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ざっくりとした物理~宇宙の話 ~なるべくおいしいところだけをつまみ食いしたいお~
? 相対性理論について  ?相対性理論とは  ?特殊相対性理論の話をします  ?どうして光の速さは一定なのか、光が何者なのかを紐解くよ!  ? 4つの数式を変形すると???  ?戻ります  ?アインシュタインさんの思考実験  ?アインシュタインさんは言いました  ?相対性理論が主張する不思議な事  ?じゃあ、次は一般相対性理論の話をします  ?アインシュタインさんの次なる思考実験  ?アインシュタインさんは考えました  ?色々あって???2つの方程式にまとめて頂きました  ? ???で? ? 宇宙論について  ? ようやく宇宙の話です  ? アインシュタイン方程式の厳密解(数式的に表わせる解)の例  ? 宇宙は static であるか、 dynamic であるか  ? ビッグバン宇宙論  ? ビッグバン宇宙論の問題点1  ? ビッグバン宇宙論の問題点2  ?インフレーション理論  ?現代宇宙論曰くの宇宙史 ? おまけ  ?もっと深く知るには???
相対性理論について ~ (  ?? `)< オマエモナー ~
? 相対性理論とは ?ご存知、アルベルト?アインシュタインが 1905 年(当時 26 歳)に発表した理論 ?それまでニュートン力学とマクスウェルの電磁気学で全てが説明されると思われていた物理学の世界に一石を投じた ?厳密には、加速を含めない場合の「特殊相対性理論」と加速を含める場合の「一般相対性理論」がある ?大ざっぱに言うと「特殊」は「光の事を考えてたら時空の事が分かりました」という話で、「一般」は「もっと考えてみたら宇宙の起源に繋がっちゃいました」という話 ?現在ではおなじみのGPSにこの理論が使われているのは有名。 ?毎年「相対論は間違っていた」といった本やニュースがぼちぼち出るけど、今でも疑っている人は結構いる。仮に間違っていたとしても根本的に覆される事はあんまり無いんじゃないかな??? Albert Einsten (1879,3,14 – 1955,4,18 : 独 ) 1905 年当時、一介の特許局職員( 3 級技師)でした。分野は違うけど、当時は田中耕一さん的な立ち位置だったのかな。。。
? 特殊相対性理論の話をします ?出発に必要な前提はたったの2つです。当たり前っぽい事です。 1.特殊相対性原理 原?「お互いに等速度で運動しているすべての慣性系において、すべての基本的物理法則は、まったく同じ形で表される。それらの慣性系のなかから、なにか特別なものを選び出すことはできない。  By. wikipedia 」 訳?「電車や車の中にいる人も家の中にいる人も同じルールが適用されるから、モノが落ちたり、電球が光ったり、殴られて痛かったりするのって変わらないよね(`? ω ? ? )!!」 2.光速度不変の原理 原?「真空中の光の速さは、光源の運動状態に影響されない一定値cである。  By. wikipedia 」 訳?「光最強っしょ(`? ω ? ? )!! 」 ?1は実生活で感じる感覚と矛盾無い。2は???ちょっと説明がいるので、聞いてください
? どうして光の速さは一定なのか、光が何者なのかを紐解くよ! ?もともとマクスウェルさんという偉い人が電磁気の研究をしているうちに、 「電気の元になるものをすっごい振動させたら、なんか波的なものが放射されるじゃん!」 って気づいちゃいました。 ? マクスウェル方程式 ?それまで色んな人が電気と磁気について研究してきた成果は4つの数式にまとめられました。この数式を弄くったら電磁波が現れます ガウスさんの法則 電気の力?湧き出す 磁気の力?湧き出さない ファラデーさんの電磁誘導 磁石を動かすと電気が流れる アンペールさんの右ねじ法則 電気を流すと周りに磁石ができる
? 4つの数式を変形すると??? まぁ、数式なんてどうでもいいんですが、雰囲気だけ。 ?この数式っていうのは、実は波を表す方程式と全く同じ形で、答えが波を表す事は前々からすでに分かっています。 ?数式を「変形した」というのが大切で、これは一切の仮説が入っていない事を意味します ?理論物理学者はこのように、  1.実験や観測で手に入れたデータを説明するために仮説を作る  2.仮説を元に数式を作り、数式が実験結果と合致する事を証明する  3.数式を変形したりして、予言する という事をするのがお仕事です ?横道にそれましたが、この数式の中で波の速さに相当するものが となるので、電磁波の速さ(=光の速さ)が決まった数になるわけです。 ?逆に言うと、光の速さが異なる世界では、マクスウェルさんのお仕事が台無しになります
