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地球の運動と速度

朝起きて、夜に寝る。電灯も無い、長い歩みの中で生命を繋いで来たこの貴重な星が地球である。日常生活で、人が感じる世界は自分が宇宙の中心に居て、あたかも太陽が地球の周りをまわって、1日・1年を刻んでいるように感じる。地球がどんな運動をしていようが、自分の身の回りに考えなければならない問題はない。学校で、理科の時間に学習する運動方程式も、地球がどんな運動をしているかは決して問題にしない。陸上競技の100m競争で、走る方向が東西南北どちらでも無関係である。それは地球の表面が全ての運動の速度の基準にして問題が無いからである。それを「慣性座標系」と言うと考えて良いだろう。しかし、自然科学では、宇宙はどのように生まれたか等と、トンデモナイ事に疑問を抱く。そんな話になれば、地球の運動を考えに入れなければ、宇宙論には成るまい。今は、「地動説」で太陽を中心に地球の自分が廻っていると理解している。地球の運動を何故取り上げたかと言うと、先にエネルギーと空間と質量の記事を書いた。質量とエネルギーは等価であると述べた。運動エネルギーは質量になると解釈した。それでは、物理学で取り上げている、運動方程式の本当の意味をどのように解釈すべきかと疑問が湧いて来た。最先端の物理学研究論では、ブラックマターとか暗黒物質とかの話題が論じられている。宇宙論を展開する科学者集団が有る。自分も少しは理解したいのだが、基礎理論が見えなくて、取り付く方法が分からない。自分なりの理解で基礎を抑えようとすると、余りにも単純な事から考えなければならなくなる。それが自分が立っている地球の運動の意味を理解しようと思ったのが切っ掛けである。物理学で、運動エネルギーを解釈するのに、地球の運動も宇宙論では当然取り組まなければならないと思う。ブラックマターと言う意味はどのような基礎概念の上に提唱されたものであるかを理解したい。市民が理解できるように、その意味を専門家は説明する責任が有ると思う。地球回転運動

地球の運動を簡単に図に描けば、右のようになろう。Sを太陽、Eを地球とする。回転軸の方向を、単位ベクトルk_s  および k_e で表す。実際の軸ベクトルの方向は同じではないが、簡単のためにそのスカラー積が1(方向が同じと言う意味)であるとした。角速度ω_s は太陽を中心とした地球の回転運動の速さを表す。その角速度を、太陽Sに対して地球が張る半径R_s の掃引面(円平面)に垂直な軸ベクトルとする。一応右螺旋の向きで、方向を決める。

さて、円平面上に直交座標 x(t)i+y(t)j=r(t) で、地球の位置ベクトル r(t)を仮想する。ただし、i ,j はそれぞれ単位ベクトルとする。この半径座標ベクトルr(t) は地球の位置座標を表すと考えられる。右図の半径R_s が時刻t の関数であるから、ある時刻tの位置とすれば、r(t)=x(t)i+y(t)j =R_s {i x(t)+j y(t)}/ {x(t)^2+y(t)^2} で地球の位置を認識出来る。斜文字をベクトルとする。ただし、時間の基準は r(0)=x(0) i に取り、またR_s=√{x(t)^2+y(t)^2} である。空間ベクトルについては、空間ベクトル解析と単位ベクトルに参考記事。

そこで、地球の運動を速度から単純な計算で算定してみた。公転軌道の半径さえ分からない。だから、適当に太陽から地球に陽の光が到達する時間が8分と言う事だけで算定した。

地球公転・自転速度その結果が右のようである。厳密なベクトル式で表現すれば、公転と自転のそれぞれの速度のベクトル和で表される。ただ、地球の運動を公転と自転で比較すると、太陽基準空間に於いて、我々の運動する空間速度Vは殆どが公転速度で決まることが分かる。地球の自転速度は0.0162の比率分しかない事になる。1.6パーセントでしかない。自分の空間速度は公転でほぼ決まっている事になる。概略であるが、毎秒地球が30㎞弱の速度で運行している。昔、マイケルソンとモーリーと言う二人の物理学者が地球の運動が光の速度にどのような影響を及ぼすかを実験で調べた。結果は巧く確認できなかった。その事が、現代物理学の理論に大きな影響を残した。アインシュタインはじめ、ローレンツ等の物理学者が、その実験事実を捉えて、実験が全ての意味で正確で誤りが無いものとの認識の下で、理論をつくりあげたと思う。ローレンツ収縮や特殊相対性理論等である。光の速度と光の寸法(波長)および実験装置の寸法誤差(何オングストロームの寸法誤差)等が如何に正確に設定できるかをどんな方法で確認したのかという点でも信じられない理論である。更に、光の速度と地球上の実験装置の空間速度の意味をどのように解釈したかも、難しい論議になる。ほぼ30[km/s]の地球速度で解釈しているようだが、それは公転速度で、実験装置の地球上での回転とはあまり関係ないことになる。そんな事からも光に関する相対速度の理論は信頼できない。これは余談である。さて我々が運動方程式を立てる場合に、運動は慣性座標系と言う地球上の目の前の空間だけを認識すれば良いことになっている。しかし運動方程式が物理現象の厳密な原理から得られるとすれば、地球の運動を考慮しないで済ませられる訳は『何故か』について答えなければならない筈だ。それは、ブラックマターの問題にも通じる話となろう。運動エネルギーが質量と等価だと言う事から、この地球の保有するエネルギーと質量をどのように認識し、算定するかと手も足も出ない事に首を突っ込んでみたが、自然の重層構造に今のところ脱帽する以外ない。しかし、理論が本当に正しいかを常に疑問を持ちながら、理解する必要が有ろうと言う点で、取り上げておくべきと思った。

