| はじめに |
| 本書の構成について |
| chapter1 ニュートンの重力理論は完璧か？ |
| 宇宙を支配する重力 重力は宇宙の姿や将来さえ決める！ 12 |
| ボールはなぜ落ちる？ ボールを地球に引きつける力・重力 14 |
| ガリレオの実験 軽いものも重いものも落下速度は同じ 16 |
| 質量には二つの種類がある 慣性質量と重力質量の違いは？ 18 |
| エトバスの実験 等価原理を検証する 20 |
| リンゴも月も地球に落ちてきている ニュートンの天才的な発見 22 |
| 惑星の運動について ケプラーの発見した三つの法則 24 |
| 運動の三つの法則 物理の基本・運動方程式 26 |
| ニュートンの重力の法則 惑星の運動は太陽の質量で決まる 28 |
| 海王星の発見 ニュートン理論の勝利 30 |
| ガリレオの相対性原理 止まっているのはどっち？ 32 |
| ニュートンの考えた空間 絶対空間と慣性系 34 |
| 不思議な絶対空間 中心も端もない空間 36 |
| 回転するバケツ 絶対なのは加速度 38 |
| 絶対空間はあるのか 回転しているのはバケツか空間か？ 40 |
| ニュートンの考えた時間 絶対時間 42 |
| 水星の軌道の不思議 ニュートン理論の破綻の始まり 44 |
| コラム（ガリレオのカネもうけ） 46 |
| chapter2 アインシュタインの登場と特殊相対性理論 |
| 光の正体を探る 光は電磁波の一種である 48 |
| 波の性質を理解する 波は振動を伝える媒質が必要 50 |
| エーテルの不思議な性質 地球はエーテルの中を突き進む？ 52 |
| 「エーテルの風」が光の速度を変えるはず 光の速度から地球のエーテルに対する運動を知ろう 54 |
| マイケルソンとモーレーの実験 地球はエーテルに対して止まっているのか？ 56 |
| アインシュタインの疑問 光は止まって見えるか？ 58 |
| アインシュタインの提案 エーテルは存在しない！ 60 |
| 1引く1は、1？ 真の速度の合成則を作る 62 |
| ニュートンの運動の法則は間違いか、新しい運動方程式を作る 64 |
| 光の時計による実験 走っている時計は遅れる 66 |
| 遅れる時計と縮む物差し ミューオンの寿命を考える 68 |
| 時間と空間のからみ合い 4次元ミンコフスキー時空 70 |
| 質量とエネルギー 質量と核エネルギー 72 |
| 特殊相対性理論と重力の矛盾 電磁気力と重力の似ている点・違う点 74 |
| 絶対時間の復活？ 重力は無限の速さで伝わるのか？ 76 |
| コラム（アインシュタインとポアンカレ） 78 |
| chapter3 新しい重力理論・一般相対性理論 |
| 落下するエレベーターの実験 エレベーター内で消える重力 80 |
| 加速度と重力は同じである 重力は見かけの力と考えられる 82 |
| もう一度、エレベーターの実験 本当に重力は見かけの力か？ 84 |
| 消えない重力の影響がある 潮汐力は消すことができない 86 |
| 2機のジェット機の実験 曲がった表面を平行に進むとどうなるか？ 88 |
| 重力を「時空の曲がり」として表す ジェット機とリンゴの動きの共通点は？ 90 |
| 曲がった空間の幾何学 非ユークリッド幾何学とは 92 |
| 曲がった空間の例 球面と双曲面 94 |
| 重力による光の曲がり 落下するエレベーターの中を光が進むと？ 96 |
| 重力による時間の遅れ 重力は光の速度を遅くする 98 |
| 双子のパラドックス① 時間の進み方が遅いのは兄か弟か？ 100 |
| 双子のパラドックス② 「加速度運動をしているのはどちらか」がカギになる 102 |
| 光は重力に逆らって疲れる？ 重力による光の振動数の変化 104 |
| 曲がった時空での物体の運動 物体の運動経路は「測地線」になる 106 |
| 何が時空を曲げているのか アインシュタインが受けたマッハの影響 108 |
| アインシュタイン方程式 物質のエネルギーと運動量が時空の曲がりを決める 110 |
| 空間の反発力・宇宙定数 真空のエネルギーはあるのか 112 |
| 一般相対性理論の「一般」の意味 あらゆる観測者が使える方程式を導く 114 |
| 天体の自転が空間を引きずる レンス-ティリング効果 116 |
| 重力の波 光速度で伝わる重力波 118 |
| コラム（ナチスとアインシュタイン） 120 |
| chapter4 一般相対性理論を検証する |
