アインシュタインと測地線：物体が地球中心に向かって落ちる理由

物体がどの方向に落ちるのか、地球上のどこにいても「地球の中心に向かって落ちる」と感じますが、アインシュタインはこの現象をどのように解釈したのでしょうか？本記事では、「最も自然な経路」や測地線の意味について解説し、アインシュタインの視点をわかりやすく説明します。

アインシュタインの一般相対性理論と重力

アインシュタインの一般相対性理論では、重力は物体が周囲の時空をどのように曲げるかによって説明されます。これにより、地球の中心に向かって物体が落ちる現象も、単に引力の作用ではなく、時空の歪みとして理解されるようになります。

地球は非常に大きな質量を持っており、その重力場は周囲の空間を曲げます。この曲がった空間内で、物体は「最も自然な経路」、すなわち測地線に沿って動くのです。測地線とは、空間を曲げた場合の「直線的な経路」で、物体はその経路に沿って進みます。

測地線とは何か？

測地線は、曲がった空間内で最も自然な経路を指します。通常、私たちは平坦な地面上にいるとき、最短の距離は直線だと考えます。しかし、空間が曲がっている場合、その「直線」は実際には曲線になります。測地線とは、時空の曲がりに従って、物体が進む最短経路のことを指します。

例えば、地球上では、物体が落下する際、その経路は地球の中心に向かって曲がった測地線に沿っているのです。このため、どこにいても物体は地球の中心を目指して落ちることになります。

なぜ「最も自然な経路」が重要なのか？

「最も自然な経路」という表現は、物体が周囲の空間を歪めずに進む方法を意味します。アインシュタインの理論では、物体は時空の曲がりに従い、他の力が加わらない限り、その経路に沿って動きます。重力はこの時空の歪みを引き起こす力であり、物体が最も自然に進む方向は、歪んだ時空の中で最短の距離となる測地線を描くのです。

これを理解することで、地球上で物体が中心に向かって落ちる理由が明確になります。単に重力が作用しているからではなく、物体が「時空の歪み」に従って進んでいるからです。

まとめ：アインシュタインの重力観と測地線

アインシュタインの一般相対性理論では、重力は物体が時空をどのように歪めるかによって説明されます。物体が地球中心に向かって落ちるのは、その周りの時空が曲がり、物体がその曲がった空間内の最短経路、すなわち測地線に沿って進むためです。この理論によって、従来のニュートン力学とは異なる視点で重力が解明され、物体が落ちる理由が新たな理解へと導かれました。