? 戻ります ?相対性理論の前提は 「電車の中の人も車の中の人も、家の中にいる人も皆同じルールに従うよね!」 「光の速さが見る環境によって違うとすると、電車の中の人と家の中の人で電気の強さが変わっちゃう事になるわけで???それっておかしいよね!」 という2点です。 ?ところが、この前提に立つとわけが分からない事が発生します
? アインシュタインさんの思考実験 鏡 光 鏡 光 鏡 光 鏡 ?電車の中にランプと鏡を用意 ?電車の中でこの仕組みを見ている人は 1 秒間に光が 7.5 往復するように見える ?電車の外からこの仕組みを見ている人にとっては 1 往復が 50,000km に見えるから、光速が一定だとするなら 300,000÷50,000=6 往復しているように見える? ? イミフすぎワロタw 20,000km 30,000km ( 225,000km/sec を仮定して、その 7.5 分の 1 秒) 25,000km 15,000km 20,000km
? アインシュタインさんは言いました   「時間の方がおかしいって事だろ。常考」  光速が一定である前提を守る代わりに、互いの時間の方がずれちゃってるんだと、こう主張したわけです。  実は光に近い速度で動く物体の長さが縮むという事は、その前から言われてました。アインシュタインはこれに加えて「時間」も伸び縮みすると言った上で、「空間と時間」といった2元論を「時空」という1元論で表現し直したところが Cool !???と言われています。 ? 数式的にはこんな感じです ホントはこうだった。。。
? 相対性理論が主張する不思議な事 1.同時刻の相対性 今まで「せーの」と言ってタイミングを合わせてたつもりの「同時」というのは幻想。傍を通りすぎる電車からそれを見たねらーに「おまいらタイミング合って無さ過ぎアホスwww」と言われてしまいます。 2.ローレンツ収縮 速いものは短く縮んで見えてしまいます。スーパーマンはできるだけゆっくり飛んだ方が美しいプロポーションを大衆に見せつける事ができるわけです。 3.時間の遅れ 歳をとりたくなければとにかく走れ!…というわけでは無いけれど、飛行機に頻繁に乗って、いつも皆に対して高速で移動している人はほんの少しだけ「長生き」なのかも。。。(ウラシマ効果と言われます) 4.速さについても直感と違います 北川くんと廣瀬くんが向き合って、お互いに 200,000km/sec というとてつもない速さで走っているのを黒田くんが見かけたとしても、北川くんから見た廣瀬さんの速さは 400,000km/sec にはならないのです!(大体 277,000km/sec に見えるはずです)
? じゃあ、次は一般相対性理論の話をします ?出発に必要な前提は基本的に特殊の時と似たような感じです。ただ、意味は良くわかりません。 1.一般相対性原理 原?「いかなる座標系においても物理法則は不変である。  By. wikipedia 」 訳?「崖から落下中であっても、ドリフト中のF1レーサーであっても、やっぱり同じルールが適用されるから、殴られたら痛いし、光も明るく見えるよね(`? ω ? ? )!!」 2.等価原理 原?「無限小の領域では、運動の加速度と重力加速度は区別できない。 By. wikipedia 」 訳?「部屋に引き篭もってたら、今地球にいるのか、巨大なエレベータで上昇中なのか分からなくなる事ってあるよね(`? ω ? ? )!! 」 ?1は「特殊」の拡張なので、あまり気にしないでおkです。2は???まぁ、あまり気にしないでください。
? アインシュタインさんの次なる思考実験 光 ?とても長ーーーいエレベーターの中にレーザー的なものを用意 ?前の時の仮定では「一定の速度で走っている電車」の中だった ? じゃあ、「ワイヤーが切れて落下中のエレベーター」の中で光らせてみたら???どうなる!? 落下 10 光秒とかとんでもなく長い距離
? アインシュタインさんの次なる思考実験 光 光 光 光 外から見てる人にとっては光が曲がったように見える!? ? マジイミフwww
