Universal gravitation - banyuuinryoku (English spelling) universal gravitation

This is the gravitational force that always acts between objects, and is now often called gravity. It was discovered by Newton in 1665 as a theory that unifies the forces that govern the motion of planets and gravity on Earth, and its magnitude is proportional to the product of their masses and inversely proportional to the square of the distance. Unlike electrical forces, this force has the remarkable characteristic that it acts on all objects and is always gravitational. The name "universal gravitation" describes its nature.

In 1915, Einstein proposed the general theory of relativity, which became a new theory of universal gravitation. This theory is based on the principle of equivalence between universal gravitation and inertia. Inertia is a force that acts in an accelerating system, such as centrifugal force. This inertia is actually a "universal force", and Einstein proposed a theory that considers these two universal forces to be the same, and that these forces are actually imaginary forces that arise simply from the choice of coordinate system. Universal gravitation at a certain point can always be made to be in a state of zero gravity by choosing an appropriate coordinate system. However, the coordinate systems that create a state of zero gravity at each location are coordinate systems that are in accelerated motion with respect to each other. Therefore, if you focus on another point in a zero gravity system at a certain point, it is in a state where gravity is acting. In order to mathematically express the fact that each location has a different zero gravity system, it is necessary to introduce curved space according to Riemannian geometry. The general theory of relativity introduces a view that describes universal gravitation as the effect of the curvature of four-dimensional Riemannian space.

More recently, gauge theories regarding interactions between elementary particles have been successful, and attempts have been made to develop a unified theory from this standpoint. From this standpoint, general relativity is also a type of gauge theory. It is a gauge theory that arises from symmetry regarding general properties related to the coordinates of time and space. This is the origin of the term "universal force" that acts on all things. The gravitational force in general relativity is not necessarily "gravitational force." It is simply a force caused by objects that move or rotate at a speed smaller than the speed of light that happens to be gravitational force.

The quantum mechanical theory of gravity has not yet been completed, and it is recognized that it contains problems far more difficult than other forces. It is believed that the force discovered more than 300 years ago contains the greatest mysteries about matter and space-time.

[Fumitake Sato]

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

物体間につねに働く引力のことで、現在では重力という名称が用いられる場合が多い。1665年、ニュートンが惑星の運行を支配する力と地上での重力とを統一する理論として発見したものであり、相互の質量の積に比例し、距離の二乗に反比例する大きさをもつ。この力は電気力の場合などと異なり、すべての物に働き、またつねに引力であるという著しい特色をもっている。万有引力の名称は、その性質を形容したものである。

　1915年になってアインシュタインは一般相対性理論を提唱し、万有引力の新しい理論となった。この理論は万有引力と慣性力の等価原理を基礎としている。慣性力とは加速度系において働く力で、遠心力などがその例である。この慣性力も実は「万有力」であり、アインシュタインは、この二つの万有力を同一のものとみなすことにより、これらの力は実は単なる座標系の選択に由来する仮想的な力とみなす理論を提唱した。ある点における万有引力は、適当な座標系をとればつねに無重力状態にできる。しかし、場所ごとの無重力状態となる座標系は互いに加速度運動をしている座標系となる。したがって、ある点での無重力系で別の点に着目すれば重力の作用している状態になっている。このような場所ごとに異なる無重力系となることを数学的に表現するためには、リーマン幾何学に従う曲がった空間の導入が必要となる。一般相対性理論は四次元リーマン空間の曲率の効果として万有引力を記述する見方を導入したものである。

　さらに近年になり、素粒子間の相互作用に関するゲージ理論が成功し、その立場からの統一理論が試みられているが、その立場からみると一般相対性理論もゲージ理論の一種である。それも、時間・空間の座標に関する一般的性質に関する対称性に起因するゲージ理論である。このことが万物に作用する万有力の由来である。一般相対性理論での万有引力はかならずしも「引力」とは限らない。光速に比較して小さい速度で運動したり、回転していたりする物体による力が、たまたま引力であるにすぎない。

　万有引力の量子力学的理論はまだ完成しておらず、他の力に比較しても格段にむずかしい問題をはらんでいることが認識されている。300年以上も前に発見された力のなかに、物質と時空に関する最大の謎(なぞ)が含まれていると考えられている。

［佐藤文隆］

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