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重力を説明する古典力学的理論 (じゅうりょくをせつめいするこてんりきがくてきりろん、英語 : mechanical theories or explanations of gravitation )では、天体 の運行を支配する力 の起源である重力 を古典力学 の理論 で説明しようとして提案された、16世紀 から19世紀 の科学者 たちの理論について概説する。これらのエーテル を仮定する理論は現代では支持されておらず、重力は一般相対性理論 により説明される。
渦動説 [ 編集 ]
ル ネ ・ デ カ ル ト は 、 物 体 の 運 動 と い う の は 他 の 物 体 と 直 接 に 接 触 し な い か ぎ り 変 わ る こ と は な い 、 と 考 え て い た 。 ま た デ カ ル ト は 、 あ る 段 階 か ら 真 空 の 存 在 を 否 定 す る よ う に な り 、 宇 宙 は 延 長 ︵ = お お む ね 物 質 の よ う な も の ︶ で 満 た さ れ て い る 、 と し た 。 渦 動 説 は 著 書 ﹃ 哲 学 原 理 ﹄ ︵ 1 6 4 4 年 ︶ や ﹃ 世 界 論 ﹄ な ど で 展 開 さ れ た 。 天 体 の 公 転 や 自 転 の 運 動 は 宇 宙 に み た さ れ て い る 物 質 ︵ エ ー テ ル ︶ の 回 転 に よ っ て 引 き 起 こ さ れ 、 太 陽 系 の 惑 星 は 同 一 の ほ ぼ 平 面 を 同 じ 方 向 で 公 転 し 、 重 力 は 流 体 の 渦 の 中 に 置 か れ た 例 え ば 木 片 が 渦 の 中 心 に 引 き 込 ま れ る ア ナ ロ ジ ー で 説 明 し た 。
デ カ ル ト の 考 え 方 を 受 け て 、 ホ イ ヘ ン ス は 1 6 6 9 年 か ら 1 6 9 0 年 の 間 に 、 渦 動 説 を よ り 精 密 に 検 討 し た 。 こ れ は 重 力 を 数 学 的 に 扱 っ た 最 初 の 例 と な っ た 。 ホ イ ヘ ン ス は エ ー テ ル の 粒 子 は 渦 の ま わ り を の ぞ い て ラ ン ダ ム な 方 向 に 運 動 し て い て 渦 の 周 囲 に は エ ー テ ル 粒 子 の 濃 い 部 分 が で き 、 こ の 粒 子 の 濃 い 部 分 が 薄 い 部 分 に 対 し て 力 を 及 ぼ す と い う モ デ ル を 考 え た 。 ホ イ ヘ ン ス は ま た 重 力 が 物 質 の 質 量 に 比 例 す る こ と を 説 明 す る た め に 、 物 質 は エ ー テ ル 粒 子 が 侵 入 で き る 充 分 な す き ま が あ る と 考 え た 。 落 下 す る 物 体 に 重 力 が 働 き 続 け る た め に エ ー テ ル は 物 体 よ り も 速 く 動 か な け れ ば な ら な い 。 こ の 頃 ニ ュ ー ト ン は 万 有 引 力 の 法 則 を 築 い て い た が 、 ホ イ ヘ ン ス は そ の 公 式 化 に は 賛 意 を し め し な が ら 、 ニ ュ ー ト ン の モ デ ル に 力 学 的 説 明 の な い こ と に 異 議 を 示 し た [ 注 釈 1 ] 。 渦 動 説 は ニ ュ ー ト ン の モ デ ル が 説 明 す る 天 体 の 運 動 の 法 則 、 重 力 が 距 離 の 2 乗 に 反 比 例 す る こ と や 、 ケ プ ラ ー の 第 3 法 則 を 説 明 で き る も の で は な か っ た 。
掩 蔽 説 [ 編 集 ]
