「月や人工衛星は重力と遠心力がつりあって、浮いているんですよね？」って、まだ遠心力を信じてる？

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以前、何かの講座で遠心力の話が出ました。
まだ貸し会議室でセミナーを開催していたころで（その会議室のあった建物は今は分譲マンションになりました）、理科系の有名私大の学生もいましたね。



鬱か何かについての講座だったのですが、冒頭で遠心力の話になりました。

そこでのこちらからの質問は「なぜ月は落ちてこないの？」でした。

まあ大概の教育を受けた人は「重力と遠心力がつりあっている」と答えます（たぶん、僕も面倒なので、そう答えます）。

でも、さらに突っ込んで聞いたのは「遠心力って何？」です。
いや、定義を聞いているわけではありません。
たとえば「その遠心力とやらは、物理学における４つの相互作用のどれに当てはまるの？」というのが質問です。

４つの相互作用、もしくは４つの力は言うまでもなく、重力、電磁気力、強い相互作用と弱い相互作用です。

遠心力はどれにも当てはまりそうにありません。




「月はなぜ落ちてこないの？」という子供の質問に対して、「重力と遠心力がつりあっているからだよ」と答えるのは簡単です。
でも、それは「落ちてこないのは、落ちてこないからだよ」、と答えるくらいに単なる定義の移動であり、質問の言い換えでしかありません。


バケツに水をいれて、振り回しても水はこぼれません。バケツがひっくり返る瞬間があっても、バケツの底に向かって水は張り付いています。これは遠心力のせいだとされます。

遠心力とは、中心から遠ざかろうとする力のことです。
重力に対して、ちょうど正反対に同じ大きさで遠心力が働くので、月は浮いていられるのです、、、、

と、そう説明されます。

でも、我々としては「まだ遠心力を信じているの？」と問い直したいのです。

「まさか、まだ太陽は昇ると思っている？」というのと同じです。


結論から言えば、ファインマンさんではないですが、遠心力とは見かけの力です。（ちなみにファインマンさんによれば重力すら見かけの力です。力に見えるだけで、それは測地線を通って、物体が最短距離を移動しようとしているだけです。だから重力を持たない光が曲がるのです。重力が質量に対して働くとしたら、、、重さを持たない光が影響を受けるのは不思議ですし、ブラックホールに光が吸い込まれるのも意味不明となります）


遠心力とは慣性力のことです。

野球のボールを投げると、初速のまま飛び続けようとします。これが慣性力です。
物体は運動の状態を変えたがりません。
物理空間における物質のホメオスタシスとも言えるものが、慣性力です。

静止しているものは静止し続け、動いているものは動き続けます。

運動の状態を変えるためには、力が必要なのです。
運動の状態を変えるときに加速するので（減速も加速の一つ）、

F=ma

が重要となります。

力＝質量×加速度

です。

速度というのはどうでも良いのです。正確に言えば、等速度運動というのはどうでも良いのです。それは単なる慣性運動だからです。

慣性運動が状態を変えるとき、静止していたものが動き出したり、速度を変えたり、走っていたものが止まるときに、力が必要なのです。そこに加速度があるからです。

すなわち、物体があって、運動状態を変える（加速度がある）ときに、力が生じているということです。力は目に見えず、力が働いた結果であるところの運動状態の変化（加速度）は時間の中で観測されます。



で、話を戻しますが、遠心力は慣性力なのです。
たとえば、何かボールに紐をつけて振り回したとします。
振り回している表紙にヒモが切れたり、手からヒモがすっぽ抜けたら、あらぬ方向へ飛んでいきます。

これが本来の慣性力です。

月は本当は彗星のように地球から離れていきたいのです。しかしそれには速度が足りないのです。重力がなくなれば、すっぽ抜けたボールのように宇宙を直進していきます。
この直進成分に重力が働くので、公転運動をしています。



平たく言えば、月もリンゴも落ち続けているのです。
リンゴを第一宇宙速度で投げれば、人工衛星になります。
そのときにリンゴは人工衛星同様に落ちています。ただ地球がフラットならいつか落下できるのですが、我々の地球は球体なので、どこまでいっても地面にたどり着けないというのが月とリンゴと人工衛星のカラクリです。

遠心力とは見かけの力であり、慣性力の一種です。もちろん慣性力も言葉の綾みたいなものです。慣性力は力ではなく、物質は外から力が加わらないと運動状態を変えないという原理からくるものです。

動きの状態を変えないというのが宇宙のカラクリです。そして変えるときというのはF（力）が働くときだけなのです。


自分がよく知っていると思っていることを、少し丁寧に考え直してみると、いろいろと盲点が外れてきます。抽象度が上がると、いろいろなことが整合的に見えるのです。

ニュートンの偉大さは月とリンゴを同じものだと見抜いたことですし、天と地を繋いだことです。遠心力という言葉に惑わされると、そのインパクトがボケるのです。


本日のリニューアル版寺子屋は情報理論のシャノンです。

実は今年はシャノンの歴史的な『通信の数学的理論』（A Mathematical Theory of Communication）が発表されてちょうど７０年の記念すべき年です。世界中できっとシャノンを称えるイベントが開催されているでしょう（多分！）




通信の数学的理論は「情報」という言葉がはじめて数学とコンピューターサイエンスの世界に生まれ落ちた記念碑的な作品です。「情報」という言葉は非形式的に使われてきましたが、シャノンによってはじめて形式化されました。

我々が情報空間や情報というのが、なんとなく分かりにくいのはある意味では当然です。まだまだ若い概念であり、そしていまだ我々のところまでトリクルダウンしていない概念なのです。

というわけで、今回も楽しく学びましょう！


【リニューアル寺子屋『シャノンの情報理論　〜bitと無知の手触り〜』】
【日時】　１月３０日（火）　19：00～21：00（21：30まで質疑応答！）
【場所】　東京・四ツ谷の「まといのば」のセミナールーム
【受講料】　 ３万円（銀行振込、もしくはPayPal決済）
【受講資格】　ブログ読者
【持ち物】　筆記用具と熱い情熱
【お申し込み】お申し込みはこちらから。


【書籍紹介】