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takahashicleaning · 13 days ago

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ＴＥＤにて

ルネ・ローファー：引力から逃れるにはどのくらい遠くへ行けばいい？

（詳しくご覧になりたい場合は上記リンクからどうぞ）

全ての星、ブラックホール、人間、スマートフォン、そして,、原子も、常に引力によってお互いを引っ張りあっています。

それでは、どうして、私たちは四方八方から引き寄せられているように感じないのでしょうか？

この宇宙で引力から逃げられる場所はあるのでしょうか？ルネ・ローファーが引力について語ります。

講師：ルネ・ローファー監督：Ted-Ed ＊このビデオの教材： https://ed.ted.com/lessons/how-far-would-you-have-to-go-to-escape-gravity-rene-laufer

前提として

（万有）引力は「質量物体が、他の質量物体と引きあっているという意味（ポテンシャルエネルギー）」

分子レベルになると「クーロンポテンシャル」と呼び名は変わるが、本質は変わらず相転移で性質が変わる

重力に関しては、未解明なので計算上は、重力ポテンシャルから自転の遠心力を引いたものとして定義されている。

６千光年以上、地表面から離れたところに高速で回転している中性子星があります。ブラックウィドウパルサーです。連星である褐色矮星に放射線を放ちながら、互いのまわりを９時間ごとに公転しています。

この地球に立って、あなたはこの舞踏の観察者に過ぎないように思えるでしょう。しかし、実はこれら２つの星は、あなたを引っ張っています。そして、あなたは、何兆キロメートルも離れながらも引力によって引っ張り返しています。

何兆キロメートルも離れながらも引力によって引っ張り返しています。

引力とは質量のある２つの物体間にはたらく引き寄せけあう力です。どんな質量のある物体にもはたらきます。

つまり、宇宙にあるすべての物体は、すべての物体を引き寄せているのです。星、ブラックホール、人間、スマートフォン、そして、原子、すべてが常にお互いを引き寄せあっています。

では、なぜ？私たちは四方八方に引き寄せられているのを感じないのでしょうか？理由は２つあります。質量と距離です。

２つの物体間にはたらく引力を表す最初の等式は、アイザック・ニュートンによって、1687年に書かれました。

それから学者たちの引力に対する理解は、進みましたが、ニュートンの万有引力の法則は、良好な近似としてまだほとんどの状況で使えます。

このような法則です。

２つの物体間にはたらく引力。つまり、万有引力は（物体の質量×もう１つの物体の質量）に万有引力定数と呼ばれるとても小さな定数を掛け、それから物体間の距離を２乗したもので割ったものに等しいです。

片方の物体の質量を倍にすると、物体間にはたらく力も倍になります。物体間の距離を倍にすると、力は４分の１の強さになります。

あなたと地球のあいだの引力は、あなたを地球の中心へと引き寄せています。

この力は体重として感じています。例えばこの力が、海面で800ニュートンならば、死海では、この力はほんの少しの割合だけ大きくなるでしょう。エベレスト山の頂上では、これまた非常に小さい割合でですが、この力は小さくなります。

より高いところへ行くと引力の影響は大きく減りますが、あなたは引力から逃れることはできません。

引力は３次元に時間軸を加えた「時空」の湾曲によって生み出されます。

質量のある、あらゆる物体の周りで生じるゆがみです。地球の引力は、地上400キロメートルにある国際宇宙ステーション（ISS）にも、ほぼそのままの強さで届きます。

もし宇宙ステーションが、巨大な柱の上で静止していたらここでは地上での引力の90％の引力がかかります。宇宙飛行士が、無重力を経験するのは、宇宙ステーションが常に地球へと落ち続けているのからです。軌道を外れない速さで地球の周りを飛んでいるのです。

あなたが40万キロメートル離れた月の表面に行けたとしたら、地球の引力は地球上の引力の0.03％以下です。地球の６分の１の強さの月の引力しか感じられないでしょう。より離れたところに行くと地球があなたを引く力は減り続けますが、決してゼロになることはありません。