空 間 に す べ て の 方 向 に 運 動 す る 粒 子 が あ り 、 2 つ の 物 体 間 で は 相 手 の 物 体 に 対 す る 方 向 へ の 粒 子 の 流 れ を 掩 蔽 す る の で 、 結 果 と し て 2 つ の 物 体 間 に 引 力 が 発 生 す る と い う モ デ ル で あ る 。 1 6 9 0 年 に ニ コ ラ ス ・ フ ァ シ オ ・ デ ・ デ ュ リ エ ー ル が 唱 え 、 1 7 4 8 年 に ジ ョ ル ジ ュ = ル イ ・ ル サ ー ジ ュ ( G e o r g e s - L o u i s L e S a g e ) が 論 じ 、 19 世 紀 に な っ て も , ケ ル ビ ン 卿 ︵ 1 8 7 2 年 ︶ 、 マ ク ス ウ ェ ル ︵ 1 8 7 5 年 ︶ 、 ヘ ン ド リ ッ ク ・ ロ ー レ ン ツ ︵ 1 9 0 0 年 ︶ や ア ン リ ・ ポ ア ン カ レ ︵ 1 9 0 8 年 ︶ ら に よ っ て 論 じ ら れ た 。
こ の 理 論 に 対 し て 加 え ら れ る 批 判 は 粒 子 の 流 れ の 掩 蔽 が 起 こ る た め に は 、 粒 子 を 物 体 が い く ら か 吸 収 し な け れ ば な ら な い こ と で 、 こ れ は 物 体 の 温 度 の 上 昇 を 伴 う と 考 え ら れ る 。 さ ら に 運 動 す る 物 体 間 の 重 力 を 説 明 す る た め に は 粒 子 の 速 度 は 光 速 を こ え な け れ ば な ら な い 。 粒 子 の 速 度 を 光 速 だ と 仮 定 す る と 吸 収 に よ る 温 度 の 上 昇 は さ ら に 増 す こ と に な る 。
流 体 説 [ 編 集 ]
重 力 の 起 源 を 物 体 に 流 れ 込 む 流 体 に よ る 力 と 考 え る 考 え 方 で あ る 。 ニ ュ ー ト ン は 後 に 、 重 力 の 起 源 に つ い て ﹁ わ た し は 仮 説 を つ く ら な い ﹂ と し て 説 明 し な い こ と を 宣 言 す る が 、 1 6 7 5 年 に は 物 質 の 表 面 に 集 積 す る 1 種 の 流 体 と し て の 重 力 エ ー テ ル を 考 え 、 そ の 流 れ が 距 離 の 2 乗 の 逆 数 に 比 例 す る 引 力 を 生 じ る と し た 。 ニ ュ ー ト ン に 続 い て 1 8 5 3 年 に ベ ル ン ハ ル ト ・ リ ー マ ン が 重 力 エ ー テ ル を 非 圧 縮 性 の 流 体 と し 物 質 は そ の 流 体 を 吸 い 込 ん で 、 別 の 場 所 か 別 の 次 元 に 運 ば れ る と し た 。 さ ら に 1 8 8 8 年 に は イ ワ ン ・ オ シ ポ ビ ッ チ ・ ヤ ル コ フ ス キ ー が エ ネ ル ギ ー の 問 題 を 解 決 す る た め に 、 吸 収 さ れ た エ ー テ ル は 新 し い 物 質 に 変 化 す る と 考 え た 。
こ の 理 論 に 対 し て 加 え ら れ る 批 判 は ル サ ー ジ ュ の 重 力 理 論 と 同 じ く 、 エ ネ ル ギ ー の 保 存 則 に 反 す る し 、 力 の 伝 達 速 度 の 問 題 も 解 決 し て い な い 。 エ ネ ル ギ ー か ら 物 質 の 生 ず る メ カ ニ ズ ム も 知 ら れ て い な い 。
静 的 な エ ー テ ル [ 編 集 ]