太陽の寸法測定と光空間

(2012/06/06) 追記。空間の寸法、距離は光の速度が決める。その速度が一定速度『光速度』である。宇宙は星星の運動空間である。星の速度は何に対して定義するか?その基準が宇宙論には定義されていない。空間の定義が無い曖昧な宇宙論になっている。その空間の定義を決めるのが『光の速度』である。その光が決める空間を『光規定空間』と定義する。それを下の記事で解説した。地動説は太陽に対して、太陽を中心とした「太陽系」の地球等の公転・自転の見方を捉える考え方である。しかし太陽系も大きな渦の中の一つの星座系でしかないのである。太陽も運動している。決して静止している訳ではない。その太陽が何に対して運動しているかという問題である。その基準空間が『光規定空間』であると解釈すべきである。光が直線で伝播すると言う基本を空間規定の「宇宙公理」と看做すのである。光が直線で伝播すると言うその意味を厳密に捉えているかどうかの問題でもある。先般の金環日食の観測から太陽の寸法を確定するというニュースが有った。しかし太陽からの光が地球に到達するのに約8分かかる。太陽が光空間に対して運行速度を持っているとすれば、「金環日食の陰から太陽の寸法は測れない」事を言いたいのである。それを一つの図に表現してみた。図では少し誇張して公転速度を拡大表現してある。もし光の伝播軌跡に対して、太陽が静止していると仮定すれば、地球が公転してE_1_の位置なら太陽からの8分前の光が地球に到達する。しかし太陽だけが宇宙の天体の中で、運行速度ゼロと言う事は考えられない。もし太陽の運行速度がV_s_とすれば、地球の公転に因る位置は太陽に吊られて、E_2_の位置に在ることになろう。その時の金環日食の像は8分前の太陽からの影像を観測することになる。それは太陽の寸法には成らない筈である。

突然記事を投稿したくなった。今朝のニュースを見て、自分には理解できなかったからである。先日の金環日食に基づく観測からの「太陽の直径測定」の話である。私が理解できないと言う意味は「宇宙の天体はすべて運動している」事に関する点である。太陽の運行速度は幾らかと光が直線で進行伝播する事。宇宙論の論考の基準に何を根拠にして論じるかの命題である。光は直線的に進む。と言う意味一つをどのように考えるかの基本を決めなければ曖昧な論理になる。人は自分が世界の中心に居ると考えやすいと思う。しかし世界の中心は『光が決める』ものと私は考えている。素人の単純な頭で考える事は高が知れている。難しい数学は手に負えない。「アインシュタインの特殊相対性理論は詭弁論」と言い続けて来た。ただ電磁気学の矛盾から、光の相対速度に辿り着いたのが基本にある。光が世界の王者だと言う意味を単純に表現できないかと考えて、一つの図面に現わしてみた。天体(自転なし)の光軌跡。光の速度は途轍もない速さである。天体の運行速度と光の速度を1つの図面に描き表すなど出来ない。しかし考え方を表現するには光の速度が遅いと考えて仮想することは可能であろう。天体は運行に伴い先ず自転していると考えて良かろう。しかし光の軌跡を表現するに、天体が自転していたら複雑な軌跡になるので、単純化の為に自転なしの天体を仮想した。『光規定空間』に対して運行速度V_S_の回転運動体とする。天体の決まった1っ点から光を放射し続けたとする。各位置0,1,2.・・・8の1周した時の光の位置は『光軌跡』のような線上に瞬時パルスの光が存在すると考えられる。同一方向に『光速度』で光パルスのエネルギーが伝播するから、その瞬時瞬時の位置が光速度で『光軌跡』の形状のまま拡大すると解釈する。これが『光規定空間』と言う意味の1つの説明である。これから続いて述べてゆきたい。

光観測とドップラー効果 (2012/07/21) 記。今まで、纏める事もせずに来た。何も難しい事は述べていないつもりでいる。抽象概念や高等数学も必要のない話しかない。ただ科学者の論理と殆ど異なる視点で、あるいは反する論理で述べている。単純な思考を具象空間で捉える事に絞った論である。光は『一定の光速度』で直線的に進行する。だから我々が光を観測する時、地球という運動体からの観測であるから、必ず『相対速度』でしか光を観測出来ない。マイケルソン・モーリーの実験ではそれを示せなかっただけであり、着眼点は間違っていない。だだ、光の伝播空間の媒体や空気の密度分布状況で、その一定速度も当然異なるのである。太陽光線の朝日、夕陽あるいは夕焼けなどにその一端が見れる。すべて光観測は「ドップラー効果」の下での観測に成る。これだけでは意味が分からないかも知れません。改めて、別の稿で論じたい。