私たちは安全に地球に立っているといっても遠くの天体や地上にある近くのものから弱い力で引き寄せられています。

太陽はあなたに0.5ニュートンの力を及ぼしています。

あなたは数メートル離れたスマートフォンからも１兆分の数ニュートンの力を受けています（量子レベルでは人間同士も影響を受けています）

これはあなたとアンドロメダ銀河の間の引力とほぼ同じです。これは250万光年も遠くにある太陽の１兆倍の大きさの銀河です。

引力から自由になる抜け穴もあります。

周りの質量のあるものすべてが、常に私たちを引っ張っているなら、もし地下深くへトンネルを掘っていくと、もし地下深くへトンネルを掘っていくと、熱で焼かれたり潰されたりしないとしたら、地球の引力はどう変化するでしょう？

地球を完璧に球状だと仮定し、実際にはそうではありませんが、中心をくり抜いて入ったら、まったく同じ大きさの引力が全方向からかかってあなたは宙に浮き体重も感じないでしょう（重力列車の根拠です）

ここでは他の天体からの僅かな引力しかはたらかないのです。つまり地球の重力から逃げきる思考実験的な方法は、まっすぐ地球の中心に向かうことしかありません。

そして

1781年。英国の作曲家であり、科学技術者であり、天文学者であるウィリアム・ハーシェルは、空に他の星とは、動きが異なる天体��あることに気づきました。

何かが異なり、何かがおかしいというハーシェルの認識は惑星の発見になったのです。その惑星は天王星です。

天王星という名前は何世代にもわたって、子どもたちを楽しませました。その夜に発見された惑星によってそれまでに知られていた太陽系の大きさが２倍になりました。

ハーシェルは、世界で初めて遠い宇宙の観測に成功した人間です。夜空が「ゴースト」で満たされていることを発見した人間でもあります。はるか遠い星々の光が届いた頃には、その星はもう死んでいるのです。

私たちが見ているのは、そう言う「ゴースト」ということです。特殊相対性理論と光速度不変の原理により、現代ではデータで精密に計算できるようになっています。

光は見えるが星々はもう死んでいる。ずっとずっと前に。夜空を見ることは、誰も見たことのない遠い過去を見ていることになります。何百万年も時をさかのぼって・・・

天体望遠鏡は、バック・トゥー・ザ・フューチャーのように、時を超えるタイムマシンということもハーシェルは、知っていました！！

宇宙を見ることは、過去を見ることです。

宇宙の大規模構造とは・・・

銀河系よりも広大な「ラニアケア」という超銀河団の中に、太陽系があるということが、2014年の段階でわかります。私たちの銀河系が、さらに大きな銀河団である「ラニアケア」という超銀河団に属しているという学説を発表してます。

大きさの尺度としては、直径は5億光年、中に存在する銀河の数は10万個とのことです。ラニアケアの質量は太陽1京個分あります。銀河系の中心には超大質量ブラックホールがあり、ラニアケアにはより巨大なブラックホールも存在します。

このようにして、天体望遠鏡とスーパーコンピューターのエクサフロップクラスの処理速度により、判明したデータから銀河と空洞で成り立つ宇宙の地図を「宇宙の大規模構造」と呼んでいます。

アルテミス計画について・・・

NASAが計画している有人による月での活動計画。古代ギリシャ神話で登場する月の女神と同じ名前で名付けられている。アポロの双子。

これは、アポロ計画以来の壮大な計画で、最速で2024年までに、月面にアメリカの宇宙飛行士を着陸させる計画。月を周回する宇宙ステーション「Gateway」を新しく建造。

そして、月面基地、月面車(LTV)などのモビリティーシステムなどが整備される予定。

この計画には、SpaceX、Blue Origin、Sierra Nevada、Ceres Roboticsなど11社がすでに激烈な入札競争の上で受注している。

このアルテミス計画は大きく3つの��ッションからなっている。

アルテミス I は、無人による計画で、スペース・ロンチ・システム(SLS)ロケットとOrion宇宙船を地球から月へ輸送するためのテストだ。26日から42日のミッション期間をかけて行われる予定。

