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、

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、

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、

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。

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、

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、

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?

ブラックホール、シュワルツシルト半径、最小基準軌道半径の関係


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。

静的エネルギーと動的エネルギーの関係

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。

最小基準軌道半径


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。


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