★★ アインシュタインの世紀  ★★

1915年、アインシュタインによって提唱された一般相対性理論は、 光が、いかに時空構造の中心であるかを示しました。
この宇宙に関する独創的な理論に関して世界中で沢山の催しが行われます。
このページでは、皆様に関心を持っていただけるようにリンクを設けました。
また、アインシュタインと彼の物理や宇宙論への多くの寄与について学ぶための情報を紹介します。



2015年は、物理学の歴史上、たいへん重要な節目の年です。
ちょうど100年前の11月、アルバート・アインシュタインは、一般相対性理論の有名な「場の方程式」を求めました。
一般相対性理論は、私たちが知っている重力に関する全ての現象(例えば、りんごの落下、惑星の軌道運動、銀河の離脱など)を説明することができる理論であり、その有効性は、一世紀に渡る幾多の検証に も生き残っています。

100年を経て、一般相対性理論は、いまや古典的、教科書的 な理論の一つとみなされていますが、 その精神はいまだに若いままです。
その中心的 アイデアである「時空は動的で、物質の存在により影響される」ということは、日常のよく実証された事実として受け入れることはいまだに難しいでしょう。

この理論の進展は、アインシュタインの頭の中で行なわれ た実験(いわゆる「思考実験」)から導かれた。これらの思考実験は、光の概念がその中心にありました。

「光を運動している観察者が観察すると、どうなるか?」

「光が重力場の中を通過すると、どうなるか?」

当然のことながら、一 般相対性理論に対する幾つかの検証が、光によって行なわれた。 理論の最初の成功であり、世界中に知られるきっかけになったのは、太陽による光 線の曲 がりの測定でした。
エディントンは、1919年の日食の最中に、太陽に よる遠方の星からの光線の影響の測定に成功しました。
測定された曲がりは、アインシュタインの理論と完全に一致する一方、その値は、ニュートン力学による予測の2倍でした。 アインシュタイン理論の完勝でした!
今日では、天体による光線の曲がり(非常に重い天体によるレンズ光学)は、宇宙を探索するためのうまい手段であり、重力レンズ効果と呼ばれています。

この後の理論の検証においても光は主要でした。
例えば、重力赤方偏移(一般相対性理論による別 の予言として、重力場を通過する際に光の周波数が変化すること)の実験的検証が1959年より行われてきました。
実際に、光と一般相対性理論の幸せな結合は、私たちが、GPS装置を使用するたびに重要です。
と言うのも、一般相対論的効果 (の補正)は、正確な位置測定に極めて重要だからです。

しかし、一般相対性理論の最も驚くべき予言は、光に関係す るのでなく、光が無いことに関してです。
ブラックホールは、その密度があまり にも大きく、その重力場から光さえ脱出できなくなった天体です。
これは、SFの 話ではなく、今や、ブラックホールは、標準的な天体の一つとして(間接的に)観測し、研究しています。

さらに宇宙論スケールサイズでは、銀河や超新星からの光の重力赤方偏移が、宇宙の「地図」や「幾何構造」を研究する基本の手法となりました。
これらの 手法により、宇宙が膨張していること、つまり、全ての銀河はお互いから遠ざかりつつあること、が認識されました。

さらに、最近の研究では、この膨張が加速していることさえ明らかになってきました。
この結果として、宇宙の中には、新しい形として「ダーク」エネルギーが存在することが判りました。
これら全ての驚くべき発見は、一般相対性理論の枠組みの中で、遠く離れた天体現象からの光を研究することで生まれていることを 注目しても良いでしょう。

宇宙論からは、宇宙初期に関する光と一般相対性理論の別の関連が明らかになっています。
一般相対性理論は、宇宙がとても高エネルギー状態であるビッグバンから始まり、その痕跡が宇宙マイクロ波背景放射CMBに刻印されていると予言します。
CMBは、熱い 宇宙初期で作られた光が、温度が下がって、光子として自由に動けるようになったときの残光です。
私達が今日見ることのできる残光から、宇宙が現在の年齢の1/30,000の時点でどうのように見えるかの正確な情報を知ることができます!

未来の発見はどうなるでしょうか?

私達は、重力波の検出の最初の検出を(もしかしたら2015年中にも)望んでいます。
重力波は、アインシュタイン自身でさえ信じられなかった、魅力的な一般相対性理論から予言される時空構造の「波紋」です。

宇宙誕生時の原始重力波は、CMBの光の偏光の特殊な模様として、間接的に検出できるでしょう。
これらの原始重力波の検出は、われわれ の視界の向こうの世界である、宇宙の始まりについての極めて重要な情報となることでしょう。


LINKS

1.http://www.youtube.com/watch?v=0rocNtnD-yI
2.http://www.nature.com/nature/journal/v417/n6892/fig_tab/417905a_F1.html
3.http://www.schoolphysics.co.uk/age14-16/Astronomy/text/Galactic_red_shift/index.html
4.http://hubblesite.org/explore_astronomy/black_holes/
5.http://www.npr.org/2013/05/10/182861376/exploring-an-ever-expanding-universe
6.http://www.universeadventure.org/big_bang/cmb-origins.htm



文献:http://www.light2015.org/Home/CosmicLight/Einstein-Centenary.html


日本天文愛好者連絡会(JAAA)