すごい宇宙講義 [Kindle]

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  • イースト・プレス
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感想・レビュー・書評

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  • ・7/17 読了.素粒子物理学の観点からのダークマターの詳しい説明がわかりやすくて役に立った.ニュートリノ、反ニュートリノについての説明がもう少し欲しかったけど.

  • ブラックホールとは何かがよく分かった。

    難しいところは考えることを放棄してしまった。

  • ビックバン、インフレーション理論、宇宙の晴れ上がり等の宇宙の歴史についてまとめてある。
    講義形式の内容をまとめたものであり、非常にわかりやすい。
    宇宙の年表を用いて強い力、弱い力、電磁力、重力の大統一理論についても説明されている。

    宇宙に関する内容も素晴らしいが、特に印象的だったのは天動説に関する理論についてである。
    その昔、現在では当たり前となっている地動説ではなく天動説が支持されていた時代があったが、それは測定機器の精度が悪かったためであった。つまり宗教的に信じられていたのではなく、実験結果からも正しいとされていたのであった。
    このように、現在信じられている理論も科学の発展に伴い、全く逆の理論が正しいとされる日が来るかもしれない。科学の歴史はたくさんの失敗の上に成り立っており、失敗を積み重ねて正しい(とされる)理論が出来上がっていくというところが非常に面白かった。大切なのは結果ではなく考え方である。

  • 素粒子物理学実験屋さん視点からの宇宙論。比喩も使いつつわかりやすく解説していただいている。

    たまに巷を騒がすワードがどういったものか、のイメージがしやすくなると思う。
    この分野はやっぱりロマンがあるなぁ。
    世界観の構築に観測は大事ですね、これがないと何事も足元が危うい。

  • 【資料ID】91200910
    【請求記号】443.9||T

  • 素粒子物理学者がすぐ隣の宇宙論についてわかりやすく、説明する。

  • 位置No. 373
    シュヴァルツシルトのものが一番単純なかたちで――真ん中に特異点があり、その周りに「事象の地平面」がある、というものです。 次に、カーという人が、真ん中の特異点が回転している場合を考えました。回転していると、特異点はリング状になって、「事象の地平面」も同じように、ちょっと横に膨らんだようなかたちになります。 それから、ライスナーとノルドシュトレームという二人が、特異点が電気を帯びていた場合を考えました。さらにカーとニューマンの二人が、その電気を帯びている特異点が回転している場合を考えまし

    位置No. 466
    星も同じで、赤色巨星という大きな星が、重力崩壊によって中性子星という小さな星になる( 縮まる )。星はもともとゆっくり自転していますから、それが急激に小さくなれば回転速度はものすごく上がるんです。 そして、星というものは必ず磁場を持っています。地球だって磁石を置いたら、北と南にちゃんと向きますから。磁場を持ったものがものすごい速度で回転すると、パルス状の電波を飛ばすんです。規則正しく電波を飛ばすため、中性子星はパルサー( パルスを出すもの )とも呼ばれているんです

    位置No. 896
    重力などの自然界にある力は、( 詳しくは第四章でお話ししますが )媒介粒子をキャッチボールすることで力を伝えるわけです。一方で、遠心力が作用するのは、動きにくさ・動きやすさとしての質量( こちらも第四章でお話ししますが、ヒッグス粒子に関わってくる質量 )でして、つまり、同じ「力」とは言っても、ぜんぜん違う観点から考え出された「力」なんです。 でもこの2つが釣り合うってことは、同じものとして扱っていいんですよ――なぜなのかはわかりません、でも確かに同じなんです――事実としてそうなんだから、それを原理としましょう。それが「等価原理」です。

    位置No. 1027
    クエーサーと呼ばれる、宇宙の彼方にある――というのはすなわち宇宙の初期に作られた、という意味なんですが――ものすごい量のエネルギーを吹き出している天体があったんですよ。「これがホワイトホールでは?」と言われていた時代があったんですが、実際はブラックホールだったんです。

    位置No. 1511
    つまり赤方偏移はこうやって起きているんです。ドップラー効果ではなくて、空間そのものが伸びてしまっているために、その空間に引っ張られて波長が伸びている、これが赤方偏移の原因なんです。これで計算すると、現在の赤方偏移はぴったりと合う。

    位置No. 1549

    宇宙の初期はこんなに均一なのに、なぜそこからグレートウォールだとかボイドだとか、そういう偏りが生まれてしまうんだろうか?

