相対性理論

重力は引っぱる力ではない。空間そのものが曲がっている。

ニュートンは重力を、離れた物体同士が瞬時に引き合う力として描いた（ニュートン力学）。ところが1905年にアインシュタイン自身が示した特殊相対性理論では、どんな作用も光の速さを超えて伝わることができない。瞬時に届く重力は、これと両立しない。

手がかりは「落ちている人は自分の重さを感じない」という気づきだった。窓のない箱の中にいる人は、重力で下に引かれているのか、箱が上向きに加速しているのかを区別できない。これを等価原理という。

1915年、アインシュタインは一般相対性理論を完成させる。質量やエネルギーがあると周囲の時空が曲がり、物体はその曲がった時空の中を「まっすぐ」進む。物理学者ホイーラーはのちに、物質は時空に曲がり方を教え、時空は物質に動き方を教える、と要約した。右の図はこの仕組みの模式図で、曲がり方の大きさは実際の比率ではない。

理論はすぐに試された。1919年の皆既日食で、エディントンらは太陽のそばを通る星の光が曲がっていることを観測した（重力レンズ）。重力が強い場所では時間の進みも遅くなる。GPS衛星の時計は、この効果と速度による効果を合わせると、補正しなければ1日におよそ38マイクロ秒ずつ地上とずれていく（GPSと時間の遅れ）。

時空の曲がりが極端になると、光さえ出てこられない領域ができる。ブラックホールである。2019年には、M87銀河の中心にあるブラックホールの影が電波望遠鏡の観測網によって撮影された。また2015年には、二つのブラックホールの合体が起こした時空のゆれ、重力波が初めて直接とらえられた。発表から100年たっても、この理論は検証に耐え続けている。

相対性理論

REFERENCES