対症療法でないセンター試験改革を - WEBRONZA＋科学・環境 - WEBマガジン - 朝日新聞社（Astand）

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きのこみやくぼ
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1 宇宙の加速膨張とは東京大学大学院理学系研究科物理学専攻須藤靖 1980 年代 1990 年代ダークエネルギー 2010 年代元素以外の 1970 年代ダークマター 2012 年 3 月 24 日 13:30-13:50 元素光を出さない宇宙線宇宙物理領域素粒子論領域合同シンポジウム加速膨張を続ける宇宙論関西学院大学星銀河 ( 光を出す元素 )

2 2011 Nobel prize in Physics n Saul Perlmutter, Brian P. Schmidt and Adam G. Riess n for the discovery of the accelerating expansion of the Universe through observations of distant supernovae

3 宇宙膨張の発見エドウィンハッブル ( ) n n アンドロメダ星雲中にセファイド型変光星を発見し星雲は我々の銀河系の外の独立した銀河であることを示した (1923 年 ) 遠方銀河はその距離に比例した速度で遠ざかっていることを発見し宇宙が膨張していることを観測的に明らかにした (1929 年 ) アンドロメダ銀河のセファイド変光星 1931 年にウィルソン山天文台を訪問したアインシュタイン

4 ハッブルの法則 (1929) n 遠方銀河は我々に対して遠ざかっている n その後退速度は銀河までの距離に比例しているハッブルの法則 v=h 0 d ハッブルが得た遠方銀河の距離速度関係

5 ハッブルの法則かルメートルの法則か? ( 日本物理学会誌 2012 年 5 月号 ) n Sidney van den Bergh: The curious case of Lemaître s equation 24, arxiv: n 宇宙膨張を発見したのは1929 年のハッブルの論文 (PNAS, 15, 1929, 168) だというのが通説 n しかしルメートルの1927 年のフランス語論文ですでにハッブル定数が重みのつけ方によって625 あるいは575km/s/Mpcと計算されていた ( この事実は一部ではよく知られていたらしい ) n この論文はその後 MNRASに英訳されて 1931 年に発表されているがそこではハッブル定数の計算に関する式の一部と本文および脚注がすっぽりと抜け落ちている

6 英訳版では削除されている箇所 (1)

7 英訳版では削除されている箇所 (2)

8 英訳版では削除されている箇所 (3)

9 後退速度距離関係の比較ルメートル (1927) 575km/s/Mpc ハッブル (1929) 530km/s/Mpc Un Univers homogène de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des nébuleuses extragalactiques, l Abbé G. Lemaître Annales de la Societe Scientifique de Bruxelles, A47, pp : A homogeneous universe of constant mass and increasing radius accounting for the radial velocity of extragalactic nebluae, MNRAS 91(1931)483

10 Stigler's law of eponymy n No scientific discovery is named after its original discoverer (1980 by University of Chicago statistics professor Stephen Stigler) n Aharonov-Bohm effect, Alzheimer's disease, Bode's Law Cardano's formula, Curie point, Dyson spheres Euler's number, Euler's formula, Fermi's golden rule, Gauss's Theorem, Gaussian distribution, Halley's comet, Hubble's law, Kuiper belt, Snell's law of refraction, Stigler's Law, attributed by Stigler himself to Robert K. Merton, Wheatstone bridge, Yagi antenna

11 加速度と物理法則 n なぜか物理法則 ( 運動方程式 ) は時間の2 階微分 ( つまり加速度 ) で書き表される n 宇宙の ( 膨張 ) 速度を知っても物理法則との整合性の議論はできない n エネルギー保存則 ( 運動エネルギー = 重力ポテンシャル ) より宇宙の重力の大きさ = 宇宙の密度と重力的進化時間スケール = 宇宙年齢は推定できる n 宇宙の加速度が測れれば宇宙を支配する物理法則を知る事ができる n 加速度を知れば ( さらに高階微分は知らずとも ) それで力学は完結 11

12 宇宙の加速膨張と物理法則 n 宇宙の大きさ a(t) を現在の時刻 t 0 付近でテイラー展開する a(t) = a(t 0 )+ da dt t0 (t! t 0 )+ 1 2 d 2 a dt 2 t 0 (t! t 0 ) 2 +! n 第一項 : 宇宙の大きさ定数倍の自由度があり意味を持たない n 第二項 : 宇宙の膨張率 ( ハッブル定数 ) 宇宙の年齢 n 第三項 : 宇宙膨張の加速度力を及ぼす物質の正体を物理法則 ( 一般相対論から導かれる宇宙膨張の方程式 ) を通じて解明できる 12

13 本来は宇宙は加速できないはず! n ニュートンの重力の逆二乗則 d 2 a GM(< a) =! =! G " 4! 2 $ dt a 2 a 2 # n 一般相対論による宇宙膨張の式 n 圧力も重力源として寄与する 3 "a3 d 2 a dt =! 4!G (" + 3p)a 2 3 % ' =! 4!G & 3 "a < 0 n 負の加速度を説明するには負の質量あるいは負の圧力を仮定するしかない n アインシュタインの宇宙定数 : p=-ρ n より一般化したのがダークエネルギー : p=wρ( 定数 w<-1/3) n あるいはそもそも宇宙論スケールでは一般相対論が正しくないのかも ( 修正重力理論 ) 小林

