2018年3月14日 (水)

家正則著『ハッブル 宇宙を広げた男(岩波ジュニア新書 2016/8/20)』/アマゾンJPに私が書いたレビューのコピーです

Hubble

家正則著『ハッブル 宇宙を広げた男(岩波ジュニア新書 2016/8/20)』


Stars5ハッブルの第一の功績は天文学者の地位を高めたこと
2018年3月14日

この本の文章は小見出しが多く読みやすい。
この本はハッブルの伝記である。そしてその内容はハッブルの苦労話が中心である。したがって、ハッブルの苦労話、すなわち(観測法や観測結果など)技術的説明は詳細だが、物理学的説明については最終部「第5部 観測的宇宙論の展開(全196ページ中169〜196ページ=約29ページ)」以外には比較的少ないと思う。だが、本書は20世紀における「天文学の発展」と「物理学の発展」に注意しながら読むと分かり易いと思う(その一番分かり易い具体例はやはり「ハッブル vs. アインシュタイン」)。
ハッブルの第一の功績は天文学者の地位を高めたことだと私は思う。というのも、ハッブル自身はノーベル賞を受賞しなかったが、彼の死後、天文学がノーベル賞授賞の対象となり、多くの天文学者がノーベル賞を受賞することになる。

【伝記】
優れた天文学者でありながら軍人でもあったという不思議な経歴を持つエドウィン・ハッブル(1889 - 1953)。
彼は志願し第一次大戦に従軍、戦地に赴く。
「彼は天文台に来たあともかなりの間、乗馬用長ズボンと軍隊用ブーツを愛用して『少佐』のイメージを大切にしていた(P.40)」
彼は第二次大戦にも志願し弾道計算の仕事をした。

ハッブルが天体観測を始めた1919年頃・・・「観測中は眠気と寒さが大敵です。冬には手足の感覚もなくなり、涙でまつ毛が接眼レンズに凍り付いてしまうこともありました(P.41)」「1920年代末には(ハッブルの忠実な助手)ヒューマソンが撮るスペクトル写真は露出時間が昼間を除く1週間にも及ぶことが度々あったという(P.98)」「2.5m望遠鏡の観測台で、ヒューマソンは何日も凍えながらガイドを続けました。夜通しの作業となりますが、より微妙な修正が必要な時には、望遠鏡を肩で少し押したり、体重をかけて調節することもありました(P.107)」
ハッブルの時代の天文学者は「体力」で天文観測をやっていた。すなわち当時の天文観測が成果を収めるためには長時間の肉体労働を要し、コツコツと地味に着実に観測を継続しなければならなかった。そしてそれによって彼らが確たる成果を得られれば良いのだが、例えばやり直しができない失敗の連続・・・そのまま引退・・・ハッブルの時代には世に名を残すさず消えていった天文学者もいただろう。
ハッブルを「過酷な天体観測」へと駆り立てたのは何だったのか? 後述するように、それが相対論や量子力学などの理論物理学の根拠を探すことではなかったとすれば、それは「宇宙ってそもそも何なの」という素朴かつ旺盛な好奇心だったのか? いや思うにアメリカ人はもっと合理的だ・・・すなわち、ハッブルの頭の中にあったのは宇宙の謎、不思議、神秘を解き明かすための理論の追求ではなく「成果第一主義」と「他人に負けたくないという野心・競争心」だったのかも知れない。

「ハッブルの(天体観測)写真の出来上がりは今一つだった(略)『まじめな貧乏性』(P.42)」

「天体の距離測定では『セファイド型変光星』ほど重要な役割をした天体はありません。そのきっかけをつくったのは、ハーバード大学天文台で写真測定にあたっていた女性職員ヘンリエッタ・リービット。彼女は1908年に小マゼラン星雲中のセファイド型変光星の周期と光度の関係に一定の関係があることに気が付きます。この関係はセファイド型変光星の『周期光度関係』と呼ばれるようになります(P.46)」
私はこのヘンリエッタ・リービット(の発見)こそ、のちのハッブルの手法に大きな影響を与えたと思う。

「ハッブルは生涯を通して『星雲』という言葉を用い、『銀河』という語を用いなかった(P.59)」

ハッブルのド・ジッターへの抗議の手紙(1929年頃)「速度距離関係の定式化、試験と確認はウィルソン山天文台の業績であると考えており、我々が論文を出版するのが筋であることと考えております(P.106)」
当時、天文学者と物理学者は仲が悪かった?

