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銀河系 [物理]

宇宙論の本を読み始めていますが、宇宙論はこの100年余りで大変発展
している分野だと思いました。

1920年4月26日にアメリカのスミソニアン自然史博物館でシャプレイと
カーティスにより「宇宙の大きさ」と題する公開討論会が行われました。
シャプレイは、宇宙は巨大な天の川銀河系1つで成り立っていて、渦巻き
星雲は銀河系近傍のガス雲に過ぎないと考えました。
一方、カーティスは、宇宙はいくつもの銀河系で成り立つ島宇宙であり、
渦巻星雲はまさに天の川銀河系とは別の銀河系と考えました。
その後、ハッブルがアンドロメダ星雲とM33星雲の中に、標準光源になる
セファイド型変光星を多数見つけて、距離を見積もることに成功しました。
その距離から、これらの星雲が天の川銀河系の外にあることが分かりました。
それにより、宇宙はカーティスのいうようにいくつもの銀河が点々と浮か
んでいる島宇宙の描像が正しいことが分かりました。
私たちは、1966年に始まったウルトラマンを見ていたおかげで、小学生で
も天の川銀河以外に銀河があることを知っていましたが、その46年前には
まだそんなことも分かっていなかったって意外な気がします。


今読んでいる本

現代宇宙論―時空と物質の共進化

現代宇宙論―時空と物質の共進化

  • 作者: 松原 隆彦
  • 出版社/メーカー: 東京大学出版会
  • 発売日: 2010/06/23
  • メディア: 単行本



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国立天文台・理研講演会 宇宙が物語る物質の起源 [物理]

6月11日に一橋講堂で「国立天文台・理研講演会 宇宙が物語る物質の起源」
を聴講してきました。
http://www.nao.ac.jp/news/notice/2016/20160425-naoj-lecture.html

宇宙で元素がどのようにできるかという話。
理論、観測、実験それぞれの立場の先生方の話が面白く楽しかった。

Youtubeで公開されているので、興味があったらみてください。
https://www.youtube.com/watch?v=mJvmj_nT5Cg

最初、適当にこの辺だったよなと思って入った建物が学士会館で、ちょっと
雰囲気が違うことに気付いて出た。自分で気が付いて良かった。

・・・・
おまけの下手な料理

ほうれん草ちゃんぷる・・・発見ゴーヤ以外のちゃんぷるもあったんだ
ほうれん草ちゃんぷる20160611_21s.jpg

トマトと玉ねぎのマリネ・・・作るの簡単で玉ねぎは身体にもいいのでgood!
トマトと玉ねぎのマリネ20160611_01.jpg

ナスエノキ・・・酒のつまみにもよい
ナスエノキ20160611_16.jpg


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暗黒エネルギー [物理]

日経サイエンス2016年7月号「特集 暗黒エネルギー」
の記事を読んだ。
折角なので、内容をメモしておきます。
図書館で読んで、今は手元になく、記憶を頼りにしているので間違っている
とこともあるかもしれません。よく理解できていないところもあります。

・・・
宇宙が加速度的に膨張していることが観測から分かった。
その原因として、暗黒エネルギーというものが考えられている。
暗黒エネルギーの有力な候補は2つある。

ひとつは、真空のエネルギー。
量子力学の成果で、真空は何もない空っぽのものではなく、物質と反物質が
生成したり消滅したり絶えず行われていることが分かった。つまり、真空に
はエネルギーが存在している。エネルギーは、質量とは違い引力にも斥力に
もなる。真空のエネルギーが宇宙の加速膨張の原因になるということだ。
しかし、真空のエネルギーで考えると力が強くなり過ぎて、現在観測されて
いる宇宙の加速膨張をそのままでは説明できない。桁があまりにも違うという
話だ。真空のエネルギーで考えるとなぜ加速膨張が弱くなるのかも謎になる。

もう一つの候補は、クインテッセンス(quintessence)というものだ。私は、
この記事で初めて知った。数年前に話題になったヒッグス粒子のようなもの
という表現が使われていたが、表には出て来ないで宇宙全体に隠れている
ようなものらしい。非常に軽い粒子と書かれてあったと思うが、軽い粒子な
ら加速器で見つかりそうなものだが、なぜ加速器や宇宙線から発見されない
のか書いてなかったと思う。(読み飛ばしたか記憶違いかもしれない)