14 加速膨張 = ダークエネルギー? n 宇宙の加速膨張が示唆するもの n 法則が正しければダークエネルギー n ダークエネルギーが存在しなければ法則が間違い n ダークマターとは異なり空間的に局在しているようなものではない n 例えば本来何もないはずの真空自体が持っているエネルギーのように宇宙全体を一様にみたしている n 実効的に斥力的な振る舞い n 1917 年にアインシュタインが ( 全く異なる理由から ) 導入した宇宙定数に対応

15 宇宙の組成と宇宙膨張の未来 n 宇宙の構造と進化の観測を通じて宇宙の組成を決定する宇宙の未来もわかる宇宙のサイズ? 宇宙のサイズ? 宇宙のサイズ減速膨張高密度 ( 重力が強い ) 宇宙加速膨張時間? 宇宙のサイズ等速膨張低密度 ( 重力が弱い ) 宇宙時間高密度 ( 重力が強い ) 宇宙加速収縮万有斥力が働く宇宙時間? 時間

16 科学的宇宙観の進化 1990 年代 1980 年代ダークエネルギー 2010 年代 1970 年代光を出さない元素元素以外のダークマター星銀河 ( 光を出す元素 ) 宇宙の 95% 以上の成分が正体不明我々は何も知らなかった 16

17 ダークエネルギーの観測的示唆 R n 宇宙膨張 n 宇宙の幾何学 n 宇宙の構造進化 n 4 つの主な手法 n 超新星のハッブル図土居 n マイクロ波背景輻射高田 n 重力レンズ高田 n バリオン振動松原 t

International Research Network for Dark Energy (JSPS, core-to-core program 2007-2012) Princeton U. Dept. of Astrophys. Sci.

18 International Research Network for Dark Energy (JSPS, core-to-core program ) Princeton U. Dept. of Astrophys. Sci. coordinator Edwin Turner CMB Gravitational lens Baryon oscillation Edinburgh U. Royal Obs. coordinator John Peacock DENET Univ. of Tokyo Res. Center for the Early Universe coordinator Yasushi Suto Tohoku Univ. Hiroshima Univ. Nagoya Univ. Theoretical model Baryon oscillation Weak lens mapping NAOJ Kyoto Univ. Institut d Astrophysique de Paris coordinator Jerome Martin Modified gravity Extra-dimension backreaction 18

19 DENET の成果 (AAPPS Bulletin Vol.20-21, pp.22-24) n 海外で 5 つの国際会議を開催 n 2007 Decrypting the universe Large Surveys for Cosmology@Edinburgh n 2008 Cosmology Near and Far; Science with WFMOS@Hawaii n 2009 Science Opportunities with Wide-Field Imaging and Spectroscopy of the Distant Universe@Princeton n 2010 The Observational Pursuit of Dark Energy after Astro2010@Caltech n 2011 The Accelerating Universe@IAP n 国内で 5 つのサマースクール 5 つの国際会議を主催共催 n すばるを用いたダークエネルギーのための銀河サーベイの国際共同プロジェクトの推進 n SuMIRe HSC: Hyper Suprime-Cam (PI: 宮崎聡 ) n SuMIRe PFS: Prime Focus Spectrograph (PI: 村山斉 )

20 20 世紀の天文学が見た夜空ノムコウ宇宙は何からできているか? n 目に見えない存在しない n 我々の体をはじめ地上のすべての物質は元素から成る n しかし宇宙全体を考えると元素の割合は5% 以下 n 光は出さず重力だけを及ぼすダークマターが約 2 割 n 残る7 割以上は宇宙を一様に満たすダークエネルギー n 宇宙は目に見えない存在に支配されている? 20

21 我々は何も知らなかった ( アイザックアシモフ夜来たる ) known knowns known unknowns unknown unknowns 古代インドの宇宙象最新の宇宙像 n どっちが優れているのかは自明ではない n 皆様の目は節穴でございますか? ( 謎解きは DENET の後で )

22 宇宙線宇宙物理領域素粒子論領域合同シンポジウム ( 世話人 : 早田次郎 ) 加速膨張を続ける宇宙論 n 13:30-13:50 宇宙の加速膨張とは n 13:50-14:35 超新星観測によるダークエネルギー研究 ( 土居守 ) n 14:35-15:20 ダークエネルギーか修正重力理論か ( 小林努 ) n 15:30-16:15 バリオン音響振動で探るダークエネルギー ( 松原隆彦 ) n 16:15-17:00 すばる SuMIRe プロジェクトで探るダークエネルギー ( 高田昌広 )

komaba-festival-2011Nov26.pptx

komaba-festival-2011Nov26.pptx 加速する宇宙論東京大学大学院理学系研究科物理学専攻須藤靖 1970 年代 1980 年代光を出さない元素元素以外の 1990 年代ダークマターダークエネルギー 2010 年代宇宙科学講演会ー今年のノーベル物理学賞の意義を知るー 2011 年 12 月 7 日 18:10-18:50 駒場 1 キャンパス 13 号館 1323 室星銀河 ( 光を出す元素 ) 宇宙論研究の歴史 n 1916