? アインシュタインさんは考えました   「重力で空間が曲がっちゃったんだろ。常考。」  エレベーターの中にいる人は重力のなすがままに落下しているので、宇宙飛行士の訓練と同様「無重量状態」になっており、あたかも重力が存在しないように見える ? だから光は直進して見える  外から見ている人は当然重力を感じながら観察しているので、重力が存在しているように見える。 ? 光は重力によって曲がってしまった空間(時空)を進んでるように見える。 ?アインシュタインはこの発想の事を「人生で最も幸福な考えだった」と振り返ってます。 ?曲がった時空を光はどう進むのか???これを数式的に導くのは大仕事です。
? 色々あって???2つの方程式にまとめて頂きました  重力(やエネルギー)がどのように時空を歪ませ、その他のモノがその時空をどのように進むのかを表す2つの方程式に行きつきました。 1.アインシュタイン方程式 ?すごーく大雑把に言うと、左辺が「時空の歪み」、右辺は天体なんかの重さを表します ?重た~いものや熱~いものの周りでは時空が歪みますよという意味です。 「なるほど、分かったぜッ!!」と華麗に納得してください。 2.測地線の方程式 ?すごーく大雑把に言うと、歪んだ面上の最短経路を表します ?これ見ただけでもややこしいですが、実際に解くのは超超超超…ムズイです。 宇宙項?宇宙定数 という名前で有名な「ラムダ」
? ???で? 1.水星の軌道がすごーく正確に計算できますた ニュートンさんの万有引力の法則だけで計算した結果だと水星の軌道が説明できなかったんですけど、それがすごく正確に分かってスッキリしました。 2.重力レンズというものを予言して、見事に発見されますた アインシュタインさんは 「太陽の向こう側の星の光が、日食の時に見えるんじゃね?」 的な事を言ったんですけど、それが 1919 年に実際に見つか ったので、皆が驚きました。 3.ここでもやっぱりGPS 特殊相対性理論だと、GPSの時計は地球より遅くなります。一般相対性理論が主張する地球の重力の影響まで考えるとGPSの時計は地球より進みます。なので、GPS用の衛星の時計はちょっと遅く補正してあげるらしいです。 4.本格的に宇宙の話が始まりました。 ビッグバンとか、ブラックホールとかよく聞く宇宙のお話は、「アインシュタイン方程式」無しには語れません。
宇宙論について ~ ?二二二( ^ ω ^) 二? ????~
? ようやく宇宙の話です アインシュタイン方程式にまつわるエトセトラ ?宇宙定数 Λ はアインシュタインが無理やりねじ込みました。 ?この定数が無いと宇宙はたちまち潰れてしまうか振動(膨らんだり萎んだり)してしまう事になります(数式見なくてもイメージすればなんとなく分かります。多分) ?ところが 1930 年頃、実は宇宙が膨張しているらしい事をハッブルさんが発見したので、 「ちょ???間違ってたのかよぉ orz 」とアインシュタインさんは途方もなく落ち込みました。 ?ところがところが、 20 世紀後半になって宇宙論が更に進化するにつれて、「やっぱり Λ いるんじゃね?」的な論調が主流になってきてます。 ?数式の上で辻褄を合せてるだけなので、実際これが何の事を指しているのかは今でも分かってません。(真空のエネルギーという解釈等もありますが、良くわかりません)
? アインシュタイン方程式の厳密解(数式的に表わせる解)の例 だって数式フェチなんだもの??? 1.シュバルツシルト解 ?球対称な時空かつ真空という前提条件を元に解く ?つまり、普通の天体の事に近いので、良く使われる。 ?      (シュバルツシルト半径)の時、第2項が発散する特異点になる事が分かる?光でさえも脱出不可能な時空の歪みを表しており、これがブラックホールの予言となる。 2.カー?ニューマン解 ?軸対称な時空かつ電気を帯びているという前提条件を元に解く ?回転する電荷をもったブラックホールを表現する 3.ド?ジッター解 ?宇宙に何も物質がなく(右辺0)、かつ宇宙定数 Λ が正という条件を元に解く ?後述のインフレーション理論に応用される
