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2011年3月 8日 (火)

ニュートンの思考実験 重力から万有引力へ

 イギリスのアイザック・ニュートンの伝記に「ニュートンはリンゴが木から落ちるのを見て、万有引力を発見した」という有名な話があります。

 この話が本当かどうかは別にして、ニュートンは地球上の物体が落下する現象から、月がなぜ落ちてこないのだろうかと考えました。

 糸に物体をつなげて振り回すと、物体は円運動します。このとき物体には遠心力が働いているため(実際には遠心力は見かけの力で、物体に働いているのは円の中心に向かおうとする向心力なのですが)、糸を手から放すと物体は飛んでいってしまいます。

 月は地球のまわりを公転していますが、月と地球は糸でつながれているわけではありません。ニュートンは、月が地球から離れずに同じ距離を保っているのは、月に働く遠心力と地球が月をつなぎとめる力がつり合っているからではないかと考えました。そして、地球が月をつなぎとめる力は、落下するリンゴに働く力と同じであると考えました。その力というのは私たちもよく知っている重力のことです。

 そして、ニュートンが次に考えたことは、地球だけが重力で月をつなぎとめているのかということでした。地球に重力があるのであれば、月にも重力があるはずで、月と地球はお互いをつなぎとめるように引っ張り合っているいるのではないかと考えました。そして、ニュートンはリンゴが落下する現象と天体の運動は同じ原理に基づいているという結論に達しました。

 ニュートンは質量をもつ物体の間には、お互いに引き合う力が働いていると考え、「万有引力の法則」を導き出しました。ニュートンの時代は宇宙で実験することはできませんから、身の回りの現象をヒントに宇宙でどのようなことが起こるかを天体観測の結果に照らし合わせてながら思考実験で考えたわけです。

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