後方に押し出すことで前進する

ロケットは質量を後ろへ投げ出すことで動きます。それがすべての仕組みです。ロケットが外へ投げ出すもの（本物のロケットなら熱い気体、ペットボトルロケットなら水の噴流）は、排気と呼ばれます。ロケットが排気を後ろへ押すと、排気がロケットを前へ押します。

これはニュートンの第三法則です。物体Aが物体Bを押すと、物体Bは同じ大きさで反対の方向の力で物体Aを押し返します。この2つの力は1組になっています。2つの力は別々の物体にはたらくので、互いに打ち消し合いません。排気への押す力によって排気は後ろへ加速し、ロケットへの押す力によってロケットは前へ加速します。

同じ考え方は、運動量（質量×速度、p = m v）を使って書くこともできます。外から系を押すものが何もなければ、その全運動量は変わりません。ロケットと排気は静止した状態から始めるので、全運動量は最初は零で、そのまま零です。

m_rocket × v_rocket + m_exhaust × v_exhaust = 0、したがって m_rocket × v_rocket = −m_exhaust × v_exhaust

マイナス記号は、2つの速度が反対の方向を向いていることを表します。

ロケットがまったくない思考実験をしてみましょう。とても滑らかな氷の上に立っている60 kgのスケーターが、3 kgのボールを前へ10 m/sで投げます。ボールが得る運動量は3 × 10 = 30 kg·m/sなので、スケーターは同じ量の運動量を後ろ向きに得なければなりません。つまり、v = 30 ÷ 60 = 0.5 m/sで反対方向へ動きます。ロケットとは、このスケーターがとても小さなボールを何度も、ものすごい速さで投げているようなものです。

ロケットは何に対して押しているのでしょうか。空気でも、地面でもありません。ロケットが押しているのは、ロケット自身が運んでいる自分の排気です。だからロケットは、押す相手がほかに何もない宇宙空間でも動くのです。実際には、そこで少しよく動きます。その理由はワールド4で説明します。

かつて、これは一部の人々にとって驚きでした。1920年、ある新聞の社説は、ロケットには「押す相手が何もない」ため、宇宙では動かないだろうと疑いました。同じ新聞は、アポロ11号が月へ向かっている途中の1969年7月に訂正記事を掲載しました。