徒然なるまゝによしなしごとを書きつくる

旧タイトル めざせ、ブータン

一般相対論による宇宙モデル

2013年02月27日 | 物理

 えらそうな事を書くつもりは有りませんが アインシュタインが一般相対論を思いついた経緯は理解しているつもりです。 一般相対論に先立つ特殊相対論が 光速度不変則を前提とした場合には辻褄を合わせるために時空そのものを変える(ローレンツ変換)ことから発想されたように 重力加速度と運動加速度による力が等価であるという奇妙な事実を説明するためにアインシュタインが思いついた事なのです。

 つまり、静止質量と加速運動は同じように空間を歪ませるのでこの二つの効果は等価で違いが無いという事 アインシュタイン自身はこれを発想したもののこれを定式化するに当たってはリーマン幾何をつかって解く必要があり 数学者であるマルセル・グロスマンの助けを借りて微分方程式(アインシュタイン方程式)にまとめたものです

 ご存知の通り微分方程式は殆んどが解けない 解が出ないのが普通です ただ条件を極端に単純化した限定条件の場合に解けることがあるという代物です アインシュタイン方程式を最初に解いたのがシュバルツシルトです このモデルは一点に質量が集中した場合の空間のゆがみをアインシュタイン方程式を使って定式化したものでブラックホールがその典型です (ところで、我が銀河系を含むほとんどの銀河の中心には巨大ブラックホールが鎮座しているというのが最近の天文学の常識だって事 知ってました!)

 もうひとつの端にある単純化モデルが均一空間における解です 無限に近い空間に均一に密度と圧力のパラメータを持つ流体が分布した場合の時空がアインシュタイン方程式でどのように記述されるか これはロシアのフリードマンが解きました これは宇宙方程式と呼ばれています ところがこの式で空間の二階微分が負になる 当たり前の事ですが重力は引力なので均一密度空間は必ず収縮することになり 宇宙を安定的なものと見ていたアインシュタインを戸惑わせた訳です この後、ハッブルが宇宙の膨張の証拠(赤色偏移と距離関係)を発見し 変化しつつある宇宙という認識に至ったわけです 

 まったく物理学の真髄は切り捨てることなのだ... と思わせる宇宙モデルの話です