月から地球まで・・・

質問

「伸びない縮まない曲がらない重くない棒」があると仮定します。それを地球から月まで渡したとして、地球側から押した場合、すぐに月側が押されるでしょうか。

回答No.8

kagakusuki

その様な棒が存在すると仮定した場合には、直ぐに月側が押されると思います。
　だからと言って、相対性理論が間違っているという事にはなりません。
　何故なら、「伸びない縮まない棒」というものは、理論的に存在する事が出来ない事が判明していますから、現実の宇宙においては、直ぐに月側が押される事も有り得ないからです。

　そもそも、棒の一端を押すと、何故反対側の端も動くのかを考えてみましょう。
　物質は原子によって構成されています。
　そして、原子は電子と原子核から成り立っています。
　棒の一端を押すと、押す力によって、押された部分に存在している原子の位置が変化して、その隣の部分に存在している原子との間隔が僅かに縮まります。
　力が加わる前の状態における原子同士の間隔が定まっている理由は、その間隔である事がエネルギー的に安定な状態であるためです。
　ですから、原子同士の間隔がエネルギー的に安定な間隔ではなくなれば、安定な状態に戻そうとする力が働きます。
　この力により、押された部分の隣にある原子の位置が変化すると、今度はそのまた隣の原子との間隔が縮まります。
　この様に、順繰りに原子の位置がずれて行く事により、棒全体の位置が変わるのです。
　この時、原子同士の間隔を一定に保とうとする力は、原子を構成している原子核や電子に働く、電磁力が元になっています。
　そして、電磁力とは電子や原子核の様に、電気を帯びた粒子同士が、キャッチボールの様に光子をやり取りする事によって発生する力なのです。
　ですから、剛体とは言っても、原子によって構成されている以上は、押す力が光速以上で伝わる事はない訳です。
　又、素粒子物理学に拠ると、力とは素粒子の交換によってのみ発生するものですから、例え原子によって構成されてはいない物体があったとしても、素粒子の速度は光速を上回る事はありませんから、やはり押す力が光速を上回る事はありません。
　この事は、一端を押した時に、変形しない物体、即ち完全剛体というものは、存在しない事を意味します。

回答No.7

Mokuzo100nenn

＃６です。補足・修正します。

「伸びない縮まない曲がらない重くない棒」が仮定されましたが、これは完全剛体です。
現実の世界に存在する物体（原子や素粒子で構成される）はすべからく弾性体ですが、仮定により物理の世界で議論できない完全剛体を考えなければなりません。

したがって、この質問にある棒は、数学上の線分と見做して幾何学の問題に還元されなければなりません。

幾何学の問題として回答したのが下記の＃６ですが、よくよく考えてみると、数学の線分は物理的な応力に耐えませんので、月側が押されるとか引っ張られるとかの議論ができないことになります。

上記の解釈にしたがって回答を修正させていだきますと「月は押されもしなければ引っ張られもしない」という事になります。

回答No.6

Mokuzo100nenn

月は楕円軌道を描いて地球を周回しているので、「伸びない縮まない曲がらない」棒では、月と地球をつなぎとめることができません。

したがって、少なくとも、地球-月間の距離が拡大する局面では、答えが「No」になるはずですね。
また、地球-月間の距離が縮小する局面では、なにもしなくても両側が押されているはずです。

回答No.5

雪中庵（@psytex）

基本的に、「棒」も原子の集まり（しかもほとんど空間のがらんどう）で、
その原子同士は、電磁相互作用でつながっているので、押した力は
玉突きのように順々にしか伝わりません。
その速度は固体中の音速（縦波）、せいぜいマッハ10～数十です。

ちなみに「すぐに押された」としても、すぐに押されては見えません。
月から光が届くのに１．２８光秒かかるので、遅れて見えます。
さらに、相対性理論において、原理的には瞬間作用である量子作用
が現象的には光として光速で表れるように、空間の性質として光速を
超えられないので、棒自身は変形しなくとも、月に力が伝わるのに
最速でもさらに１．２８秒プラスされます。

回答No.4

sanori

こんにちは。

その仮定のもとでは「すぐ押され」ます。
ただし、（chikaj1o7さんが「伸びない縮まない」ということにどのようなイメージを持たれているのかわかりませんが）押した力が光の速さより速い一瞬で届くことはないです。
どれぐらいの速さで伝わるかというと、音速（棒の中を伝わる音の速さ）で伝わります。

回答No.3

Tacosan

「そのようなものが存在する」と仮定すれば, 「地球側から押したらすぐに月側も押される」ということになります.

「存在する」と仮定すれば, ですが.

回答No.2

firewire555

伸び縮みしない棒であれば距離は関係なく地球で動かした瞬間に月でも動くはずです

そう考えると光より早く動きが伝達する事になるんですけどね

太陽が無くなった時、地球の公転は何時無くなるのかという議論が昔ありました

光より早く移動する物は無いので引力も光より遅く伝わると考える学者が、太陽から光が伝わる時間５分以降に公転軌道から外れると主張しました

しかし、現在は引力は伝わって来るのではなく、空間の歪みとして考えられているので歪みが無くなると瞬時に公転軌道から外れると考えられています

つまり光より早く引力が無くなった事は伝わるのです

摩擦も質量も無い数光年の長さの糸を片側で１メートル引けば、瞬時にもう片方には引かれた情報が伝わります
光よりも早い情報伝達は可能だと言う事になりますね

お礼

ありがとうございます！！
ものすごくわかりやすかったです！

回答No.1

firewire555

質問の真意がわかりませんけど、地球も月も自転も公転もしていなければ月は押されるでしょう。
地球の質量と月の質量の差があるので地球もある程度動きますが・・
ただし、月と地球の引力を上回る力で押す事が可能ならですけどね
まぁ過程が多過ぎて余り意味は無い理論でしょうけど（笑）

お礼

ありがとうございます。
ということは、棒は瞬時に動くということでしょうか。
月側で棒を持ってる人は地球側で棒をもってる人が
その棒を押したら、すぐに押されるんでしょうか。