宇宙に不動点はあるのでしょうか。

質問

天動説が誤りとしても、太陽系もやはり動いてるってことはないのでしょうか。しかし宇宙に不動点に相当するものはあるのでしょうか。

回答No.13

ddtddtddt · ベストアンサー

ニュートンもじつは、似たようなことで悩んでいたそうです。ニュートンの運動方程式はご存知と思うのですが、それはF＝maと書けます。ここでmは物体の質量，Fは物体に作用する力，aはFが働いた時の物体の加速度です。

　問題は加速度aをどう決めるかです。加速度はまず、物体の位置の時間変化を測定して、そこから速度の時間変化を推定し、さらに速度の時間変化から加速度を推定します。そうすると大元は物体の位置の測定になりますので、普通に考えればF＝maが成り立つのは、絶対静止系（不動点）を基準にして測定を行った場合だとなります。ニュートンも当初そう考えていたみたいです。

　ところが現実に測れるのは相対位置とか相対速度だけです。そうするとそれらから推定される加速度もあやしくなってきます。力Fと質量mは、相対位置とか相対速度の測定とは無関係な物理的実在と考えられますが、それらがF＝maで結びつくと、Fもmも基準点の取り方に依存するように見えてきます。

　ニュートンはその力学を、たんなる力学理論ではなく、（当時としては）最新の宇宙論としても提出した経緯があります。なので上記のような矛盾点（じつは矛盾していない(^^)）には、何らかの答えを用意する必要に迫られました。それがニュートンのバケツです。

　基準点をどこに取ろうが、バケツを回転させれば遠心力でバケツの壁面に沿って水面はせりあがる。遠心力とは向心加速度の事だ。ほら、加速度は基準点とは無関係に測定できる。加速度だけは相対的なものではなく、絶対的なものだ。だからF＝maは常に正しいのだ、と(^^;)。

　マッハは後年、ニュートンのバケツ論法を批判します。バケツを回転させるかわりに、宇宙全体をバケツのまわりでグルグル回転させられるとしたら、それでも遠心力は働かないと結論できるのか？、と。相対運動しか観測できないのだから、検証手段はないはずだと。

　マッハの立論は行き過ぎ（過激すぎる）と現在では考えられていますが、無視できない論点を含んでいます。そして過去に一度だけ、絶対静止系（不動点）を現実に観測できるのではないか？、と思われていた時期があります。マックスウェルが、電磁気学（光の理論）を開発した時点でです。

　電磁気学によれば、とりあえず光は、空間に対して一定の速度を持つように読めます。地球は空間に対して運動してるはずだから、例えば星の光と地球との相対速度は測定できるはずだ（方向も含めて）。空間＝宇宙そのものが静止してるとすれば（動いていると考える理由はない）、測定位置を変えて、例えば春と夏と秋に星の光と地球との相対速度は測定すれば（方向も含めて）、宇宙の原点（不動点）を原理的には三角測量できる。それは絶対静止系を捉えた事になる。

　ところが星の光と地球との相対速度は測定できなかったんです。それが有名な、マイケルソン・モーリーの実験で、初回から100年以上にわたって追試され（精度は膨大に上がったが）、一度も相対速度は検出されていません。これは物理学者達に（秘かに？）衝撃を与えました。

　そういう訳で、#8さんの仰る相対性原理です。アインシュタインは、マッハのファンだったようです。つまり絶対静止系（不動点）を現実に観測できないなら、そのようなものに捉われない形の物理法則が、真の物理法則の書き方ではないのか？と彼は考えます。その結果が相対性理論でした。もちろんこれは検証する必要がありました。

　検証すると、少なくとも特殊相対性理論は100年以上にわたって実験結果を全てクリアしました。実験結果とは、主に粒子加速器の結果です。特殊相対性理論は今や、粒子加速器の設計原理になっています。一般相対性理論については、100年以上にわたって積極的反証は一つもありません。

　相対性理論が周知になってから早くも20～30年後に、物理学者たちはもっと積極的になります。「そんな馬鹿な！」と思っていたのに、相対性理論が次々と実験事実をクリアするからです。そして絶対静止系（不動点）のようなものに捉われない「普遍性」を持った物理法則の探し方が、最も妥当なやり方ではないのか？、と思うようになります。それがゲージ理論です。その結果、電弱統一理論が出ます。

　自然界には4つの基本力があると言われますが、重力を除き残り3つを既に系統的に説明する理論があり、それと関連して素粒子の標準模型と言われる理屈が、妥当である事を示した最後のとどめが、この前のヒッグス粒子の検出でした。

　要するに何を言いたいかというと、このような話は、物理法則と組みにして語らないと、たぶん無意味になる、という事です。だって本当に現実に、相対運動しか観測できないんですから。「それでもここまで、よく来たもんだ！」って思えませんか？(^^)。