    位置No. 1612
    でも先ほどのWMAPが捕らえた宇宙背景輻射を見てみると、こんなにも―― 10 万分の1の差で均一にかき混ざっているんです。おかしい......本来、混ざらないはずの領域が無数にあってしかるべきなのに、なんでどこもこんなにきれいに混ざっているのか? その理由を単純なビッグバン宇宙論では説明できないのです。 これが「地平線問題」です。

    位置No. 1630
    そのような「宇宙の重さ( 物質の量 )」を、宇宙論から計算した「臨界密度」と呼ばれる数値と比較します。そして、もし「宇宙の重さ」と「臨界密度」がぴったりと同じであれば――つまり宇宙には物質( 重力 )が ちょうどの量 だけ含まれていれば――空間は平坦になる。でも、ちょっとでも違っていたら( 臨界密度よりも重かったり、あるいは軽かったりすると )空間は曲がる(

    位置No. 1638
    平坦になっている理由が必要なんですが、ビッグバン宇宙論はそれに答えてくれません。 これがビッグバン理論で説明ができないことの2つめ、「平坦性問題」です。

    位置No. 1658
    磁力線が閉じてなければならないのは、 連続した空間の中である限り、ということです。不連続な空間では閉じていなくてもいい。

    位置No. 1687
    宇宙初期における相転移でも、同じことが起こります。同じ状態になる領域( 単結晶の領域 )は狭い範囲に限られ、その領域と別の領域は「不連続な空間」になるんです。 そして、この「不連続な空間」では、磁力線は途切れてしまうのです。磁力が伝わる速さだって、ある有限の値( 電磁力=光速 )ですから、それよりも相転移が速ければ――相転移は宇宙初期のほんの一瞬の間に起きたわけですが、詳しくは第四章でお話しします――空間は不連続になり、磁力線が切れてしまう。「相転移の情報が伝わる速さ」に加えて宇宙そのものの「膨張の速さ」も混ざっているのでややこしいのですが。

    位置No. 1693
    その不連続な空間の境目では、あたかも磁力線が突然発生していたり、あるいは、突然消えてしまっているかのように見えるわけです。それらはN極のモノポールやS極のモノポールとして観測されるはずです(

    位置No. 1733
    宇宙は最初一人で全体を充分かき混ぜられるくらい小さかった。この小さいお風呂の時期に充分かき混ぜて温度を均一にしてから、インフレイションによっていっきに膨らんだのなら、遠く離れた場所が同じ温度なのも納得、というわけです。

    位置No. 1736
    次に「平坦性問題」――なぜこんなに平坦なのか?――については、インフレイションによってものすごい速さで膨らんだため、もし宇宙がもともと曲がっていたとしても、空間がいっきに引っ張られたおかげで、我々が観測できるスケールでは「平坦になった」というわけです。 たとえば、地平線の例で考えた場合、仮にもし地球が今くらいの大きさではなく、太陽の何倍もある超巨大な惑星で、その地平線が人間の視力が及ばないほどに遠くにあったとしたら、地面が曲がっていることが実感できませんよね? つまり宇宙の地平線も、インフレイションによる圧倒的な膨張のせいで、はるか遠くに――観測できないくらい遠くにいってしまったのではないか、というわけです。