? 宇宙は static であるか、 dynamic であるか アインシュタインに刃向かった2人 ? アレクサンドル?フリードマン アインシュタイン方程式の宇宙定数 Λ を含まないバージョンを採用し、 宇宙は「膨張するけどいつか収縮し始める」か「どこまでも膨張し続 ける」か、「膨張の速さを遅くしながら膨張し続ける」かの3パターン で説明できると言いました。 ? アインシュタインに「やかましい」と言われ???たかどうか分かりませんが、Noを突きつけられてほとんど無名のまま若くして亡くなっちゃいました( ? ? ω ?`) ? ジョルジュ?ルメートル カトリックの司祭にして物理学者でもあるという異色の人 1930 年くらいに膨張宇宙の事を考え、「膨張してるって事は、逆に 言えば始まりの頃があって、すげぇ小さかったって事だろ。常考。」 と言いました。 ? 最初はアインシュタインに「いや、もうそれロシア人から聞いたから。。。」と言われ???たかどうか分かりませんが、Noを突きつけられました。でも、やがてアインシュタインもこの人の主張が正しいと認めざるを得ませんでした。 ? 実は、この人が「ビッグバン」という理論の創始者です
? ビッグバン宇宙論 宇宙は熱~い「火の玉」から始まったというモデルです 1927: 前述のルメートルさんが提唱 1929: ハッブルさんが観測したデータにより、宇宙が膨張 している事が分かる 1948: ラルフ?アルファー、ハンス?ベーテ、ジョージ?ガモフ がそれぞれのイニシャルをとった「 α - β - γ 理論」を発表 ? 最初の熱~い「宇宙鍋」でぐつぐつ煮込んであげたから 今でも重い元素が存在するんだよね???的な理論 ? 宇宙が膨張しているわけだから、宇宙の果ての方に過去の「宇宙鍋」の名残が見えるはずと言って「背景放射」を予言 1964: ベル研究所のアーノ?ペンジアスという人とロバート?ウィルソンという人が偶然にも 「宇宙背景放射(CMB)」を発見。後にノーベル賞もらっちゃいます。 ? (    ? Д ? ) ウマー ?それ以降、宇宙論の定説になっちゃうわけですけど、これはこれで色々問題が残っていました。
? ビッグバン宇宙論の問題点1 かなりイミフな話になってきますよぉ??? 1.地平線問題 宇宙背景放射が等方的なのはなぜか ? 夜空を見上げた時、北極から見た宇宙の果ても 南極から見た宇宙の果ても同じように見えるのはなぜか ? 宇宙の果てに目をこらした時、見える光は 137 億年前 に発された光。 137 億年前、宇宙は 40 万歳で、それまでは 「宇宙鍋」の状態だったために光がまっすくに進めなかった。 ? 137 億光年より先の世界については、まだ我々に 光が届いていない(見えないから地平線と呼ばれてます) ? で、北極から見た宇宙の果てと南極から見た宇宙の 果ては、ビッグバン理論によれば 137 億年前の時点で 9000 万光年離れていたはずで、お互いに因果関係を 持ちえたわけがないのに同じ温度になっているのが 不思議???とか。。。あぁ、もうダメ。説明できん orz
? ビッグバン宇宙論の問題点2 かなりイミフな話になってきますよぉ??? 2.平坦性問題 宇宙の曲率が限りなく1に近いのはなぜか ? 宇宙が今の状態にあるためには、宇宙の中にある 全ての物の量をものすごーく精密に調整してあげない といけない ? 物同士は重力によって引き合うので、物が多すぎる とあっという間につぶれてしまう(ビッグクランチ) ? 逆に物が少なすぎると宇宙の膨張によって、 銀河や天体ができる暇がない ? この微調整に要求される精度が高すぎる。 「鉛筆の先端を下にして立てて、1年間バランスを とったままにする」と例えられるほど精密。 つまりなんか不自然。
? インフレーション理論 私達はビッグバン理論を応援しています! インフレーション理論では、宇宙は誕生直後の 10 の 36 乗分の 1 秒後から 10 の 34 乗分の 1 秒後まで の間にエネルギーの高い真空(偽の真空 , en )から 低い真空(真の真空)に相転移し、この過程で負の 圧力を持つ偽の真空のエネルギー密度によって 引き起こされた指数関数的な膨張(インフレーション) の時期を経たとする。  By.wikipedia ? 最初に巨大な爆発が起きたのではなく、じりじりと燻っていた種火がある瞬間にとてつもない勢い(超光速と言われる)で爆発したイメージ。 ? その時に宇宙は十分に引き伸ばされて平坦になり(平坦性問題)、種火の時に地平線の中にいた2つのポイントが爆発によって地平線の外に飛ばされた(地平線問題) ? 東大名誉教授の佐藤勝彦さんと、アメリカのアラン?グースさんがほぼ同時期に発表しました。佐藤さんの方が論文発表は早かったんですけど、今ではインフレーション?アランという認知が強いのではないでしょうか???