地球から打ち上げ後、月を周回する宇宙ステーション「Gateway」を経由して月面に着陸する。「Gateway」から地球に戻ります。

アルテミス Ⅱ は、アルテミス I を有人にする計画で、ミッション期間10日の予定。

アルテミス Ⅲ は、アルテミス Ⅱ の計画後の月周回プラットフォーム「Gateway」の機能アップの整備などを経て、2024年までに、宇宙飛行士を月面に着陸させる。

2028年までに月面基地の建設を開始する。そして、この月面基地を起点として、火星への輸送計画も視野に入れている。

月を周回する宇宙ステーション「Gateway」とは、正式には「月軌道プラットフォーム・ゲートウェイ(Lunar Orbital Platform-Gateway)」と今のところ呼ばれている。

国際宇宙ステーション（ISS）のように、モジュールを複数回に分けて月に材料を打ち上げ、月を回る軌道上でランデブーさせてドッキングさせることで建造する。

そして、有人月探査の中継地点として、また深宇宙で宇宙飛行士が長期間滞在する訓練施設として、さらに有人火星飛行に向けた土台にもなるという、壮大な計画である。

月を周回する宇宙ステーション「Gateway」の建造は2022年から始まり、最初に、「電力・推進要素(Power and Propulsion Element:PPE)」が打ち上げられる。ロケットは、SpaceXなどの民間のロケットを使うことが予定されている。

SpaceXは「Gateway」への補給のため「Dragon XL」という新型の無人補給船を開発するとしている。同社は、ISS（国際宇宙ステーション）へ補給を補給する無人補給船「Dragon」を開発、運用しており、その技術やノウハウをもとに、さらに発展させた補給船になるとしている。

「Dragon XL」は、自動でドッキングができるNASAドッキング・システムをもち、従来の無人補給船「Dragon」とは異なり、地球への帰還は想定されていないため帰還カプセルはない。

打ち上げには、「Falcon Heavy」を使う。

「電力・推進要素(Power and Propulsion Element:PPE)」とは、巨大な太陽電池で、月を周回する宇宙ステーション「Gateway」の電力を自前で作り出し、また、電気推進エンジンを搭載し、軌道変更などを行うことを目的としている。開発はNASAが行う。ドッキングの起点。

その後、2024年に、「エスプリ(ESPRIT)：ヨーロッパのESAが開発」とUS利用モジュール。国際パートナー居住区をドッキング。さらに、2025年にはUS居住区を、そして、2026年には、多目的モジュールを打ち上げ、これを次々とドッキングさせ、ゲートウェイは完成する。

月を周回する宇宙ステーション「Gateway」の建造の前に、「NRHO」と呼ばれる、特殊な月周回軌道へ探査機を2021年に投入する予定。運用した例がない最初の事例のため、その実現可能性や運用上の課題などを探るため、NASAは超小型衛星「CAPSTONE(キャプストーン)」を送り込むことになった。

2025年の段階で��・・・

SpaceXは「Gateway」への補給のための「Dragon XL」という新型の無人補給船を「StarShip」で行う予定になっています。

２つの「StarShip」で運用します。

（個人的なアイデア）

電気を作る熱力学のサイクルで熱効率は、ほぼ50%、45%～50%の効率まで高めることは可能ですが・・・

高温の物体から熱を受け取り、電気という「使えるエネルギー」に変換できる機械を一般的に「熱エンジン」と呼んでいる。

高温の物体から受け取った熱エネルギーのうち、どれだけ活用できたかという比率を「効率」と物理学では定義している。

この効率は、原理的に超えられない「カルノー効率」という上限があることが知られている。

カルノー効率が達成されると、効率は上がるが、同時に仕事率がゼロになる現象。

つまり、熱エンジンの効率を最大限に上げると出力がほぼゼロになることを意味しています。そして、効率１００%は物理的に不可能ということです。

中世で試行錯誤が行われたことに終止符が示され、機械での永久機関は作れないことが、この現象から理解できます。エネルギー保存の法則からも理解できます。

他には、燃料の持つエネルギーをどれだけ動力として取り出すことができるか？これをエンジンの熱効率と定義しています。

2020年の段階で、ガソリンエンジンの熱効率は最高で40％前後あり、10年くらい前までは30％程度。低燃費の技術競争もあるけどカルノー効率から限界も見え始めています。

だから、ガソリン自動車から電気自動車へ世界中の法人が開発を加速して切り替えている潮流があります。

続いて

引力や重力に関する巨大レベルの尺度である一般相対性理論について

Electric and magnetic fields are generated by charges and currents as sources. When these waves propagate, they can affect places where there is no source. We call these waves “electromagnetic waves” - or “light” if they are in the wavelength range visible to our eyes.