宇宙の加速膨張の原因としては、暗黒エネルギーの他に一般相対性理論が
宇宙全体の規模では成り立たないという可能性もある。

真空のエネルギー、クインテッセンス、一般相対性理論の修正の候補を評価
することができる観測が始まっている。
1つは米国立フェルミ加速器研究所などを中心とする「暗黒エネルギーサーベイ」。
もう1つは日本の国立天文台を中心とする「HSC銀河サーベイ」。

どのような観測をするのか。
基本的には、膨張速度と銀河や暗黒物質の集まり方が宇宙の年代でどのように
変わったのかを観測する。地球から離れたもの程古い年代のものなので、色々な
距離の銀河等を観測することで、時とともに状況がどのように変わったかが分かる。

膨張速度は、超新星(Ia型超新星)の観測とバリオン音響振動の観測。
超新星の観測は、宇宙が加速膨張していることを発見したときと同じ方法。
バリオン音響振動は、私は今回初めて知った。こんなことが分かっているとは
驚きました。
真空エネルギーが原因の場合、クインテッセンスよりも早く加速膨張が起こる
と考えられている。

銀河団や暗黒物質の集まり方も調べる。暗黒物質の集まり方は、弱い重力レンズ
効果を使って観測する。弱い重力レンズ効果も私はこの記事で初めて知った。
強い重力レンズ効果は、重力源の後ろにある銀河等が複数に見えたり、線上に
見えたりするもので、映像でもよく見る。弱い重力レンズ効果は、後ろに隠れた
銀河の形が歪んで見える現象でその歪み方から重力源を調べるという方法。
銀河団や暗黒物質の集まり方は、引力と斥力の兼ね合いで変わってくるので
これらを調べることで、暗黒エネルギーの性質が分かってくると考えられている。

暗黒エネルギーサーベイの方が先行して観測が始まっているが、HSC銀河サ
ーベイは感度が2倍位良いそうで、これからの成果が期待される。
5年位の計画なので、202x年頃には調査結果が出て暗黒エネルギーについての
謎がある程度分かってくるのかもしれない。
暗黒エネルギーの性質が分かることで、宇宙の成り立ちや素粒子論に大きな影響
を及ぼすことは間違いないので、観測結果の発表が待ち遠しい。


http://www.nikkei-science.com/
http://www.nikkei-science.com/201607_038.html
http://www.nikkei.com/article/DGXMZO02574150Q6A520C1000000/

日経サイエンス2016年7月号


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反物質の謎(1) [物理]

反物質の謎について書くと言ってからだいぶ日がたってしまいました。
ネットで検索するといくらでも出てくるので、私が書くことにはあまり
意味がないし、理解不足のところもあり、間違った情報を書いてしまう
危険性もあるので、むしろ有害と言った方がいいかもしれませんが、前
にも書いたように自己満足でやっていることなので、お許しください。
ただ、いざ書くとなると自分が良く理解していなかったところが浮き彫
りになることもあって、自分にとっては有益な作業と言えるかもしれま
せん。

さて、宇宙の初期には、物質と反物質は同じだけ作られたと考えられる
が、現在私たちの周りには反物質はほとんどなくなっている。
なぜ、そうなったのかは、まだ良く分かっていない未解決の問題だとい
うことです。
ただ、仮説は色々あるようです。

この件について、最初に名前が出てくるのは、サハロフ博士でした。
私の年代だとなんだか懐かしい名前でした。
ソビエト連邦の物理学者であるサハロフ博士は、原爆や水爆の開発
に携わり、その後反体制運動に転じて投獄されたこともありました。
ノーベル平和賞を受賞し、ニュースでもよく名前を聞いた覚えがある
ので懐かしく思うのでしょう。

調べて初めて知ったが、サハロフ博士は実はこの反物質の謎ににつ
いて先駆的な研究をしていたのです。能力のある人間というのは、一
生のうちに後の世に名前の残るような仕事をいくつも行うものですね。