? 現代宇宙論曰くの宇宙史 10e-43sec :  プランク期 ? 「無」の状態。基本的な4つの力(重力、電磁気力、 強い力、弱い力)は1つの力に統一されていました。 10e-43sec  ~  10e-34sec : GUT 期 ? 泡がぷくっと現れたかと思うとたちまち巨大な宇宙 空間に膨れ上がりました。この膨張の原動力はまだ 解明されていません。4つの力のうち、重力が分離。 3min :  原子核の形成 ? 陽子や中性子がくっついて原子核になりました。電子は自由に飛び回っており、光はこれに散乱されて真っ直ぐに飛べませんでした。(不透明な宇宙と言われます) 380,000year :  原子誕生 ? 平均温度は 3,000K (約 2700℃ )まで下がりました。電子は原子核に補足され、原子になりました。光もようやく真っ直ぐに飛べるようになり、これが宇宙背景放射の由来になっています。宇宙の果てに目を凝らした時に見える光景はこの時の「こだま」に相当します。
? 現代宇宙論曰くの宇宙史 10 億年  :  星の凝縮 ? 温度は 18K ( -255℃ )に下がりました。近くにいた 原子同士がくっつきあい、分子になり、ガスやチリと なり、星や銀河や銀河団になりました。 65 億年  :  加速膨張期(ド?ジッター型膨張) ? 原動力は分かりませんが、宇宙は加速度的に膨 張を開始しました。 137 億年  :  現代 ? 温度は 2.7K (ほぼ絶対零度)に下がり、今の宇宙の姿になりました。まだ加速膨張しています。 今後の予想 ? このまま宇宙が膨張を続けた場合、 100 兆年後にはあらゆる恒星がなくなってブラックホールだけになり、 10e100 年後にはブラックホールも全て蒸発して光の残りカスだけの世界になってしまうという説が定説となっているようです(ビッグフリーズ)
おまけ     ___ _             / \  /\ ???     / (ー)  (ー)\       /   ⌒( __ 人 __ )⌒ \       |        |r┬-|      |      \      ` ー '?    /
? もっと深く知るには??? 不勉強にてすみません( ? ? ω ?`) ? 宇宙初期の状態や、恒星が崩壊するような巨大なエネルギーが絡んだ問題では、素粒子論や場の量子論が必要になってきます。この辺りが理論物理学で言うところの「最前線」になるといったところでしょうか。 ?量子力学/場の量子論/重力場の量子論 ?大統一理論(GUT) ?M理論 ?超弦理論 ? SFちっくな話も一応理論物理学上の話題 ?マルチバース(並行宇宙) ?ブラックホール/ワームホールによるタイムトラベル ?エキゾチック物質 ? 読み物 ?日系アメリカ人の「ミチオ?カク」さんの本は結構評判がいいです(でもやっぱり難しい)。 ?だらだらと読める人は「サイモン?シン」の文庫本もオヌヌメ

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  • 5. ? 特殊相対性理論の話をします ?出発に必要な前提はたったの2つです。当たり前っぽい事です。 1.特殊相対性原理 原?「お互いに等速度で運動しているすべての慣性系において、すべての基本的物理法則は、まったく同じ形で表される。それらの慣性系のなかから、なにか特別なものを選び出すことはできない。 By. wikipedia 」 訳?「電車や車の中にいる人も家の中にいる人も同じルールが適用されるから、モノが落ちたり、電球が光ったり、殴られて痛かったりするのって変わらないよね(`? ω ? ? )!!」 2.光速度不変の原理 原?「真空中の光の速さは、光源の運動状態に影響されない一定値cである。 By. wikipedia 」 訳?「光最強っしょ(`? ω ? ? )!! 」 ?1は実生活で感じる感覚と矛盾無い。2は???ちょっと説明がいるので、聞いてください
  • 6. ? どうして光の速さは一定なのか、光が何者なのかを紐解くよ! ?もともとマクスウェルさんという偉い人が電磁気の研究をしているうちに、 「電気の元になるものをすっごい振動させたら、なんか波的なものが放射されるじゃん!」 って気づいちゃいました。 ? マクスウェル方程式 ?それまで色んな人が電気と磁気について研究してきた成果は4つの数式にまとめられました。この数式を弄くったら電磁波が現れます ガウスさんの法則 電気の力?湧き出す 磁気の力?湧き出さない ファラデーさんの電磁誘導 磁石を動かすと電気が流れる アンペールさんの右ねじ法則 電気を流すと周りに磁石ができる
