一般相対性理論は複雑な理論ですが、落下する物体を想像すると、その輪郭を追跡するのに役立ちます。 （ここでは、地球の周りにGPS衛星が表示されています— GPSは正確な位置を与えるために相対性に依存しています。）
（画像：©NASA）
ポール・サッター の天体物理学者です オハイオ州立大学 と主任科学者 COSIサイエンスセンター。サッターはまた、宇宙飛行士に聞く「と」宇宙ラジオ、」とリード AstroTours 世界中で。サッターはこの記事を寄稿しました Space.comの専門家の声：Op-Ed＆Insights.
一般相対性理論は人間の理解の最大の偉業の1つであり、肥沃な想像力と、たった1つの心の鋭い数学的輝きから生まれたという事実によって、さらに印象的になりました。理論自体は、自然の「古典的」（つまり、非量子）モデルの最後で最も永続的なものであり、過去100年間でより洗練されたものを思い付くことができないことは、スマートアルバートアインシュタインだった。
アインシュタインの天才のもう一つの証は、完全な理論を構成する複雑で相互に関連した方程式の絡み合ったスパゲッティにあります。アインシュタインは美しい機械を作りましたが、ユーザーマニュアルを正確に残してくれませんでした。理論の最終形につながった7年間の自責の拷問で彼の道をたどることができますが、その発展経路はアインシュタインの腸の直観の多くによって導かれたため、単なる人間が同じ盲目的なジャンプをするのは困難です彼がした天才。
要点を説明すると、一般相対性理論は非常に複雑であるため、方程式の解を発見すると、その解にちなんで名前が付けられ、それ自体が半伝説になります。カールシュヴァルツシルト（ブラックホールの幾何学を理解した男）が家名（または少なくとも物理学部の名前）であるのには理由があります。 [アインシュタインの一般相対性理論：簡単な説明]
ジオメトリは運命です
一般相対性理論の絶対的な核心であり、完全に受け入れられる代替名は、地球力学です。さあ、大声で言ってください—楽しいです。一般相対性理論が重力をモデル化する方法は、時空自体の動的な操作によるものです。理論によれば、物質とエネルギーの存在はそれらの物質を取り巻く基本的な時空の幾何学を変更し、その変更された幾何学は運動に影響を与えます。
この関係は、一般相対性理論の理論全体である等価原理（E.P.）の根底にある、この概念を無視できない最も重要な根本から生じます。この原理は、慣性質量（オブジェクトを動かすために必要な力）は重力質量（オブジェクトが重力に応答する程度）と同じ特性であるという仮定です。そして、これは重力シバン全体を解き放つ鍵です。
その同等性を使用して、ジオメトリと重力の関係を視覚化するのに役立つシナリオを想像できます。あなたが地球の上空を周回しているように見せ、穏やかに大陸と海があなたの視点の下を転がるのを見ています。
次に、ジャンクの箱を開けます。
破片があなたから離れて浮かんでいるとき、あなたはあなたが今したことの影響を熟考します。確かに、これで衛星や将来のミッションに大きなリスクをもたらす潜在的に危険な破片の雲が作成されました。しかし、さらに考えると、あなたの心は和らぎます。あなたは科学実験を行っています。等価原理は、形状や質量に関係なく、これらすべての破片が、他の計算を必要とせずに地球の重力の影響を完全に追跡することを保証します。これは、E.P。のおかげで、重力に特有のものです。 [なぜ相対性理論の真実：アインシュタイン理論の証拠]
ルールを曲げる
宇宙に投げ捨てられたジャンクがどうなるか見てください。たまたま、完全に水平な線から始まる人もいます。しかし、オブジェクトが地球に落ちるとき、それらは地球の中心に向かってまっすぐに向かう直線に従います。それらを注意深く見ると、下に向かうにつれて徐々に収束していくのがわかります。彼らが固い地球を通り抜けることができたならば、彼らは結局まさに中心で衝突するでしょう。
他のがらくたは、地球に向かって完全に垂直な線で、互いに等間隔で始まる可能性があります。彼らも倒れるだろう。しかし、ラインの前の幸運な人は、地球に少し接近しているため、少し速く落下し、最後の列は少し遅れています。したがって、破片が降下を続けると、垂直線でゆっくりと分岐します。
場合によっては、収束し、道が狭くなることがあります。他の場合では、私たちは発散し、軌道を広げます。どちらの場合も、パスは完全に平行または均一に始まりますが、文字が変わります。これらの変化する経路は、数学者がまさに「曲率」の言語を使用して表現するものであり、それが幾何学の言語です。
丁、丁、丁。そこにそれがある。等価原理は、落下するジャンクの経路が重力の性質について直接通知し、それらの同じ経路が基礎となる時空の複雑な形状を明らかにすることを示しています。つまり、その重力は時空のジオメトリです。
地球力学。
脳を伸ばす
t時空の「時間」は完全な理論にとって非常に重要です。おそらく、科学博物館のデモや、一般相対性理論に関する記事に添付された、引き伸ばされたゴム製シートのように見えるグラフィックをご覧になったことでしょう。惑星、星、ブラックホールなどを表す重いボールが中央に配置され、布地を引き下げます。シート上で他のボールを転がすと、重力の「影響」が明らかになります。ボールは直線をたどろうとしますが、そのパスは基礎となる曲率によって偏向されます。
そのデモは、最初の幼稚園の紹介としては申し分ないですが、私たちは今、幼稚園をすり抜けています。リアルタイムの「ダウン」はなく、湾曲は2次元ではなく4次元で発生しています。視覚化するのが少し難しいので、通常は単純なデモに戻ります。
巨大なオブジェクトがその近くの静的空間を歪めることは事実ですが、それは全体像の半分にすぎません。質量は時間の次元にも影響し、通過するオブジェクトが可能な軌跡を変更することで影響します。
すべてのオブジェクトには、ライトコーンと呼ばれるもの、または光の速度よりも遅い速度でオブジェクトが到達する可能性のある目的地のセットがあります。ほこりのほこりが太陽のそばを駆け巡るのを想像してください。ライトコーンによって、将来の可能性が広がります。しかし、ほこりが太陽に近づくと、その巨大な火の玉の重力が、ほこりのライトコーンを太陽自体の方向に傾けます。ほこりには新しい、より具体的な未来が割り当てられています。いくつかの目的地は立ち入り禁止（新しいライトコーンの外側）ですが、他の目的地は開かれています。
これは髪の毛を分割するように見えるかもしれませんが、空間の静的な曲がりと光円錐の変化は、別の場所で一般相対性理論の数学に現れ、2つの効果を組み合わせることによってのみ、完全な（そして正確な！）予測を得ることができます。理論。空間と時間の両方を一緒に考慮する必要があります。あなたはone.uを無視することはできません
言い換えれば、重力は時空の幾何学です。地球力学。
「真剣に、重力とは何か？」というエピソードを聞いて詳細をご覧ください。 （パート3）」、「Ask A Spaceman」ポッドキャストで、iTunesとWebサイト（http://www.askaspaceman.com）から入手できます。AndrewP.、Joyce S。、@ Luft08、Ben W.、Terに感謝この作品につながった質問については、B。、コリンE、クリストファーF.、マリアA.、ブレットK.、bryguytheflyguy、@ MarkRiepe、ケネスL.、アリソンK.、フィルB。、@ shrenic_shah！質問してください。 Twitterで#AskASpacemanを使用するか、Paul @ PaulMattSutterおよびfacebook.com/PaulMattSutterをフォローしてください。@ Spacedotcom、FacebookおよびGoogle+をフォローしてください。Space.comのオリジナルの記事です。