ニ ュ ー ト ン は 1 7 1 7 年 に も 、 静 的 で 密 度 の 異 な る エ ー テ ル の モ デ ル を 提 案 し た 。 静 的 な エ ー テ ル に よ る 浮 力 の ア ナ ロ ジ ー で 、 物 体 の 重 力 の 性 質 を 説 明 し よ う と し た 。 重 力 が 距 離 の 二 乗 に 反 比 例 す る こ と を 説 明 す る た め に 、 エ ー テ ル の 密 度 は 天 体 に 近 づ く に つ れ て 小 さ く な る と し た 。 物 体 に 近 づ く に 従 っ て エ ー テ ル の 密 度 が う す く な る 理 由 に つ い て は 説 明 は 与 え ら れ な か っ た 。 ニ ュ ー ト ン は 後 に 、 有 名 な ﹁ わ た し は 仮 説 を つ く ら な い ﹂ ︵ H y p o t h e s e s n o n f i n g o ︶ と い う 宣 言 を し て 重 力 の 力 学 的 な 説 明 を 放 棄 し 、 た ぶ ん 友 人 の ニ コ ラ ス ・ フ ァ シ オ ・ デ ・ デ ュ リ エ ー ル や デ ビ ッ ド ・ グ レ ゴ リ ー と 同 じ よ う に 重 力 は 神 の 意 志 で あ る と 考 え る よ う に な っ た 。 ニ ュ ー ト ン と 同 じ く オ イ ラ ー も 1 7 6 0 年 に 重 力 エ ー テ ル が 逆 2 乗 則 に し た が っ て 密 度 を 失 う と 仮 定 し た 。 彼 も そ う な る 理 由 に つ い て は 説 明 で き な か っ た 。
こ の 理 論 に 対 し て 加 え ら れ る 批 判 は 密 度 が 不 均 一 に な る 理 由 が 説 明 さ れ な い 他 、 エ ー テ ル が 鋼 の 3 0 0 0 倍 の 剛 性 を 持 た な け れ ば な ら な く な る こ と を 、 マ ク ス ウ ェ ル が 指 摘 し た 。
波 動 説 [ 編 集 ]
1 6 7 1 年 に ロ バ ー ト ・ フ ッ ク は 重 力 は す べ て の 方 向 に 向 か っ て 物 体 が 引 き 起 こ す エ ー テ ル の 波 に 起 因 す る と 推 定 し た 。 他 の 物 体 は こ の 波 の 発 生 源 の 方 向 に 動 く と 推 測 し た 。 フ ッ ク は 波 打 つ 水 の 表 面 に 浮 く 小 さ な 物 体 が 波 の 発 生 源 に 集 ま る 現 象 の ア ナ ロ ジ ー で 重 力 を 解 釈 し よ う と し た 。 同 様 な 理 論 は 1 8 5 9 年 か ら 1 8 7 6 年 の 間 に ジ ェ ー ム ズ ・ チ ャ リ ス に よ っ て も 研 究 さ れ た 。 チ ャ リ ス は 計 算 に よ っ て 波 の 波 長 が 物 体 間 の 距 離 に 比 べ て 大 き い 時 に 引 力 が 働 き 、 波 長 が 短 い 時 は 斥 力 が 働 く こ と を 示 し た 。 ク ー ロ ン 力 や 磁 力 に つ い て も 同 じ 理 論 で の 説 明 を チ ャ リ ス は 試 み た 。
こ の 理 論 を 、 マ ク ス ウ ェ ル は 、 物 体 は 定 常 的 に 波 を 起 こ さ な け れ ば な ら ず 、 エ ネ ル ギ ー の 消 費 を 伴 う こ と を 批 判 し た 。 チ ャ リ ス も 明 確 な 結 果 に 達 し て い な い こ と を 認 め た 。
脈 動 ︵ 共 振 ︶ 説 [ 編 集 ]
