geodesic

2011年にNASAによって実証された
アインシュタインが一般相対性
理論で述べた重要な予言の1つ
といえば「◯◯◯効果」?
地測天線
点量海面
測地線(答)
20%

アルベルト・アインシュタインが一般相対性理論で述べた2つの重要な予言が、NASAの重力探査機B(GP-B)ミッションによって実証され、5月4日に発表された。 調査を指揮したアメリカ、カリフォルニア州スタンフォード大学のフランシス・エベリット氏は記者会見で、「アインシュタインの理論を検証する画期的な実験の結果、彼の予言は正しいことが証明された」と述べた。

 GP-Bミッションが開始されたのは2004年。物体の傾きを極めて正確に感知するジャイロスコープ4台を衛星に搭載し、アインシュタインの重力理論における2つの側面が正しいか調査した。

 一つ目は「測地線効果」、すなわち惑星など重力体の周囲で発生する時空の歪みだ。地球をボウリングのボール、時空をトランポリンと考えるとイメージしやすい。トランポリンの上にボールを載せるとへこむように、時空も地球の重力によって歪んでいる。

 GP-Bが検証した重力に関するもう一つの予言は、回転する物体が時空を引きずる「フレーム・ドラッギング」効果だ。

 GP-Bには恒星の方向を測る光学機器「スター・トラッカー」を搭載。上空約650キロの極軌道での調査中、機器の一端をペガスス座の連星「IMペガシ(IM Pegasi)」に向け続けた。

 アイザック・ニュートンが考えた宇宙、すなわち測地線効果やフレーム・ドラッギングが発生しない環境では、ジャイロスコープはIMペガシに対して永遠に傾かない。

 一方、アインシュタインの理論が正しければ、ジャイロスコープの回転軸の方向は、地球の質量と自転の影響で徐々に変化することになる。

「例えば自転する地球を蜂蜜のビンに沈めたとしよう。蜂蜜や中の物体も引きずられて回ることになる」とエベリット氏は説明する。「同じことがジャイロスコープでも起こっている」。

 調査チームはデータを綿密に調べ、ジャイロスコープの角度が1年間に約6600ミリ秒角(約0.0018度)ずれていると発見した。「1ミリ秒角は16キロ先の人毛の太さに相当する。GP-Bの高精度でなければ確認できなかっただろう」とエベリット氏は語る。

 実際、非常に小さな変化なので、アインシュタインは測定不能だと考えていた。1953年の著書『The Meaning of Relativity』(邦題:『相対論の意味』)に、「フレーム・ドラッギング効果は理論上存在するが、その規模は小さすぎるため実験室では確認できない」と記している。

 偉大な科学者の予言を証明したエベリット氏は今回の結果に満足している。「NASAの尽力で実際に測定できたのは大きな進歩だ」。
引用元:NASAの衛星、一般相対性理論を実証 | ナショナルジオグラフィック日本版サイト https://natgeo.nikkeibp.co.jp/nng/article/news/14/4210/

測地線
そくちせん
曲面上の曲線で、その十分小さい任意な部分が、2点を結ぶ最短線であるようなものをいう。測地線は平面上の直線の一般化である。球面の測地線は大円であるから閉曲線で一定の長さをもつ。直円柱面の測地線は母線と平行円とつるまき線(常螺線(らせん))であり、平行円のみが閉曲線である。一般の回転面の測地線をすべて求めるのはむずかしいが、子午線と平行円が測地線であることは容易にわかる。
 直線はそのいかなる部分をとっても2点を結ぶ最短線であるが、この性質は一般の曲面上の測地線に対して成り立たない。たとえば、球面上では大円上の2点に対して劣弧は最短線であるが、優弧は最短線ではない。また、平面上では2点を通る直線はただ1本であるが、この性質も一般の曲面上の測地線に対しては成り立たない。球面では対心点を通る測地線は無数に存在し、直円柱面では同一円上にない2点を通る測地線は無数に存在する。しかし十分小さな範囲内では2点を通る測地線はただ1本である。測地線は空間内の曲面に対してのみならず、一般のリーマン多様体においてまったく同様に定義される。[荻上紘一]
引用元:測地線(そくちせん)とは – コトバンク https://kotobank.jp/word/%E6%B8%AC%E5%9C%B0%E7%B7%9A-89909