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  • 16. ? 色々あって???2つの方程式にまとめて頂きました  重力(やエネルギー)がどのように時空を歪ませ、その他のモノがその時空をどのように進むのかを表す2つの方程式に行きつきました。 1.アインシュタイン方程式 ?すごーく大雑把に言うと、左辺が「時空の歪み」、右辺は天体なんかの重さを表します ?重た~いものや熱~いものの周りでは時空が歪みますよという意味です。 「なるほど、分かったぜッ!!」と華麗に納得してください。 2.測地線の方程式 ?すごーく大雑把に言うと、歪んだ面上の最短経路を表します ?これ見ただけでもややこしいですが、実際に解くのは超超超超…ムズイです。 宇宙項?宇宙定数 という名前で有名な「ラムダ」
  • 17. ? ???で? 1.水星の軌道がすごーく正確に計算できますた ニュートンさんの万有引力の法則だけで計算した結果だと水星の軌道が説明できなかったんですけど、それがすごく正確に分かってスッキリしました。 2.重力レンズというものを予言して、見事に発見されますた アインシュタインさんは 「太陽の向こう側の星の光が、日食の時に見えるんじゃね?」 的な事を言ったんですけど、それが 1919 年に実際に見つか ったので、皆が驚きました。 3.ここでもやっぱりGPS 特殊相対性理論だと、GPSの時計は地球より遅くなります。一般相対性理論が主張する地球の重力の影響まで考えるとGPSの時計は地球より進みます。なので、GPS用の衛星の時計はちょっと遅く補正してあげるらしいです。 4.本格的に宇宙の話が始まりました。 ビッグバンとか、ブラックホールとかよく聞く宇宙のお話は、「アインシュタイン方程式」無しには語れません。
  • 19. ? ようやく宇宙の話です アインシュタイン方程式にまつわるエトセトラ ?宇宙定数 Λ はアインシュタインが無理やりねじ込みました。 ?この定数が無いと宇宙はたちまち潰れてしまうか振動(膨らんだり萎んだり)してしまう事になります(数式見なくてもイメージすればなんとなく分かります。多分) ?ところが 1930 年頃、実は宇宙が膨張しているらしい事をハッブルさんが発見したので、 「ちょ???間違ってたのかよぉ orz 」とアインシュタインさんは途方もなく落ち込みました。 ?ところがところが、 20 世紀後半になって宇宙論が更に進化するにつれて、「やっぱり Λ いるんじゃね?」的な論調が主流になってきてます。 ?数式の上で辻褄を合せてるだけなので、実際これが何の事を指しているのかは今でも分かってません。(真空のエネルギーという解釈等もありますが、良くわかりません)
  • 20. ? アインシュタイン方程式の厳密解(数式的に表わせる解)の例 だって数式フェチなんだもの??? 1.シュバルツシルト解 ?球対称な時空かつ真空という前提条件を元に解く ?つまり、普通の天体の事に近いので、良く使われる。 ?      (シュバルツシルト半径)の時、第2項が発散する特異点になる事が分かる?光でさえも脱出不可能な時空の歪みを表しており、これがブラックホールの予言となる。 2.カー?ニューマン解 ?軸対称な時空かつ電気を帯びているという前提条件を元に解く ?回転する電荷をもったブラックホールを表現する 3.ド?ジッター解 ?宇宙に何も物質がなく(右辺0)、かつ宇宙定数 Λ が正という条件を元に解く ?後述のインフレーション理論に応用される
