重力波は地球に届くまでにどうして微弱になる？

質問

重力波は、重力が強い部分と弱い部分がある波だと理解しています。

非常に重い物体が動くと起こるそうで、光速で伝わるとか。

それにしてもこの波が地球に届くときには観測できないほど弱くなるらしいですが、どうして弱くなってしまうのでしょうか。

たとえば、音波なら空気中の分子を振動させるのにエネルギーを使うので弱くなって、いずれ空気中の分子を動かせるだけのエネルギーを失って音波が消えると思うのですが、重力波はなにを動かしてエネルギーを失ってしまうのですか。

教えてください！！

回答No.1

noname#175206 · ベストアンサー

>重力波は、重力が強い部分と弱い部分がある波だと理解しています。

　ちょっと違います。重力波は電磁波（電波）とよく似たものです。

　電磁波は、電子などの電荷を持った素粒子を加速度運動させると出てきます。光は電磁波の一種で、目に見える波長のものをいいます。

　電子（といった電荷を持った素粒子）の周りには電場があります。質量を持った物体の周りに重力場があるのとよく似ています。

　電磁波は電場が飛び出してくるのではありません。電子を加速度運動させても、電場は増えも減りもしません。加速度運動の為に使われた使われたエネルギー（これは普通は外から与えられます）が、電場を使って電磁波を生み出します。

　同様に重力波も、質量を持った物体は周りに重力場があり、物体をを加速度運動させると、重力場を介して、出てきます。電磁波が電場が飛び出してくるのでないのと同様、重力場が飛び出してくるのではありません。

　電磁波（電波）は離れるほど弱くなります。これは、風船を膨らましていくと、風船のゴムが薄くなって行くのと同様に、近い時は大きなエネルギーでも、それが四方八方に広がって行って、しかしエネルギーは補充されないので、弱くなってしまうのです。

　電磁波は、壁とか金属などがあると、遮られてしまいます。
　これは、電波が通ろうとするところに物質があると、物質には電子や陽子といった電荷がある素粒子が多数あって電場を作っていて、もともとは電場から作られた電磁波は、電場に戻りやすく、電場に戻って電子等を揺らす力として使われてしまいます。
　まあ、だからこそ、アンテナで電波が受信できるのですが。

　重力波も同様です。加速度運動した物体の一か所からの重力波は四方八方に広がっていきますが、エネルギーは補充はされないため、電磁波と同じく遠くなると弱くなってしまうのです。

　また、途中に物体があると、それも重力場を持っていますから、重力場から作られた重力波は、重力場に吸収され、その重力場を作っている物体を揺らします。

　それでも、途中で遮るものがない宇宙空間なら、100億光年以上もの距離でも、地球に到達できます。遠いほど光は弱くはなりますが、晴れた夜空に星が見えるのも、遮るものが無いからです。

　電波を受信するアンテナ同様、物体が重力波によって揺らされることを観測して、重力波を検出するための観測が試みられています。

　しかし重力波の検出は、まだ成功していません。これは、重力が電磁気力と比べて、桁違いに弱い力であるためです。

　地球ほどの質量による重力でも、地球に比べれば小さな小さな電気や磁気の力で、簡単に重力に打ち勝って、物体を浮かすことができます。どうして、そんなに弱いのかは分かっていません。

お礼

ありがとうございます！！

「重力波は、重力が強い部分と弱い部分がある波」では無かったのですね・・・（汗）

重力波は電磁波（電波）とよく似たものとのこと。電波の話はとても苦手です。電場なんて特に・・・。

ご説明によると、電磁波というのは、電子などの電荷を持った素粒子を加速度運動させると出てくるのですね。電子は一応質量がありますし、電荷を持っているので、例えば押したり（押せるのでしょうか）、マイナスの電荷で反発させて加速度を与えたり、プラスの電荷で引っ張って加速度を与えたりできると思います。

重力場については、「質量を持った物体は周りに重力場があり、物体を加速度運動させると、重力場を介して、出てきます。」ということでした。重力場というのは、質量をもった物体Ａの周りに重力が働く空間（これが場？）があるということですか。例えば、物体Ａの重力場と言った場合は、物体Ａに対して引きつけられる力（重力、引力？）が生じる空間のことかなと思いました。その空間に物体Ｂがあれば物体Ａに引き寄せられる（物体Ｂに物体Ａ方向への加速度が生じる）というような。

以下の説明はとてもよくわかりました。わかりやすかったです^^

>電磁波（電波）は離れるほど弱くなります。これは、風船を膨らましていくと、風船のゴムが薄くなって行くのと同様に、近い時は大きなエネルギーでも、それが四方八方に広がって行って、しかしエネルギーは補充されないので、弱くなってしまうのです。

>電磁波は、壁とか金属などがあると、遮られてしまいます。
　これは、電波が通ろうとするところに物質があると、物質には電子や陽子といった電荷がある素粒子が多数あって電場を作っていて、もともとは電場から作られた電磁波は、電場に戻りやすく、電場に戻って電子等を揺らす力として使われてしまいます。
　まあ、だからこそ、アンテナで電波が受信できるのですが。

>重力波も同様です。加速度運動した物体の一か所からの重力波は四方八方に広がっていきますが、エネルギーは補充はされないため、電磁波と同じく遠くなると弱くなってしまうのです。