ケ ル ヴ ィ ン 卿 ︵ 1 8 7 1 年 ︶ と カ ー ル ・ ア ン ト ン ・ ビ ヤ ー ク ネ ス ︵ C . A . B j e r k n e s ︶ は エ ー テ ル の な か で の 物 体 の 振 動 を 仮 定 し た 。 液 体 の な か で 、 2 つ の 物 体 が 同 じ 位 相 で 、 脈 動 す る 時 2 つ の 物 体 の 間 に 引 力 が 働 き 、 反 対 の 相 で あ る 時 斥 力 が 働 く こ と か ら の ア ナ ロ ジ ー で あ る 。 電 磁 気 力 の よ う な 引 力 以 外 の 力 に た い し て も 同 じ メ カ ニ ズ ム が 検 討 さ れ た 。 ス ト ー ク ス や ヴ ォ ル デ マ ー ル ・ フ ォ ー ク ト を 含 む 多 く の 学 者 に よ っ て 検 討 さ れ た 。
こ の 理 論 の 問 題 点 は 、 宇 宙 の 天 体 に 一 様 に 引 力 が 働 く た め に 、 す べ て の 天 体 が 同 一 の 位 相 で 脈 動 し て い る こ と は 考 え に く い こ と で あ る 。 ま た 極 め て 遠 い 距 離 を へ だ て て 引 力 が 生 じ る た め に は 、 エ ー テ ル は 非 圧 縮 性 で な け れ ば な ら な い 。
そ の 他 の 仮 説 [ 編 集 ]
1 6 9 0 年 フ ラ ン ス の 数 学 者 、 ピ エ ー ル ・ ヴ ァ リ ニ ョ ン は 、 重 力 の 起 源 を す べ て の 方 向 に 圧 力 を 加 え る エ ー テ ル の 粒 子 に よ る も の と し 、 さ ら に 空 間 に は エ ー テ ル の 通 過 で き な い 境 界 が 存 在 す る と い う モ デ ル を 提 案 し た 。 ヴ ァ リ ニ ョ ン に よ る と 、 物 体 の 境 界 ま で の 距 離 は 地 上 ま で の 距 離 よ り 大 き い の で 、 境 界 の 内 側 の 物 体 の 上 面 に 働 く エ ー テ ル の 力 は 下 面 か ら の 力 よ り 大 き く な り 地 上 に 押 し 付 け ら れ る こ と に な る 。
1 7 4 8 年 に ロ シ ア の 科 学 者 で 物 質 の 原 子 ・ 分 子 の 構 成 の 概 念 に 関 し て 先 駆 的 な 考 察 を し た ミ ハ イ ル ・ ロ モ ノ ー ソ フ は 物 質 の 構 成 要 素 と エ ー テ ル と の 相 互 作 用 を 論 じ た 。 物 質 は 高 い 浸 透 性 が あ る と 考 え た 。 し か し な が ら 重 力 の 法 則 を 生 じ る 、 エ ー テ ル と 物 質 の 相 互 作 用 に つ い て 明 確 な 説 明 は さ れ な か っ た 。
1 8 2 1 年 に ア メ リ カ の 学 者 ジ ョ ン ・ ヘ ラ パ ス は 自 ら の ガ ス の 気 体 運 動 理 論 を 重 力 の 起 源 に 適 用 し よ う と し た 。 ヘ ラ パ ス は エ ー テ ル が 物 体 の 表 面 で 加 熱 さ れ て 膨 張 し 、 密 度 が 下 が る こ と に よ っ て 、 周 り の 密 度 の 高 い 領 域 か ら 力 を 受 け る と 考 え た 。 し か し な が ら 、 膨 張 に よ る 密 度 の 差 の 効 果 は 、 暖 め ら れ た 粒 子 の 速 度 の 増 加 に よ る 効 果 で 打 ち 消 さ れ る こ と が テ ィ ラ ー に よ っ て 示 さ れ た 。
^ ニュートンはある書簡の中で「重力がある法則に従って作用する動力因によって引き起こされていることはたしかです。しかし私はその動力因が物質なのか非物質なのかという点については、私の読者の考察にゆだねることにしました」と発言している[1]
関連項目 [ 編集 ]