静的な「距離」と、動的な「速度」(動的エネルギー)に関係があるというのが、宇宙構造でしたが、
「質量」に対して、どのような静的な関係と、動的な関係があるというのが、
「宇宙エネルギー構造」になります。
それぞれの天体が保持している「質量」をエネルギーに変換した量を、
「質量エネルギー」と呼ぶことにします。
質量エネルギーは、アインシュタインの質量とエネルギー変換のことで、
次のように表します。
- Em:質量エネルギー(kg (km/h)2)…本サイトではこれをjeと表します
- m:質量(kg)
- c:光速度(km/h)
そして、「質量エネルギー」に対しても、宇宙構造は成り立ちます。
つまり、距離の比による静的なエネルギーと
速度の比による動的なエネルギーが、
バランスしているということです。
この式は、光速(c)でも成り立つので、
光速時の基準軌道半径を(ac)とすると、
任意の基準軌道半径(a)とその位置の公転速度(v)は、
![](https://endylabo.com/wp-content/uploads/2021/04/5311d019f28353994f898ae4b5501357.png)
と表すことができます。
「質量エネルギー」に対する、距離の比による「静的エネルギー」と
速度の比による「動的エネルギー」のバランスを、
「宇宙エネルギー構造」と呼ぶことにします。
静的エネルギー(the Static Energy)
宇宙エネルギー構造の左辺は、
距離の静的な比率のエネルギーなので「静的エネルギー(Sa)」と呼ぶことにします。
- Sa:静的エネルギー(je=kg km/h)
- Em:質量エネルギー(je)
- ac:光速時基準軌道半径(km)…光速時基準軌道半径(ac)は、下で説明します。
- a:任意の基準軌道半径(km)
おそらくニュートンは、静的な部分だけに注目したような気がします。
なぜかといえば、ニュートンの運動方程式は、
![](https://endylabo.com/wp-content/uploads/2021/04/d26ef772a1f8a55ac56028b78449fc9c.png)
右辺には、距離(r)の静的な情報しかないからです。
運動的な要素は、左辺のFに暗黙的に入っていますが、
力は、F=mα(α:加速度)で、
この式をかいてしまうと、mが消えてしまい、
![](https://endylabo.com/wp-content/uploads/2021/04/4b12b22748ab8a0782c8befb4683c376.png)
となり、加速度の式になってしまい、
力の方程式にならなかったので、
あえてFとしたのだと、勝手に想像するわけです。
とにかく、同じ変数は約分してしまうのが、常です。
まあ、そんなことはどうでもいいわけですが、
話をもどして、この「静的エネルギー」の大きさは、
2体間の距離に反比例します。
つまり、距離が遠くなるほど、小さくなります。
物理の授業で習ったように、万有引力による位置エネルギーは、
距離が遠くなるほど、大きくなって無限遠点に0になるます。
「静的エネルギー」は基準軌道半径aが大きくなれば小さくなります。
「位置エネルギー」は、位置が高くなればなるほど大きくなるので、
「静的エネルギー」とは逆になります。
「位置エネルギー」は、マイナス無限大からはじまって無限遠点で0になる、
と無理やりこじつけた感が、
なにか胡散臭い感じがするのは、私だけでしょうか。
高校の教科書や、物理の本には必ず、無限遠点=0の理論で論じられています!
とりあえず棚にあげておきましょう。
そもそも、無限遠点=0ってどのように理解していいかわからないです。
どこまで行っても ゼロに近づくけれども、
ゼロではないということでしょうか?
「静的エネルギー」と「位置エネルギー」は、こんなイメージです。
![](https://endylabo.com/wp-content/uploads/2021/04/image-35-1024x574.png)
動的エネルギー(the Dynamic Energy)
宇宙エネルギー構造の右辺について考察してみます。
右辺は、速さの動的なエネルギーの比なので
「動的エネルギー(Ava)」と呼ぶことにします。
- Ava:動的エネルギー(je)
- Em:質量エネルギー(je)
- Va:基準軌道半径aの基準起動速度(km/h)
- c:光速(km/h)
また、Em=mc2 より
- m:周回天体の質量[kg]
- va:基準軌道半径aの基準軌道速度
- c :光速(=1.08e9 [km/h])
と表せます。
「運動エネルギー」と区別するために、「動的エネルギー」と命名しました。
運動エネルギーは、位置エネルギーと保存するので、
![](https://endylabo.com/wp-content/uploads/2021/04/016680d53bc6c66f5feb5607cfd3186e.png)
となります。
結局、運動エネルギーは動的エネルギーの半分ということです。
保存ってなんだよって?