電荷や電流を源(ソース)として、電場や磁場が生じる。これらが波として伝播することでソースの無い場所にまで影響を及ぼすことが出来る。我々はこの波を「電磁波」―我々の目で見える波長領域のものであれば「光」―と呼んでいる。

The theory of gravity, like electromagnetism, is based on general relativity. The naming of gravitational element and gravitational current is strange.

一般相対性理論によって、重力の理論も電磁気と同じように、グラビティ荷やグラビティ流？重力荷や重力波だとネーミングが変だ。

It would have to be electromagnetic force waves to make sense. I’d like to name it as a new concept other than gravity load or gravity current. I think we need to name it as a new concept.

これだと電磁力波にしないと辻褄が合わない。グラビティ荷やグラビティ流？以外の新しい概念として名前を命名しないと探索しようがない。

Dark matter and dark energy have been tentatively named, but if this is the case, the probability of the existence of gravitational dark element and gravitational dark current seems to be high.

ダークマター、ダークエネルギーと仮名が命名されているが、これなら重ダーク荷や重ダーク流も存在確率は高そうだ。

No, “gravitational dark element” can be called “heavy element” and “gravitational dark current” can be called “heavy current.

いや、「重ダーク荷」は「重さ荷」や「重ダーク流」は「重さ流」でも良さそうだ。

The “gravitational wave,” which has a strange naming, may be the equivalent of the discovery of electromagnetic waves. This one was data observed by LIGO.

整理するとネーミングが不思議な「重力波」は電磁波の発見に相当することかもしれない。こちらは、LIGOでデータ観測しました。

Other things like the “electric prime” of physical constants may apply to gravity as well as its definition as a “prime quantity of weight”.

その他には、物理定数の「電気素量」のようなことが、重力にも「重さの素量」としての定義が当てはまる可能性もあります。

The coupling constant of superstring theory is another possibility related to the mathematical underpinnings such as invariants of knots.

スーパーストリング理論の結合定数も結び目の不変量など数学的裏付けに関係する一つの可能性です。

Supersymmetric particles are akin to the phenomenon of looking in a matching mirror, where it is confirmed that there is no evidence of supersymmetric particles, even with precise conditions for their existence at CERN in 2022.

超対称性粒子は、合わせ鏡を見ている現象に似ている？CERNで2022年に存在条件を精密に設定しても超対称性粒子の証拠が見当たらないことが確認された。

If this is true, then the basis for the superstring theory of supers will change, and a dynamic restructuring of the theory will take place in theoretical physics in the future?

事実なら、スーパーストリング理論のスーパーの根拠が変化して、理論のダイナミックな再構築が、今後、理論物理学で行われていくことに？

As the interaction with supersymmetric particles vanishes and the possibility of other particles arises, we may have to construct “some” mechanism to deter the frenzy of quantum effects to maintain consistency.

超対称性粒子との相互作用は消滅し、それ以外の粒子の可能性がでてくると、量子効果の狂乱を抑止する「何か」のメカニズムを構築しないと整合性を維持できないかもしれません。

This is natural in physics, but it opens up a new frontier.

物理学では当然のことなのですが、これにより新たなフロンティアが出現します。

スーパーストリング理論よりも大きな枠組みには、ループ量子重力理論があり超対称性粒子でなく

超高エネルギー領域も視野に入れた重力理論が中心になりそう。今後が楽しみです。

イメージで言うと現在2022年に公開している「ドクター・ストレンジマルチバース・オブ・マッドネス」の分割した量子レベルの時空が一番近い感覚です。

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