>また、途中に物体があると、それも重力場を持っていますから、重力場から作られた重力波は、重力場に吸収され、その重力場を作っている物体を揺らします。

回答No.6

reflector

太陽風が地球に届くまでに弱くなっていると考えていません。
夏場と冬場で積乱雲の高さが異なるのは、冬場に太陽と近接し、夏場はちょっと離れているために起こりえる現象です。
かなり色々なところで観測が行われていますが、物理学だけでみる癖を持っているのなら考え直した方がいいと反論します。
質問内容に「重力波」として扱われる単語は、太陽から放出する太陽風＝プラズマ であり、プラズマは磁気を帯びている、またプラズマは宇宙空間を伝わるのにダークマター、あるいはエーテルといった物質を通して地球へ流れて来ます。
恐らく太陽から放出する太陽風は、太陽系を覆い隠す広範囲に飛び散っていると思われます。
なぜならば、一番外周の惑星も太陽から放出する磁場や太陽風の影響下になければ飛び散ってしまうからです。

森を見て木を見ず

にならないよう情報を掘り下げ、広範囲の情報を習得しましょう。

補足

すみません、物理において重力波というのは太陽風も含むのですか？

回答No.5

Verhalten

元々微弱な力だからです。

太陽表面で２７．９Gです。
太陽の直径が１３９２０００ｋｍですから半径は６９６０００ｋｍ

太陽の重力は、距離の２乗に反比例して大きくなりますから、
６９６０００ｋｍごとに１/４になって行く計算になります。

１AUが１４９５９８０００ｋｍですから

149 598 000 / 696 000 = 214.939655
214.939655^2 = 46 199.0553

27.9 / 46 199 = 0.000603909176（G）
0.000603909176 * 9.8 = 0.00591830992ｍ/s^2

地表では１万分の１G程度ですから感じないと言う事になります。
太陽の重力が千倍～１万倍ぐらいないと秤では分からないのです。

お礼

具体的な計算ありがとうございます！！

太陽の表面で重力は２７．９Ｇなのですね。よく計算できますね。

１ＡＵは１天文単位で、太陽と地球間の距離ですね。

地球におよぼす太陽の重力（重力加速度）は

0.00591830992ｍ/s^2

ですか。こんなに小さいのですね。いやいや、遅いです。１秒間に５ｍｍずつ加速するのですね。

興味深いです。

回答No.4

nekonynan

単純に判りやすく書けば、声と同じです

　遠くになれば、声は小さくなり聞こえなくなります。距離が２倍なれば１／４に小さくなり

　１０倍の距離になれば１／（１０×１０）＝１／１００に成ります

　重力も同じで距離の２乗に反比例して弱くなります。

　距離×距離×その場所の重量波＝一定なのです　別にエネルギーの総和は減ってません

お礼

ありがとうございます。

Ｎｏ．３の方にも同じことを指摘されたように思います。

重力と音の力（？）はどちらも距離の２乗に反比例して弱くなるということですね。

重力と音という別のものが同じ式で示されるように弱くなるということが面白いです。空間というものを同じように利用しているというか、「空間」という要因が「重力」と「音」の性質に共通性を与えているというか。

回答No.3

TT414

>それにしてもこの波が地球に届くときには観測できないほど弱くなるらしいですが、どうして弱くなってしまうのでしょうか。

弱くなっているわけではありません、薄くなっているだけです。距離が倍になると重力波の届く場所の面積が4倍になります。そのため面積あたりでは1/4になったように見えるだけです。4倍の面積の部分の合計は距離が半分の所と100%同じ値です。
もちろんエネルギーを失っていません。

メーザー、レーザーなどから出たコヒーレントな波は広がらずに、そのままの密度で遠くまで飛ばせますが、一般的な重力波はインコヒーレントなので距離に応じて広がります。

お礼

ありがとうございます。

メーザーというのは初めて聞きました。調べてみました。コヒーレントなマイクロ波だそうですね。

コヒーレントという用語にも慣れていなかったので調べてみました。光などの波の波形と位相が同じになったような状態のことを言うようです。私の中では、波Ａと波Ｂを三角関数で表した場合、それをグラフに描くと波Ａと波Ｂの曲線が重なるような状態だと想像しました。

重力波は弱くなっていると考えるのではなく、距離が倍になると面積が４倍になってしまうので、エネルギーが薄まるというか、Ｎｏ．１の方が風船を膨らませた喩えをあげてくださいましたが、エネルギーが減っているわけではないのですよね。ただ、同じ面積で二箇所で観測した場合に重力波の発信源に近いほうで値として（？）強く観察され、遠いほうで弱く観測されるものだと理解しました。

回答No.2

worldallone

重力波検出の意義であるところによると、
重力波は光速で伝わる時空の歪みの波動である。
一般相対性理論を読みなさいとあります。
過去とか未来とかの空間を通った時のエネルギー消費ですかね。
参考　http://www.icrr.u-tokyo.ac.jp/~kuroda/kuroda080827.htm

お礼

ありがとうございます。

重力波って、時空の歪みの波動、みたいな言い方ってよく聞きますよね。

大きな質量の星やブラックホールの周りでは時空が歪むっていうし、例えば、ブラックホールの後ろにある星が見えるのは空間が歪んでいるからだとか。

それで、重力「波」って言うくらいだから、重力が強いところと弱いところ（空間が歪んでいるところと歪んでいないところとも言えるかもです）が繰り返されている波なのかなぁと思っていたのですが、どうも電磁波と同じような波じゃないかというご意見もいただきましたし、混乱中です。

参考のページ拝見しました。混乱をとく答えはまだ見つかりません(^_^;