    位置No. 1745
    そして「モノポール問題」――なぜ空間の欠陥( 磁力線が途切れているところ )が見つからないのか?――については、インフレイションがあったと考えれば、もともとの宇宙のサイズはめちゃくちゃ小さかったことになるので、相転移の際、ほとんど単結晶に近い状態できれいに固まったのではないか、ということです。もしそこそこ宇宙が大きければ相転移によって単結晶が無数に出来てしまう――結晶のムラが出来る。つまりモノポールが無数にできるはずですが、全体が非常に小さいのであれば、きれいに固まるはずです。なので、結晶と結晶の境目=「空間の欠陥」はほとんど出来なかったのではないか? そして宇宙はインフレイションによっていっきに広がったため、その欠陥は、今は我々がいる場所よりもはるか遠くのほうにある(

    位置No. 2193
    「ホットダークマター」は非常に速く動いている暗黒物質で、「コールドダークマター」は、ゆっくり動いている( ほとんど動いていない )暗黒物質のことなんですが、このホットダークマターの一番の候補が、ニュートリノなんですね。ニュートリノはほぼ光の速さで動きますから非常に速い( =熱い )。 しかもニュートリノは、宇宙のなかでは光の次に多いので、数としては大量にあります。もしニュートリノがわずかに質量を持っていたら、宇宙全体としてはものすごい質量になります。そして、ニュートリノに質量があることが、今世紀に入ってから確定的になりました。まさに暗黒物質の候補として有望なわけなんですが、ところがですね、これが違っていたんですね。

    位置No. 2263
    突っ込んできても、反応が弱いのでほとんどが通り抜けてしまうんですが、ごくまれに、キセノンの原子核に衝突します( 図 68)。 WIMPは「重い」――ここがポイントです。もしこれが、たとえばアクシオンやニュートリノみたいに軽かったら、当たってもキセノンの原子核はそのまま動かないんです。軽いものが当たってもびくともしない。 ところがWIMPは重いために、当たるとキセノン原子核が弾き飛ばされます。原子核というのは、電気を帯びてますよね( +の電気です )。電気を帯びたものが動くわけですから、シンチレーターの中では当然光が発生します。そしたら、この光を捕まえてやれば、「お、WIMPが当たったな」とわかるわけですね。 跳ね飛ばされたキセノン原子核がシンチレーターを光らせる。飛ばされた原子核が玉突きになっているので、光( 原子核の軌跡 )が四方八方に飛んでいきます。この光を、光電子増倍管を使って検出すれば、おそらくWIMPを見つけられるだろう、ということなんですね。

    位置No. 2378
    もし宇宙が通常の物質( 陽子や電子など )だけで成り立っていたら、宇宙はこんな構造にならないはずなんです。陽子や電子は数が少ない上にいろんな力に反応するので、それらだけだと自然に固まることができない。星になるためには、材料を固めるための力、つまり 重力 が必要なんですが、固まったり、あるいは散らばったりするためには、普通の物質( 陽子や電子 )以外にも、もっともっと多くの、できれば重力にだけ反応する物質がないといけない。そのことがシミュレーションなどからわかっています。そこで、暗黒物質の登場です。 先ほど暗黒物質の分布の絵をお見せしましたね( 図 63 )。暗黒物質がこのようにまだらに分布しているおかげで、星や銀河もまだらになっているんです。

    位置No. 2558
    超対称性粒子のなかで、暗黒物質の候補として最も有望視されているのは、「ニュートラリーノ」です( ニュートリノの超対称性粒子ではありません )。 これは、 電荷を持たない 3つの超対称性粒子「フォティーノ」「ジーノ」「ヒグシーノ」が混ざった状態のものです( 暗黒物質の候補になるほどたくさんある物質が電荷を持っているなら、すでに容易に検出されているはずです )。第三章でお話ししたとおり、その質量は、陽子の数十倍よりも大きいと考えられています。WIMPの正体は、これではないかと考えられています。