　なので本当は、絶対不動点はあるのかも知れませんよ。以上の話はあくまで「現状では」、ですからね(^^;)。

お礼

勉強させていただく材料をたくさんいただきました！

回答No.15

nijjin

>均一だったらあってもよいということでしょうか。
可能性はあるということです。

お礼

わかりました。

回答No.14

nanashisan_

任意の慣性系を基準に取れば、そこが不動点です。
動くという行為は必ず何に対してという基準が必要ですが、
自分を基準にとれば自身は必ず静止しています。(慣性系であれば)

お礼

基準が大切なのですね。

回答No.12

meido2010

基本的に恒星系は銀河の渦に従って回転しています。
つまり、銀河系は上から見ると平面の円形であり、その端に行くにつれて
回転のスピードが速くなります。
太陽を中心とした太陽系は銀河系の端の方ですので、信じられない凄い
スピードで銀河の端を廻っていることになります。
我々人類がそのスピードを感じ取ることはできません。それは電車に乗って
外の景色が飛んでいるのを体に感じ取ることができないようにです。
そして、太陽が動いているのと同時に、地球は太陽の周りを廻っています。
それは宇宙が始まって以来、ずっと続いていることなのです。

自転、公転の違いは自転は自ら回転することで、公転は引力によって主星の
周りを廻ることです。
すると、太陽は回っていないかと言えば自転はしています。
また、太陽系の惑星は全て自転しながら公転しています。

昔の船乗りが北極星を北の位置にいつも輝いているので目印にしていたことは
知っていますね。しかし、北極星自身も紀元前は真北にはありませんでした。
今の北極星は三代目です。つまり、北極星も動いておりそれは太陽系が動いて
いるのに繋がって位置がずれてくるのです。分かりますか。
そこまで言うと分からなくなってくるのですが。

お礼

動くということが私にはわかっていないのかもしれないと思うようになりました。

回答No.11

noname#225485

太陽系もものすごい速度で移動してます。
惑星を引き連れて…

不動点なんてどうやっても決められないです。
逆に言えば勝手に決めてしまっても構わないのです。
速度なんて相対的にしか示せない物ですし。
対地速度であり、対空速度であり…勝手に静止点と決めたに過ぎないです。

宇宙自体動いてるのか知れないですしね。

お礼

宇宙以外のものを考えなければいけないということでしょうか。

回答No.10

nijjin

宇宙は均一に広がっている（膨張している）わけではないようなので
全く動かない不動点は存在できないでしょう。

お礼

均一だったらあってもよいということでしょうか。

回答No.9

eggr

宇宙とは　人間の身体の様なもの・・

成長し　歳を取り　身体は大きくなるが　中心になる場所は変わりません・・

何が身体の中心なのかを知る事が　宇宙の中心を知る事に繋がる・・

これは唯物論では絶対に解からない・・

唯神論で考えれば　宇宙の中心も理解出来る様に　神は全てを人間に与えた・・

お礼

そうですね。考えてもしようがないのかもしれませんが・・・。

回答No.8

QCD2001

ある点が、絶対的に不動である、ということを証明する方法が存在しないので、「動かない点」という「モノ」は存在せず、物体の位置や運動方向などは相対的にしか測定できない、というのがガリレオの相対性原理で、これを拡張したものがアインシュタインの相対性原理なのです。
太陽系は天の川銀河の中を動いていますし、天の川銀河も銀河団の中を動いていますし、銀河団も・・・・。
というように、すべての星は動いています。

余談ですが、西ドイツの物理学者ゾンマーフェルトは、全宇宙の質量の平均的な位置を、仮に静止座標系に準ずるものとみなして物理学を構築しようと試みましたが、結果は静止座標系がないとしたものと同じになってしまいました。全宇宙の質量の平均的な位置を考えることも含めて、不動の点を考えることは無駄であるという結論に達しています。

お礼

不動の点を考えることは意味がないということがよくわかりました。

回答No.7

hue2011

論理的に、宇宙に不動点なんてあるわけないでしょう。

不動、というのはどこから見て動いていないという意味か、です。

もしある地点から見て動いていないものが仮にあったとしても、その地点自体が動いていないという根拠はありません。

誰かにたいして自分が動いている、なら自分も誰かも動いているのです。

全部が止まっているのでない限り、不動点なんてあるわけありません。
そもそも全部が止まっていても、その全部が、何かにたいして動いているかもしれないのです。

お礼

あなたのようになかなか明快に考えが進められないので悩んでいます。しかし案外誰にでもわかることなのかという想像も沸いてきます。

回答No.6

terminator_5

ビッグバンによって拡大しつつある宇宙空間を風船を膨らませるときのゴムの表面に例えた場合、どこに居ても同じように拡大しているように、不動点は存在しません。

お礼

風船の中の空間は考えられないということでしょうか。

回答No.5

tigerhorse

絶対的な不動点は分からずとも観測者は相対的に不動点と考えられる。変？

お礼

要するに天動説の一種でしょうか。