ニュートンの万有引力の法則の「G」を探る

私たちが故郷と呼ぶこの淡い青色の点では、重力は私たち全員が毎日毎秒経験しているものです。そして、ニュートンの万有引力の法則のおかげで、私たちはそれをはるかに意識するようになりました。

コネチカット大学の天体物理学者は、「重力は、星間の拡散物質をゆっくりと崩壊させ、新しい水素融合機械（別名星）を形成させる接着剤のようなものです」と述べています。 「それは銀河を結合する接着剤であり、私たちの地球が毎年太陽の周りを周回する役割を果たしています。」

重力は、アイザック ニュートン卿の有名な「リンゴ」の物語でも重要な役割を果たしました。ある日、ニュートンは家でぶらぶらしていたとき、リンゴが木から落ちるのを見た――そう主張した。その後数年にわたり、彼はヴォルテールや伝記作家ウィリアム・ステュークリーのような多くの知人に、重力の性質についての彼の偉大な著作はこのありふれた小さな出来事からインスピレーションを得たものだと語った。

このようにして、ニュートンの法則の基礎が築かれました。その中心となるのは万有引力定数、別名「ビッグ G」または単に「G」と呼ばれる現象です。この記事では、ニュートンの普遍法則、アルバート・アインシュタインの理論によって提唱された矛盾、そして重力そのものについて探っていきます。

ニュートンの万有引力の法則の起源

ニュートンの回想では、その恐ろしいリンゴについて多くのことが語られています。 有名な物理学者がこの逸話をステュークリーに語った一方で、多くの学者はこの話に疑問を投げかけています。いずれにせよ、ニュートンの普遍法則の真の興味は、リンゴが彼に当たったかどうかではなく、リンゴに作用する力がリンゴをまっすぐに落としたということである。

ニュートンの助手であるジョン・コンデュイットは次のように書いています。

万有引力定数: 方程式

まず第一です。 Big G に取り組む前に、一歩下がってニュートンの法則の万有引力方程式を説明する必要があります。この方程式は、私たちを地球の表面に安全に保つ重力場の見方に大きな影響を及ぼし続けます。

天体物理学者であり「」の著者である彼が電子メールで述べているように、重力は「質量を持つものが互いに引き付けられるメカニズム」です。ニュートンは、物体が重力の影響を及ぼしていることを初めて明らかにしました。

ニュートンは、与えられた一連の物体間の重力引力の強さは、(a) それらの質量と (b) それらの距離に依存することに気づきました。逆二乗則がここでの重要な原理であり、それにより、加えられる重力は物体間の距離に反比例します。これは、彼の万有引力の法則が数学的な用語で表現した力学です。

関連するものは次のとおりです。

「F」は「重力」を表します。 「m1」は最初の物体の質量を意味します。 「m2」は 2 番目の物体の質量を示します。 「r2」は、オブジェクト 1 とオブジェクト 2 の間の二乗距離の短縮形です。そして「G」は？皆さん、それはビッグ G、つまり重力定数です。

重力の正確な値

「ボウリングのボールであれ惑星であれ、どんな 2 つの質量についても、それらの間の重力は質量、距離、G の数によって決まります」とマックは言います。 1790 年代にヘンリー・キャベンディッシュが行った実験のおかげで、重力定数の数値が約 6.67 x 10 ^-11ニュートン (m2/kg2) であることがわかっています。

この文脈では、「ニュートン」という用語は測定単位を指します。は、質量 2.2 ポンド (1 キログラム) のものを毎秒 3.28 フィート (1 メートル) で加速するのに必要な力の量です。 (アンダース・セルシウスやチャールズ・F・リヒターと同様に、アイザック・ニュートン卿も単位を取得した科学者の誇るべきリストに名を連ねています。)

重力に関するニュートン対アインシュタイン

さて、ここで認識すべきニュアンスの層があります。ご存知のとおり、万有引力定数の法則は、その名前が示すほど「普遍的」ではありません。バタズビーによれば、ニュートンが 17 世紀に明確に述べた「私たちの古典的な重力像」は、「全宇宙のほとんどの場所 (もちろん地球上) における物理学の現実を正確に近似したもの」です。

「しかし、」と彼女は付け加えた、「この理論はアインシュタインの一般相対性理論に取って代わられました。これは「ニュートン重力」を改良したもので、物質は時空そのものを変形させると仮定しています（重いボールがゴムにえくぼを作るように）シート）。」

それが私たちを ブラックホールに導きます。太陽の100万倍以上の質量を持つことができるブラックホールは、ニュートンの法則では説明できない形で重力に影響を与えます。一般相対性理論がそれらを解決することが示されています。

「ニュートンの重力の説明は、非常に強い重力や非常に速い動きに対して正確には機能しないという事実を修正し始める必要があります」とマックは言う。 「そのような場合、私たちはアインシュタインの重力の図に切り替える必要があります…しかし、それらの極端なケースのいずれかを見ない限り、アイザック・ニュートンが1686年に書き留めた方程式は、彼が「法則」と呼んだものです。万有引力は本当に普遍的です。」