  • 21. ? 宇宙は static であるか、 dynamic であるか アインシュタインに刃向かった2人 ? アレクサンドル?フリードマン アインシュタイン方程式の宇宙定数 Λ を含まないバージョンを採用し、 宇宙は「膨張するけどいつか収縮し始める」か「どこまでも膨張し続 ける」か、「膨張の速さを遅くしながら膨張し続ける」かの3パターン で説明できると言いました。 ? アインシュタインに「やかましい」と言われ???たかどうか分かりませんが、Noを突きつけられてほとんど無名のまま若くして亡くなっちゃいました( ? ? ω ?`) ? ジョルジュ?ルメートル カトリックの司祭にして物理学者でもあるという異色の人 1930 年くらいに膨張宇宙の事を考え、「膨張してるって事は、逆に 言えば始まりの頃があって、すげぇ小さかったって事だろ。常考。」 と言いました。 ? 最初はアインシュタインに「いや、もうそれロシア人から聞いたから。。。」と言われ???たかどうか分かりませんが、Noを突きつけられました。でも、やがてアインシュタインもこの人の主張が正しいと認めざるを得ませんでした。 ? 実は、この人が「ビッグバン」という理論の創始者です
  • 22. ? ビッグバン宇宙論 宇宙は熱~い「火の玉」から始まったというモデルです 1927: 前述のルメートルさんが提唱 1929: ハッブルさんが観測したデータにより、宇宙が膨張 している事が分かる 1948: ラルフ?アルファー、ハンス?ベーテ、ジョージ?ガモフ がそれぞれのイニシャルをとった「 α - β - γ 理論」を発表 ? 最初の熱~い「宇宙鍋」でぐつぐつ煮込んであげたから 今でも重い元素が存在するんだよね???的な理論 ? 宇宙が膨張しているわけだから、宇宙の果ての方に過去の「宇宙鍋」の名残が見えるはずと言って「背景放射」を予言 1964: ベル研究所のアーノ?ペンジアスという人とロバート?ウィルソンという人が偶然にも 「宇宙背景放射(CMB)」を発見。後にノーベル賞もらっちゃいます。 ? (   ? Д ? ) ウマー ?それ以降、宇宙論の定説になっちゃうわけですけど、これはこれで色々問題が残っていました。
  • 23. ? ビッグバン宇宙論の問題点1 かなりイミフな話になってきますよぉ??? 1.地平線問題 宇宙背景放射が等方的なのはなぜか ? 夜空を見上げた時、北極から見た宇宙の果ても 南極から見た宇宙の果ても同じように見えるのはなぜか ? 宇宙の果てに目をこらした時、見える光は 137 億年前 に発された光。 137 億年前、宇宙は 40 万歳で、それまでは 「宇宙鍋」の状態だったために光がまっすくに進めなかった。 ? 137 億光年より先の世界については、まだ我々に 光が届いていない(見えないから地平線と呼ばれてます) ? で、北極から見た宇宙の果てと南極から見た宇宙の 果ては、ビッグバン理論によれば 137 億年前の時点で 9000 万光年離れていたはずで、お互いに因果関係を 持ちえたわけがないのに同じ温度になっているのが 不思議???とか。。。あぁ、もうダメ。説明できん orz
  • 24. ? ビッグバン宇宙論の問題点2 かなりイミフな話になってきますよぉ??? 2.平坦性問題 宇宙の曲率が限りなく1に近いのはなぜか ? 宇宙が今の状態にあるためには、宇宙の中にある 全ての物の量をものすごーく精密に調整してあげない といけない ? 物同士は重力によって引き合うので、物が多すぎる とあっという間につぶれてしまう(ビッグクランチ) ? 逆に物が少なすぎると宇宙の膨張によって、 銀河や天体ができる暇がない ? この微調整に要求される精度が高すぎる。 「鉛筆の先端を下にして立てて、1年間バランスを とったままにする」と例えられるほど精密。 つまりなんか不自然。
  • 25. ? インフレーション理論 私達はビッグバン理論を応援しています! インフレーション理論では、宇宙は誕生直後の 10 の 36 乗分の 1 秒後から 10 の 34 乗分の 1 秒後まで の間にエネルギーの高い真空(偽の真空 , en )から 低い真空(真の真空)に相転移し、この過程で負の 圧力を持つ偽の真空のエネルギー密度によって 引き起こされた指数関数的な膨張(インフレーション) の時期を経たとする。 By.wikipedia ? 最初に巨大な爆発が起きたのではなく、じりじりと燻っていた種火がある瞬間にとてつもない勢い(超光速と言われる)で爆発したイメージ。 ? その時に宇宙は十分に引き伸ばされて平坦になり(平坦性問題)、種火の時に地平線の中にいた2つのポイントが爆発によって地平線の外に飛ばされた(地平線問題) ? 東大名誉教授の佐藤勝彦さんと、アメリカのアラン?グースさんがほぼ同時期に発表しました。佐藤さんの方が論文発表は早かったんですけど、今ではインフレーション?アランという認知が強いのではないでしょうか???
