重力と時空のゆがみの関係をわかりやすく解説

重力は時空のゆがみとして説明されることがありますが、なぜ物体は下向きに引っ張られるのか疑問に思う方も多いでしょう。この記事では、時空の曲がりと重力の関係を直感的に理解できるように解説します。

時空のゆがみとは何か

アインシュタインの一般相対性理論では、重力は質量やエネルギーによって時空が曲がる現象として説明されます。質量のある物体は周囲の時空を歪め、他の物体はその歪みに沿って運動します。つまり、重力は『時空の地形』を移動することによって生じる見かけの力です。

地球の周りの時空は球対称に曲がっています。地表近くの物体はこの球状の曲面に沿って自然に中心方向に移動しようとするため、下向きの力として感じられます。平面にだんだん深くなる穴の比喩は、2次元的な理解を助けるためのものです。

時空の曲がりは光の経路にも影響を与えます。横方向から来る光も曲がるため、地球の重力場の影響で星の位置がわずかにずれて見える現象（重力レンズ）が観測されます。光が曲がるのは、光が時空の最短経路（測地線）に沿って進むためです。

よく使われる『穴の模型』はあくまで2次元表現であり、時空の3次元＋時間的な性質を正確に表してはいません。下向きに落ちるように見えるのは、球状の時空曲面に沿って自然に運動するからであり、真上しか見えないということはありません。

重力は質量によって生じる時空のゆがみの影響として説明できます。物体が下向きに引かれるのは、時空の曲がった形に沿って自然に運動するためであり、光も同様に曲がります。穴の比喩は理解の助けとなりますが、完全な表現ではないことを理解しておきましょう。