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.4

meido2010

宇宙は常に動いています。不動点はないと言って良いです。
ビッグバンによって宇宙は生まれました。
夜空に見える星は太陽と同じ、熱と光を放出する恒星というものです。
つまり、星自身で光を放っているから何千光年、何万光年も離れているのに
見えるのはそういうことです。
恒星系というのは太陽系と同じ、恒星を中心とした小さな宇宙です。
それが何億、何十億と集まり巨大な宇宙を作っているが銀河系と呼ばれる
ものです。アンドロメダ星雲というのも銀河系と同じ銀河と呼ばれる規模
の大きい宇宙です。遠い未来は銀河系とアンドロメダ星雲は衝突すると
言われていますが、真偽のほどは分かりません。

話は太陽系に戻しますが、太陽を中心にした引力圏に地球を含む八個の
惑星が周回しています。そして太陽系の隣の小宇宙はケンタウルス座と
言われるものですが、この星系には太陽が三つあり、互いに太陽がグルグル
と周り、その周りに惑星があるというものです。

頭がこんがらがってくる話ですが、しっかり勉強すれば段々と分かって
きます。焦らず星座表を見たり、プラネタリウムに行って観ましょう。
頑張ってください。

お礼

動いているのはわかりますが、動かない星などはあり得ませんか、自転も公転もしない星というのも想像しにくいですね。

回答No.3

IDii24

ビックバン当時の核。
結局はそこから飛び散っている。つまり中心は有ります。

お礼

核そのものは残っているのでしょうか。ビッグバンの現場位置は動いていないはずですか。

回答No.2

qwe2010

動くのは、基準点があるからです。
宇宙には、基準と呼べる物は存在しないと思いますが、
あるとすれば、自分を中心にすべてが動いていると考えればよいと思います。

お礼

天動説ですね。

回答No.1

maiko0333

太陽系は天の川銀河の中で回っていますよ。
銀河系はよくわからないですけど、アンドロメダ星雲と引き合って
近づいているらしいので、動いているのでは？

お礼

やはりすべてが動いているということですね。