やさしい科学的天文講座 アインシュタインの遺産 第3回 宇宙項

【宇宙項の悲喜こもごも】
宇宙項に関して物理学的ではなく文学的に表現したときのイメージ。

レジメ:宇宙項.PDF
やさしい科学的天文講座「アインシュタインの遺産全4回」.PDF

アインシュタイン(1905年): 特殊相対性理論を書き、光速不変で、どの慣性系も相対的であることを前提に、重力のない状態での慣性系を理論化しました。
よくご存じの、光速に近い速さで走る電車の中の人と外の人で時間の長さが変わってしまうという現象もこれで説明できています。

アインシュタイン(1915年): 加速度系を含めてより一般化させた一般相対性理論を書きました。これは、ニュートンによって万有引力として説明された現象が、ニュートン力学的な意味での力ではなく、時空連続体の歪みとして解釈する、新しい重力場理論です。

■一般相対性理論は現代宇宙の多義にわたる事項を予言しました。■

1.重力レンズ効果
重力場中では光が曲がって進む。エディントンは、1919年5月29日の日食で、太陽の近傍を通る星の光の曲がり方がニュートン力学で予想されるものの2倍であることを観測で確かめ、一般相対性理論が正しいことを示しました。

2.水星の近日点の移動
ニュートン力学だけでは、水星軌道のずれ(近日点移動の大きさ)の観測値の説明が不完全でしたが、一般相対性理論により、太陽の質量による時空連続体の歪みに原因があることが示されました。

3.重力波
時空の歪み(重力場)の変動が伝播する現象。線型近似が有効な弱い重力波の伝播速度は光速になる。この予測の発表から100年目の2016年に、アメリカのLIGOにより直接観測されました。さっそく2017年ノーベル物理学賞を受賞。

4.ブラックホール
限られた空間に大きな質量が集中すると、光さえ脱出できないブラックホールが形成される。

5.重力による赤方偏移
強い重力場から放出される光の波長は元の波長より長くなる。

6.時間の遅れ
強い重力場中で測る時間の進み(固有時間)は、弱い重力場中で測る時間の進みより遅い。2020年東大の香取教授が発明した光格子時計で、スカイツリーの展望台と地上で、時間の進み方の違いが計測されました。それまでの原子時計は3000万年に1秒の狂いでしたが、香取教授の光格子時計は300億年に1秒の狂いしか出ません。我々の宇宙が出来て138億年でしかありません。

7.膨張宇宙
時空は膨張または収縮し、定常にとどまることがない。ビッグバン宇宙も説明する。

アインシュタイン(1917年): 一般相対性理論に宇宙項を入れる。

ハッブル(1929年): 宇宙が膨張していることを発見。

驚き桃の木山椒の木。アインシュタインさん、自分の相対性理論で宇宙の膨張(収縮)を予想していたではありませんか。それなのに、わざわざなぜ宇宙項を入れたんですか。それはきっと、アインシュタインさんは、宇宙くらいは絶対的な静的な存在であってほしいと願ったからではないでしょうか。さもないと、神様の存在場所がないでしょう。

アインシュタイン(同年): 宇宙項を入れたのは生涯最大の過ちと言ったとか。そして、宇宙項を撤回しました。

1998年頃: Ia型超新星を標準光源とする銀河の距離測定から、宇宙の膨張速度が60億年~70億年前に加速を始めたことが判明しました。その加速のエネルギー源は正体不明であり、とりあえず暗黒エネルギー (dark energy) と呼ばれるようになり、宇宙の時空を記述する方程式において宇宙項が復活してしまいました。

以上、アインシュタインさんの悲喜こもごもでした。相対論で膨張を予言しながら、すぐ後で宇宙項を入れたのに、10年後に撤回を余儀なくされ、いまでは、その宇宙項が復活しています。「こうあって欲しい」は科学には禁物ですね。でも、アインシュタインさんほど偉大な科学者になると、人間万事塞翁が馬のうちで、よい方に転ぶんですね。でもでも、安心は出来ません。相対性理論を覆す発見が現れるかもしれません。

アインシュタインの遺産 第3回「宇宙項」
日時:2021/10/17(日) 14:00~15:30 ホテルでは16時から座談会、夜は観望会
場所:伊良湖ホテル&リゾート セミナールーム
参加:セミナールーム(20名)、及びZOOM参加
費用:セミナールーム参加者は、座談会のお茶とケーキで2200円
申込:事前に、下記の参加申込URLからお申込みください。 emailのinfo@iragotenmon.clubでも可。電話0531-34-2325でも可。

参加申込
ここのURLから当日の開始時間前までにお申し込みください。
https://docs.google.com/forms/d/e/1FAIpQLScaYWSawaYgZLfLJM_Ojeadk2wVCFFLE6WRZDcPQStgQ7xTCQ/viewform 下記QRコードもどうぞ

ZOOM用URL: https://us02web.zoom.us/j/87832175886?pwd=MDFkU2J5eTlWeG1FMGlyT05Kb3dQdz09
ミーティングID: 878 3217 5886
パスコード: Astro2021c
やさしい科学的天文講座 アインシュタインの遺産 第3回 宇宙項

受講後のアンケートURL: https://docs.google.com/forms/d/e/1FAIpQLSciKTIlK8AYeuhwFUvFkqH0r5rOt4NgjvMPHMoz4Y7Ymgjdqw/viewform
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