| 水星の近日点移動の謎を解く 空間の曲がりが「残り43秒」の原因だった 122 |
| 光の曲がりの検証 日食の際に太陽のそばの星の光を観測する 124 |
| 重力レンズの発見 重力が天体の像をいくつにも増やす 126 |
| 重力レンズでさぐるダークマター 宇宙の運命をにぎるダークマター 128 |
| 重力赤方偏移の実験 パウンドとレブカの実験 130 |
| 重力による時間の遅れの実験 重力の小さい上空を時計が飛ぶと？ 132 |
| 惑星までの距離を正確に測る 太陽の重力の影響も考慮されたレーダーの往復時間 134 |
| カーナビが証明する時間の遅れ 「100億分の4.45｣の遅れを補正する理由 136 |
| 重力が非常に強い中性子星 中性子星は「パルサー」として観測される 138 |
| 連星となっている中性子星 大きな近星点移動が一般相対性理論を証明する 140 |
| 連星の公転周期が短くなるのはなぜ？ 重力波が初めて発見される！ 142 |
| 重力波望遠鏡 宇宙からの重力波をつかまえる 144 |
| 重力波で何がわかるか 一般相対性理論が本当に正しいかどうかがわかる 146 |
| コラム（ウェーバーの幻の重力波検出） 148 |
| chapter5 ブラックホールの不思議 |
| 重い星が最後に起こす大爆発 星の華麗な最後・超新星爆発 150 |
| 中性子星と最大質量 チャンドラセカールの発見 152 |
| 重力崩壊 巨大な質量によって曲がり続ける時空 154 |
| ブラックホールの誕生 光さえも逃げ出せない領域 156 |
| ブラックホールの周囲で光の速度が遅くなる ブラックホールに自由落下する人を考える 158 |
| ブラックホールの表面「事象の地平面」 事象の地平面の性質 160 |
| 凍りつく時間 ブラックホールのまわりの時間 162 |
| ブラックホールの内部の状態 時空が破れる「特異点」が存在する 164 |
| ｢裸の特異点」があるとどうなるか ベンローズの宇宙検閲官仮説 166 |
| 回転するブラックホール カー・ブラックホールのエルゴ領域 168 |
| ブラックホールからエネルギーを取り出す ベンローズ・プロセスは夢のシステム 170 |
| カー・ブラックホールの内側 奥には別の宇宙への入り口がある？ 172 |
| 宇宙に実際にあるブラックホール ブラックホールと思われる白鳥座X線星 174 |
| ミニ・ブラックホール 宇宙の初期にできたブラックホール 176 |
| 銀河の中心核にあるブラックホール 太陽の質量の数十万倍ものブラックホール 178 |
| ブラックホールに毛が3本とは？ ブラックホールの毛なし定理 180 |
| 太り続けるブラックホール ホーキングの表面積増大定理 182 |
| ブラックホールと熱力学の関係 「エントロピー」も必す増大する 184 |
| ブラックホールのエントロピー ブラックホールの熱力学 186 |
| ブラックホールと量子力学の関係 真空は「無｣ではない 188 |
| ブラックホールが蒸発する ブラックホールが「光を放つ」しくみ 190 |
| ブラックホールの蒸発とエントロピー増大の法則 「エントロピーの高い光」を放つ 192 |
| ブラックホールの蒸発後には何が残る？ ブラックホール内の物質や情報はどこにいくか？ 194 |
| コラム（自説をひるがえしたホーキング） 196 |
| chapter6 究極の重力理論を求めて |
| 閉じた時間を持つ時空 因果律の破れは起こるのか？ 198 |
| ホワイトホールとは ブラックホールの出口 200 |
| 時空の抜け道・ワームホール 時空を破かない程度に曲げたトンネル 200 |
| ワームホールを使ったタイムマシン① ワームホールの口を光速度近くで動かす 204 |
| ワームホールを使ったタイムマシン② ワームホールをくぐって過去の世界に戻る 206 |
| 宇宙ひも 初期宇宙に生まれた不思議な天体 208 |
| 宇宙ひものまわりの時空 一周360度未満の空間 210 |
| 特異点は避けられない 一般相対性理論が破綻する点をどうあつかうか 212 |
| 重力崩壊の際の量子力学 重力崩壊に影響を与える「不確定性原理」 214 |
| 重力を量子力学的に考える 「重力子」のやりとりが重力を伝える 216 |
| 10次元のひもの理論 ひもの理論が特異点の謎を解き明かす？ 218 |
| コラム（プランクとアインシュタイン） 220 |
| 索引 221 |
図書
