エレベーターのパラドックス（物理学）

エレベーターパラドックスは、「エレベーター」または垂直コンベア上に設置された比重計に関係しています。このコンベアは、異なる高度に移動することで大気圧を変化させます。この典型的な実演では、浮遊している比重計は平衡位置に留まります。本質的に、比重計は気圧とは無関係に液体の比重を測定します。これは、気圧の変化が比重計のフラスコ全体に作用するためです。フラスコの水中に浸かっている部分は液体を介して伝達される力を受けるため、装置のどの部分も気圧の変化によって生じる正味の力を受けません。

エレベーター・パラドックスは、ニュートンの重力理論とアインシュタインの相対性理論の基本的な考え方の間に矛盾する点である^{[ 1 ]} 。比重計の浮力が、それが押しのける液体の重量に依存するとすれば、これはパラドックスである。気圧が高い場合、液体はわずかに小さい体積を占めるため、密度が高いほど比重が高いと考えられるかもしれない。しかし、比重計は空気も押しのけるため、液体と空気の重量は高度によって等しく影響を受ける。

デカルトダイバー

一方、直交座標型ダイバーは、比重計とは異なり、内部空間が硬くないため、外気圧の上昇によってダイバー内部の空気が圧縮されると、その変位量を変化させます。ダイバーが従来のプラスチックボトルではなく、エレベーターのフラスコに入れられた状態で浮かんでいたとしたら、ダイバーは気圧の変化に反応するでしょう。同様に、おもちゃの風船のような非硬質容器や、人間のスキューバダイバーの胸郭も影響を受け、浮力は変化します。ガラス製の比重計は、実用上、常圧下では硬くなっています。

加速する基準系における比重計

エレベーターの上向きまたは下向きの加速度は、正味の力が下向きである限り、比重計の平衡点を変化させません。加速度による力は、等質量の水やその他の液体に作用するのと全く同じように、比重計にも作用します。

参考文献

1. マルコ・サンション (2023).ブラックホールのパラドックスに関する哲学者の見解(博士論文)。ウルビーノ大学カルロ ボー大学p. 28.