    位置No. 2576
    一方で、もしこの粒子と反粒子の寿命が違っていたり、壊れ方が異なっていたり――たとえば粒子のほうは壊れて2個になるのに、反粒子のほうは壊れて3個になる場合が稀にある、というときは、弱い力は、「C反転」に対して対称でない( =C対称性が破れている )。 と言います。ある力が同じように働いていない、というわけです。そして実際、C対称性は破れていることが実験からわかりました。

    位置No. 2597
    弱い力ではCP対称性は破れているのですが、一方で、強い力では驚くほどの精度で、このCP対称性は守られているのです。強い力の働きについて説明する「 量子色力学」に於いては、対称である理由は特にない――CP対称性の「破れ度合い」を表す量を θ という量で表すのですが、この θ は、量子色力学的にはどんな値を取っても構わない――にも関わらず、恐ろしいほどの精度で、 θ =0となっているのです。

  •  大学でこれから物理を学ぼうとしている人、くらいのレベルで、宇宙の本最初の1冊には厳しめ。
     物理学には、数式などを考え理屈を考える派とそれを検証実験する派と分かれているが、この本の著者は後者。
     目に見えない、感じられない4次元以上を考えないと理解できない宇宙というよくわらからないものに、実験という現実に落とし込んでいる話なので理解しやすい。
    『世界の仕組みを物理学で知る』で物理の表面をサラッと学んだが、ブラックホールの対になるホワイトホールはあるのか?そもそも星が潰れるとは何か?が気になったので読みはじめた。わかりやすく説明されていて読んで良かった。
     また、今では否定されている「天動説」。これを提唱したテイコは「仮に本当に地球が動いているなら、夏と冬である星の見える角度が違うはず」という理論には正しいことを考え実験した結果「角度は変わらなかったから地動説は間違い」をと結論づけた。その当時の技術ではわかるほど角度が異ならなかったからだ。
     つまり、現代技術の観測の限界を踏まえた上での結果から、その時々「正しいようだ」を決めるが、技術が進歩すると全く逆の結論に至ることがある。それは今でも変わらない。という内容が心に残りました。

  • 多田先生(@sho_tada)の著書第2弾。

    構成は下記の通り。
    第一章:ブラックホール
    第二章:ビッグバン
    第三章:暗黒物質
    第四章:そして宇宙は創られた

    2013年頃の研究結果を元にわかっている宇宙の姿を教えてくれる。
    特に第4章の宇宙創成の歴史(力の分岐もまじえて)が非常にわかりやすかった。
    宇宙が誕生してから1秒の間に3回の相転移・力の分岐が起こっている。
    また、ヒッグス粒子の説明は今までのなかで一番わかりやすかった。

    次は2013年当時には見つかっていなかった重力波の本を読んでみたい。


    以下、ハイライト部分

    ハイライト(黄) | 位置No. 33
    科学の特徴は、「書き換えられる」ということです。

    ハイライト(黄) | 位置No. 568
    これまで観測されているなかで一番巨大なブラックホールは、「OJ287」というもので、大きさはなんと、太陽の180億

    ハイライト(黄) | 位置No. 606
    このようにブラックホールは、「事象の地平面」付近の自分のエネルギーを、対生成によって粒子( と反粒子 )に変えて、外に出しているんですよ。

    ハイライト(黄) | 位置No. 678
    特殊相対性理論とは、この2つの「原理」から導かれる「理論」なんですね。 「力学( 相対性原理 )」と「電磁気学( 光速度不変の原理 )」という別々の体系にあった「原理」を基に、新たな体系( 理論 )を作り上げたんです。

    ハイライト(黄) | 位置No. 728
    光は、電磁場の変化が時間と共に伝わっていく様子で、媒質はいわゆる物質ではなかったんです。

    ハイライト(黄) | 位置No. 859
    「光速度不変の原理」と共に、特殊相対性理論の基になったもうひとつの柱が、「相対性原理...力学法則はどの慣性系においても同じかたちで成立する」です。

    ハイライト(黄) | 位置No. 1790
    実はハッブル定数は、その後もなんと、減ったり増えたりしていることがわかったんです。

    ハイライト(黄) | 位置No. 1802
    最新のデータでは、宇宙が出来てから 50 億年くらいまではだんだんと減速していって、 50 億年から現在までは加速していることがわかっています。不思議ですよね? なんで加速と減速を繰り返すんだろう?