  • 26. ? 現代宇宙論曰くの宇宙史 10e-43sec : プランク期 ? 「無」の状態。基本的な4つの力(重力、電磁気力、 強い力、弱い力)は1つの力に統一されていました。 10e-43sec ~ 10e-34sec : GUT 期 ? 泡がぷくっと現れたかと思うとたちまち巨大な宇宙 空間に膨れ上がりました。この膨張の原動力はまだ 解明されていません。4つの力のうち、重力が分離。 3min : 原子核の形成 ? 陽子や中性子がくっついて原子核になりました。電子は自由に飛び回っており、光はこれに散乱されて真っ直ぐに飛べませんでした。(不透明な宇宙と言われます) 380,000year : 原子誕生 ? 平均温度は 3,000K (約 2700℃ )まで下がりました。電子は原子核に補足され、原子になりました。光もようやく真っ直ぐに飛べるようになり、これが宇宙背景放射の由来になっています。宇宙の果てに目を凝らした時に見える光景はこの時の「こだま」に相当します。
  • 27. ? 現代宇宙論曰くの宇宙史 10 億年 : 星の凝縮 ? 温度は 18K ( -255℃ )に下がりました。近くにいた 原子同士がくっつきあい、分子になり、ガスやチリと なり、星や銀河や銀河団になりました。 65 億年 : 加速膨張期(ド?ジッター型膨張) ? 原動力は分かりませんが、宇宙は加速度的に膨 張を開始しました。 137 億年 : 現代 ? 温度は 2.7K (ほぼ絶対零度)に下がり、今の宇宙の姿になりました。まだ加速膨張しています。 今後の予想 ? このまま宇宙が膨張を続けた場合、 100 兆年後にはあらゆる恒星がなくなってブラックホールだけになり、 10e100 年後にはブラックホールも全て蒸発して光の残りカスだけの世界になってしまうという説が定説となっているようです(ビッグフリーズ)
  • 28. おまけ     ___ _            / \  /\ ???    / (ー)  (ー)\      /   ⌒( __ 人 __ )⌒ \       |        |r┬-|      |     \     ` ー '?    /
  • 29. ? もっと深く知るには??? 不勉強にてすみません( ? ? ω ?`) ? 宇宙初期の状態や、恒星が崩壊するような巨大なエネルギーが絡んだ問題では、素粒子論や場の量子論が必要になってきます。この辺りが理論物理学で言うところの「最前線」になるといったところでしょうか。 ?量子力学/場の量子論/重力場の量子論 ?大統一理論(GUT) ?M理論 ?超弦理論 ? SFちっくな話も一応理論物理学上の話題 ?マルチバース(並行宇宙) ?ブラックホール/ワームホールによるタイムトラベル ?エキゾチック物質 ? 読み物 ?日系アメリカ人の「ミチオ?カク」さんの本は結構評判がいいです(でもやっぱり難しい)。 ?だらだらと読める人は「サイモン?シン」の文庫本もオヌヌメ