死んでいるのか
光電効果。波長が短ければ光の粒のエネルギーが高く、その粒に当たった電子は飛び出します。波長をそのままにして、光の強さを変えると、光の粒の数は変わりますが、一粒一粒のエネルギーは同じ。飛び出してくる電子一つのエネルギーも同じで、数が増減するだけです（光量子仮説）。
コペンハーゲンのニールス･ボーア研究所に集まった、ハイゼンベルク、パウリ、ディラック。
「量子力学がわかっているなんて奴にあったら、そいつは嘘をついている」リチャード･ファインマン。
ファインマンの計算方法は、考えられる経路を全て足すことから「経路和」と呼ばれています。
波長の観測には距離＝時間が必要です。位置に幅がでてきます。位置を正確に決めた場合、波長はわかりません。エネルギーを測定しよとすると時間が不確定になり、時間を正確に決めればエネルギーが不確定になります。
ハイゼンベルクの不確定性原理は、測定精度の限界に関する主張です。上記の不確定性とは違います。
マイナスの電荷を持つ粒子が過去に向かうということは、プラスの電荷を持つ粒子が未来に向かうことと同じです。電子の反粒子が陽電位です。
粒子と反粒子の対生成と対消滅。
ボーア研究所から帰朝した仁科芳雄から薫陶を受けた湯川秀樹、朝永振一郎、南部陽一郎、益川俊英、小林誠。
■ 宇宙玉ねぎの芯に迫る
新しい「不確定性原理」：波には広がりがあり、波長と位置を同時に決めることはできません。波には正確な位置がない。測れないものは「無い」のです。
量子力学と一般相対論を融合する理論が「調弦理論」です。南部陽一郎は、素粒子を、点ではなく、弦だと考えました。南部の提案した弦理論はボソンしか扱えませんでした。「超対称性」を導入すると、フェルミオンも含めることができました。
米谷民明は、超弦理論の中に重力子を見出しました。
超弦理論は10次元である必要があります。六つの余剰次元は小さな空間に丸め込まれていて見えない、とします。
電磁気理論も一般相対論も、空間の次元数は決められていません。
パリティは左右対称性。弱い力の関わる現象ではパリティ対称性は破れます。自然界は左右を区別します。
トポロジー(位相幾何学)の手法による「トポロジカルな弦理論」で、超弦理論の計算ができるようになりました。
■ ブラックホールに投げ込まれた本の運命
空間はどちらにも向かていけますが、時間は後戻りできません。エネルギーは「時間方向の運動量」のようなものです。運動量は［質量×速度］。正負どちらも取れます。エネルギーは常に「正」でなければいけません。
平坦な空間の中では、粒子のエネルギーは正の値をとります。ブラックホールの中に落ちた粒子は負のエネルギーを持つことができます。残された粒子は、正のエネルギーを持ったまま飛び去ることができます。
宇宙マイクロ波背景放射の計測は、佐藤=グースのインフレーション理論を裏付けるものになりました。
可能な状態の数はエネルギーを上げると増えます。エネルギーが高いほど粒子の動きが活発になるからです。エネルギーを増やしたときに可能な状態の数がどのくらい増えるかで「温度」が定義されます。
次元の数を表す整数の膜(ブレーン)を、「Ｄ-ブレーン」と呼びます。事象の地平線をまたぐ「閉じた弦」は、両端のある「開いた弦」に見えます。
物理学では、物の状態を表すのに「自由度」を用います。粒子の自由度は、粒子の位置です。
ある次元の空間で重力現象は、その空間の果てに設置されたスクリーンに投影されたものとして理解することができる（重力のホログラム原理）。空間も重力も「幻想」だと言えます。
一般相対性理論と量子力学の矛盾を解決しようとした結果、相対論が変更されることになりました。
■ この世界の最も奥深い真実
私たちの宇宙は、三次元方向にはほとんど平坦であることが分かっています。宇宙の膨張のエネルギーと物質のエネルギーがつりあっているからです。