保存は、
2つのエネルギーが、
片方が大きくなると、もう片方が小さくなるってことなんです。
だから、半分のところでバランスするんです。
動的エネルギーについては、保存しないのかい?
「しません!」
「ほんとかよ!
そんなのどこにもかいてないじゃん。」
の声を聴きながら、フェードアウトしていきます。
光速時基準軌道半径(ac)…最小基準軌道半径
さて、光速時の基準軌道半径(ac)は、どのくらいの大きさになるのでしょうか。
ニュートンの万有引力の法則より、
え〜ニュートンの法則を使うんかい!
はい、使わせていただきます。きっぱり。
それは、正しいからです。ほぼ…
周回天体の長半径aの中心天体方向のエネルギーは、(方向は無視して大きさのみ)
- G:万有引力定数
- m:周回天体質量
- M:中心天体質量
- a:中心天体と周回天体の距離
となります。
ニュートンのこの方程式は、距離に依存しているので、
F(a)と書けるので、
静的エネルギーとみなすことができるので、
ほんとうか〜
大丈夫です。
と仮定すると、(少し弱気になった感が漂う)
万有引力定数を使った中心天体方向のエネルギーと
静的エネルギーは、同じ値になるので、
![](https://endylabo.com/wp-content/uploads/2021/04/ab6c56220f2b524f52c3a9d8f4bdeabe.png)
となります。
ここで比例定数
を宇宙エネルギー定数Uと定義すると、かってに命名!
となります。
宇宙定数は、
約U=7.42e-31km/kg
になります。
これは、中心天体と周回天体の質量がわかれば、
光速時の半径(最小基準軌道半径)がわかります。
宇宙全体で、どこにいても、質量さえわかれば、
最小の基準軌道半径わかります。
光速(c)時の基準軌道半径acは、シュワルツシルト半径の半分になります。
余談ですが、シュワルツシルト半径は、ブラックホールと関係があるらしいです。
その半径の中に入ると光さえ脱出できないって噂です。
画像が最近撮られたので、まず間違い無いとおもいます。
(雑誌『NEWTON』にも載ってました。
『Nature』にも載ったらしいのですが、取って無いのでわかりません)
光速の最小基準軌道半径って、
シュワルツシルト半径の半分ってどういうこと?
![](https://endylabo.com/wp-content/uploads/2021/04/image-11-1024x605.png)
静的エネルギーの最大は、上グラフのSc=mc2のエネルギーの大きさになります。
つまり、それ以上のエネルギーは発生しません。
ブラックホールもみつかったことだし、
そのうちはっきりするでしょう。
動的エネルギーと静的エネルギーの関係
動的エネルギー(Ava)と静的エネルギーの関係は、次のグラフのようになります。
中心天体から、akm離れたところの静的エネルギーは、
だから
それを、X軸距離、Y軸エネルギーとしてあらわした曲線を、
静的エネルギー曲線(S曲線)と呼ぶことにします。
静的エネルギーS曲線は、
中心天体と周回天体2体の質量がわかれば、決まります。
軌道は、その静的エネルギーと、
周回天体の保持している動的エネルギーの比較で決まります。
このあとの、軌道のところで詳しくお話しします。
ここで、問題になるのは、いや疑問なのは、
「静的エネルギー」と「動的エネルギー」がどこにあるかということです。
これは想像ですよ。想像。
天体自身が、両方のエネルギーを保持しているのではないかと。
そうすると。
アシモ君(古い)のように、自走して動けるのでは無いかと。
引力のような、
外的な力で、天体が動くのではなくて、
天体は、静的エネルギーと動的エネルギーのバランスによって、
自走して動くのでは無いかと。
そして、静的エネルギーは、
宇宙から天体に補充されるのではないかと。
どうやって?
まあ、それはそれで置いておいて。
おいおい
誰にも言わないでくださいよ。
2対間で、中心天体の質量の歪みでできたエネルギーが
宇宙空間を通して周回天体に補充されるようなイメージではないかと。
![](https://endylabo.com/wp-content/uploads/2022/04/image-2-1024x819.png)
想像の域を超えませんが、
宇宙空間を光速で万有引力が働くより、
現実的で無いかなあと思います。
2対間のエネルギーのバランスは、
時間は関係ないから、瞬時に補填されるはずだし
まあ、月のエキセントリックな軌道の動きが、
「静的エネルギー」と「動的エネルギー」のバランスの関係使った、
月の自走理論(理論にしちゃったのか〜)で証明できれば、
現実味がでてくるけどね
そうだね