遠隔力と近接力

(遠隔作用と近接作用)
電磁気学とニュートン力学の齟齬

インターネットで結構勉強できるので
学んでから書こうとしたが、時間が
かかるのでやはり思いつくまま書く。
即ち危うしである。そのうち
学んだら修正します。

私たちのいる世界は、力は何かの物体が
接触しなければ加わらないものである。
馬車は馬が引かなければ前に進まないし、
馬車の発展系である自動車もタイヤが
回転する力で前に進む。力は接触して
初めて伝わる。

ハンドパワーのような
接触することなく物体を動かし、
空中に浮遊させるようなことを
見せられると、マジック=
不思議なこととして見る。

接触して力が伝わるという考え方は、
古典的な物理の考えの根幹を成すもの
である。いやそれ以上にもっと古い、
太古や、いや昭和初期でも、もっと言えば、
今の人でも普通の生活環境では
それが常識となっている。

ニュートンの時代もそうであった。
私の最初の書き物の「なぜ日が昇り
沈むのか」にもあるように、体は骨や
筋肉によって地上に支えられ、また
カーブを曲がる遠心力を支える。
そこにはかならず互いに接触して
力を伝達するものが存在する。

この接触して力を伝えるというものが
近接力(作用)である。

万有引力を発見したニュートンは
困ってしまう。万有引力は接触するものが無いのに
あまねく力を及ぼしあう。
ニュートンはこの万有引力を遠隔力(作用)
というものだとした。

ファラデーは、電荷(電気)にかかる
万有引力と似た遠隔力のクーロン力に
別の説明をつけた。場の考え方である。

場とはある作用を及ぼす空間の分布の
ことではないかと思う。
電荷に対して作用を及ぼす目に見えない
力の3次元空間(空間は3次元しか
ありませんが)の分布状態を電場という。

この場を空間のゆがみとする表記が
結構見ることができる。しかしこれを
空間のゆがみというのはおかしいと思う。
空間がゆがんでいるのではない。
物質の質量間にかかる力の空間の(3次元の)
分布ではなぜいけないのか。
それでは説明にならないということか。

わけのわからない、バズ思考の3次元の
空間のゆがみと、空間の力の分布
とどちらが良いのか、理解しやすい
受け入れやすいかということである。

この空間の力の分布=場という考えは、
ニュートンの遠隔力の考えになる
のだろうか?

このように考えると、万有引力や、
クーロン力(電荷にかかる力)、磁石の力
(現在物理学ではこれもクーロン力
なのでしょうか。)は接触しないで
力を作用するという意味で遠隔力
と呼んでもいいのではないかと思う。

そもそも、遠隔力と、近接力は力を
伝えて作用の仕方が違います。
だからこそニュートンはそれまで知られていた
力を近接力として、万有引力を遠隔力としたのでは
無いでしょうか。

別の観点として、物体を構成する
全ての質点にほぼ同時に力が作用する
力=遠隔力と、物質同士の接した部分を通して
伝わる力=近接力という見方ができると
思います。万有引力と同じように
慣性力も接触しないで、物体を
構成する全ての接点に同時に力が伝わります。
遠隔力を慣性力にまで広げようという見方です

力の作用の仕方という
もう一つの側面に注目したいと思う。

遠隔力は全ての質点にほぼ同時に働く。
近接力は物体同士が触れ合った部分から
物体の構造を通して伝播していく。
この近接力の伝播にはそれなりの時間がかかる。
古典的な遠隔力と、近接力がつりあうとき
近接力の接した質点は平衡していても
まだ近接力が伝播していない内部では
遠隔力である慣性力のみ働きその質点は
移動を止めません。
そうすると近接力が伝わり、
慣性力と釣り合った接触部分と
接触した箇所から遠い内部の
慣性力のみが働く部分との間、
内部で圧力を生ずる。

これが、私たちが感じる、足の裏の重みや、
遠心力の加速度Gである。

空間のひずみや、ゆがみという考えはもう止めましょう。
私たちのいる宇宙は、3次元空間そのままです。
何処へ行っても直交座標が3本描ける広がりに過ぎません。
ありのままの空間の広がりをそのまま受け入れましょう。

遠隔力をこのように考えると、
何が違うかって?
飛行機が落ちれば人が死にます。

慣性力は遠隔力としてして良いか、
ということもありますが、遠隔力としたい。
飛行機で移動している、飛行機と同体の
人を含む全ての物体(人様を物扱いして
すみません)は慣性力を受けます。
墜落によって急激に速度を変えるとき
慣性力は人体の全ての質点(細胞でもOK)に
速さを変えるなと、働きかかります。

一方シートベルトは急激に速度を変え
人の体のシートベルトに触れた細胞の速さを
緩めます。しかしシートベルトに触れていない
細胞は速さを変えるなと慣性力がかかり
その2つの力により人の体は押しつぶされます。

何故そうなるのか。これが遠隔力と、近接力の
本性です。全ての質点(細胞)に等しくかかる
遠隔力(ここでは慣性力)と、触れている
部分から伝わる近接力のなせる業です。

近接力をできるだけ時間をかけて、広い面積で
作用するようにすれば、人は死ななくてすみます。
それは交通事故でも同じです。
これをやってくれるのがエアバッグです。
エアバッグにはもう一つ、加速度を小さく
するという働きもあります。

飛行機でも後ろ向きの座席で、クッションを
つけてやれば、事故の生存者はもっと増えます。
医学的に物理的に体のどの面で
どんな姿勢で、どのくらいのクッションで受ければ
どの程度の加速度に耐えられるかは、少し
研究すれば分かると思います。

衝突した時の、生存率を高めるには
上記に記したように
1)近接力である衝突による力を
できるだけ人体の広い面積で受けるようにする。
2)衝突による力=加速度をできるだけ小さくする
ために、座席などを動くようにする。

1)のためにはさらに人体のどこで
背中か、お腹側かなど、もっと違う部分で、
違う姿勢でなど、どの部分で
力を受けるのが生存率が高まるか
などの検討が必要です。
2)のためには動く座席の動く距離全体に
渡って均一に加速度が加わるように
設計しなければなりません。
この加速度を小さくする動く座席は
距離が短くても(10cm、30cm、
はたまた1m?)効果は大きいような気がします。

いずれにせよ、近接力と、遠隔力は違うし
万有引力は、例え場による力の伝播であっても
近接力と呼ぶべきものではないと思います。

力の作用の仕方、接触して伝播するか
非接触で、全ての質点に作用するかしないかで
分けるべきかと思います。

アインシュタインが言ったからって
万有引力は近接力だ、そうだ、そうだ
というのは少し、思考の停止のような気がします。

また、万有引力は物体を構成する質点の
位置によって力を受ける時間が厳密には
多少ずれます。物体の遠いところにある
分子はそれだけ力を受ける時間がずれます。
しかし、慣性力はまったく同時に作用するような
気もします。慣性力と重力の時間の差は
重大な意味を含んでいる気がします。

また物質が私の言うように空間の領域の
場による性質だと考えると、近接力
遠隔力の考え方も結構変わると思います。

この考え方による解釈の続きはいずれ

筆者:hayana

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