物質が残り、反物質が消えてしまうには、以下の条件が必要だという
考えをサハロフ博士が示し、今でも通用する考えになっているようで
す。

[サハロフ条件]
1.バリオン数を保存しない相互作用が存在する
2.C不変性およびCP不変性の破れ
3.熱平衡からのずれ

ちょっと難しいですが、1のバリオンとは、陽子や中性子あるいはその
内部にあるクォークのような素粒子のことです。物質には、他に電子や
ニュートリノのようなレプトンも存在しますが、サハロフ条件ではレプ
トンのことは触れていないようです。
クォークのバリオン数はプラス、反クォークのバリオン数はマイナスで、
クォークと反クォークが同時にできればバリオン数は0になっている
筈です。従って、物質だけが残るためには、バリオン数を保存しない
相互作用が存在するというのは、至極当然のことだと言えます。

2のC不変性およびCP不変性というのは、物質と反物質で同じ現象が
起きることを言っています。それの破れということは、同じ現象になら
ないことを意味しています。
1でバリオン数が保存しない相互作用があったとしても、物質と反物質
で同じ現象になっているとするとバリオン数を増やす現象とバリオン数
を減らす現象が同じように起こるので、結局バリオン数が0になってし
まうので、破れが必要ということです。

3の熱平衡とは、バリオン数を保存しない現象とその逆の現象が同じだけ
起きることを意味しています。この例えが合っているか自信がないですが、
氷が水になるすれすれの温度では、氷が水になったり水が氷になったり
して平衡状態が保たれるようなイメージです。
それでは結局バリオン数が変わらないので、ずれが必要ということです。

なかなか進まないですが、今日はここまでということで。

父なるニュートリノ Vol.1 [物理]

先日、安田講堂で聴いた村山斉先生の講演

「父なるニュートリノは私たちを完全消滅から救ってくれた?」
の内容について、分からないことも結構あったので、インターネットや
書籍で調べたので、それについて書こうと思います。

予め言っておきますが、村山先生の講義の内容とは違います。
説明も文章も下手で図もないので、分かりにくいと思います。
読んだひとが分かるといいなとは思っていますが、正直言って自己満足
で書いています。

科学雑誌Newton2016年4月号の「反物質の謎」が丁度これから書こうと
思っている話題で村山先生が協力して書かれた記事で、先日の村山先生
の講義ともだいぶ重なっているようなので、興味のある方はそちらを見る
と良く分かると思います。


Newton(ニュートン) 2016年 04 月号 [雑誌]


また、ノーベル賞を受賞した梶田先生が書かれた「ニュートリノで探る宇宙と素粒子」
でも触れられているので、良く分かると思います。


ニュートリノで探る宇宙と素粒子

">
前置きが長くなってしまいましたが、本題に入ります。

この世界は、陽子、中性子、電子などの素粒子で作られていることは、
大抵のひとが知っていると思います。陽子や中性子はさらにクォーク
と言われるもので構成されています。
これらは、いわゆる物質な訳ですが、世の中には反物質と呼ばれるもの
も存在します。電子はマイナスの電荷をもっていますが、電子に対応する
反物質は陽電子と呼ばれプラスの電荷を持っています。
クォークにはいくつか種類がありますが、それぞれに電荷が決まっています。
そしてクォークにも反クォークという反物質があり、電荷はクォークと
+-が逆の電荷になっています。

陽電子は、1932年にアンダーソンによって空から降り注ぐ宇宙線から初めて
観測されました。(これによってアンダーソンはノーベル賞を受賞しています。
また、陽電子を理論的に予言したディラックもノーベル賞を受賞しています)
対消滅と言って、反物質はすぐに物質と一緒になって光に代わって、なくな
ってしまうので非常に不安定なものです。
また、エネルギーの高い光から物質と反物質を同時に作ることが出来ること
が分かっています。これを対生成といいます。
このように反物質があることは分かっていますが、私たちの身体や周りにある
もの、そしてこの宇宙は基本的に物質でできています。

そこで疑問が起こります。
対生成では、物質と反物質は同時に作られるのに、なぜ宇宙は物質だけで
構成されているのだろうか?
宇宙はビックバンで始まったと言われていますが、その初期段階で光から
対生成で物質と反物質が作られたと考えられます。それが、何らかの理由
で物質だけが残ってこの宇宙を作った筈です。どうやって、そのような
ことが起こったのだろうか?

素粒子物理の標準理論と呼ばれる理論では、このことを説明することが
できません。
では、どういうことが考えられているのだろうか。それについて、これから
書こうと思います。

ちょっと長くなったので、今日はここまでにしておきます。

最後まで読まれた方は、ありがとうございました。






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