    ハイライト(黄) | 位置No. 2170
    そのような、光っていないけれどもある質量を持っている天体を、「マッチョ( MACHO )」と呼んでます。このマッチョが暗黒物質の正体なのではないか、というわけです。 ただですね、これだとぜんぜん量が足りないんです。最初に説明した銀河の回転速度だとか、銀河の動きとか、ああいうことを説明できるほどの量( 質量 )がない。少なすぎる......。

    ハイライト(黄) | 位置No. 2209
    もちろんWIMPの候補というものはあって、たとえば「ニュートラリーノ」なんていう超対称性粒子――超対称性理論からその存在が予言される粒子――が最も有望です( 詳しくはコラムIIIをお読みください )。 軽くて 冷たい暗黒物質の候補は、アクシオン( axion )と呼ばれるものです。こちらの素性はわりとはっきりしているんです。

    ハイライト(黄) | 位置No. 2399
    本日の講義の時点で、最も確からしい宇宙の構成比( 質量比 )は、陽子やその仲間( 「バリオン」と呼ばれる、いわゆる通常の物質 )が4%。熱い暗黒物質、これはないほうがいい。熱い暗黒物質が多かったらシミュレーション上は今の宇宙の状態と矛盾してしまうんです。 そして、冷たい暗黒物質、これが 23%。こういう割合であれば、今の状態の宇宙を説明できるらしいんですね。

    ハイライト(黄) | 位置No. 2746
    では、人類史上最大の加速器LHCで、実際にどれくらいまで温められるかというと、ちょうどこの表の真ん中くらい―― 度。これを時間に直すと、 秒後( 図 76 )。宇宙誕生から100兆分の1秒後の状態まで遡ることができるんです、実験的に。

    ハイライト(黄) | 位置No. 2809
    宇宙は、ほとんど水素とヘリウムで出来ているんです

    ハイライト(黄) | 位置No. 2943
    そこでワインバーグたちはこう説明しました、「もともと同じだったところに、ヒッグス粒子というものが、ウィークボゾンにだけ、質量を与えたんですよ」と。 ヒッグス粒子が、フォトンには質量を与えず、ウィークボゾンにだけ質量を与えた。

    ハイライト(黄) | 位置No. 2955
    質量とは何だと思いますか? これはね、「動きにくさ」を表す量なんです。

    ハイライト(黄) | 位置No. 2993
    ヒッグス粒子も、この瞬間――ちょうど宇宙が 度に冷めた瞬間、相手にする人と、しない人の差を作り出したわけです。相手にされなかったフォトン( 電磁力 )のほうは、相変わらず話し相手もいないからフラフラできる。一方でウィークボゾン( 弱い力 )は、相手にされるから質量を持って、両者はぜんぜん別のものになってしまった。

    ハイライト(黄) | 位置No. 3016
    「発見」と言えるのは、 99.9999%の確率で正しいと言えた場合なんです。

  • ライトタッチな宇宙論講義。すごくはないが、面白いです。特にコペルニクスの師匠は、科学的根拠に基づき天動説を唱えたという説は、初聞。中世のキリスト世界に科学が汚染された出来事だと思っていたので目から鱗でした。

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著者プロフィール

京都大学理学研究科博士課程修了。理学博士。高エネルギー加速器研究機構・素粒子原子核研究所、准教授。著書に『すごい実験』『すごい宇宙講義』『宇宙のはじまり』『ミリタリーテクノロジーの物理学』『ニュートリノ』(以上イースト・プレス)、『放射線について考えよう。』『核兵器』(以上明幸堂)がある。

「2020年 『弾道弾』 で使われていた紹介文から引用しています。」

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