1948年。パロマー山5m天文台完成後、ハッブルが提案した「暗い銀河の分布を調べる大計画(P.155)」は採用されなかった。

自由奔放でアウトサイダー的な性格だったハッブルは、周囲の人々と、しばしばトラブルを起こした。

【物理学】
改めて気づかされたこと。それは当たり前のことだが、私たちが、距離1万光年の天体を見ることは、その天体の1万年前の過去の姿を見ている。1億光年、10億光年、100億光年は、さらに1億年前、10億年前、100億年前の過去を見ている。そしてまた「遠い銀河を可視光で観測する場合、実際には波長が短くて目には見えない紫外線だった光が、赤方偏移して可視光になる(略)これは『赤方偏移効果』と呼ばれている(P.175)」

「天文学者と物理学者
(略)ハッブルはド・ジッターと面識があり、その研究に触れる機会がありましたが、フリードマンやルメートルの研究のことはかなり後になるまで知らなかったようです。実のところ、ハッブルの発見が発表されてそれについて議論が始まった頃も、ほとんどの天文学者は宇宙モデルの理論のことは知らなかったか、少なくとも気にしていませんでした(P.100)」
ハッブルをはじめとする当時の天文学者たちはド・ジッターとフリードマンの《膨張する宇宙》には無関心であったというのは意外である。
他方、ハッブルの天体観測は、ガモフの《ビッグバン宇宙論》の根拠を発見したという意味では、量子力学の発展に寄与したと私は思う。

「ハッブルの法則『V=Hr』によれば、膨張速度が一定であれば、ハッブルの法則の逆数 1/H は時間の次元をもち、この時間だけ遡るとすべての銀河はただ1点に集まっていたことになります。実際には膨張は重力による減速を受けるため、過去の膨張速度はもっと大きかったはずで、宇宙の年齢は、1/H で表されるハッブル年齢よりは短くなるはずです。ハッブルが求めた H の値を用いると、1/H としてわずか20億年という数字が出てしまいます(P.112)」
ハッブル定数の単位は、当初「K」だったが、のちに、ハッブルの頭文字にちなんで「H」で表された。

「宇宙の夜明け
(略)宇宙は宇宙の晴れ上がりから最初の星が生まれるまでの間は宇宙に光る天体がないため、光のない『暗黒時代』となります。ビッグバン後38万年の宇宙の姿を示すマイクロ波宇宙背景放射の温度分布には、10万分の1程度のわずかなゆらぎあることがあることが確認されてますが、このゆらぎはその後どんどん成長していきます。宇宙空間を満たしている物質は水素原子などのなどの通常の物質と正体不明のダークマター(暗黒物質)からなりますが、ダークマターの方が通常の物質より5倍ほど多いことがわかっています。これらの物質の密度のゆらぎも成長していきます。やがてダークマターの密度の濃い場所に物質も集まり、最初の星々が生まれることになります。こうしてビッグバンから2〜3億年後には宇宙のあちこちで、原始的な銀河が生まれ始めたと考えれています(略)ビッグバン直後に宇宙が冷えて中性化した現象を表す『宇宙の晴れ上がり』と紛らわしいのですが、『宇宙の夜明け』は宇宙が温められて再び電離した現象です。すばる望遠鏡で宇宙を約129億光年まで遡るとライマンアルファ銀河が急に見えなくなったのは、この『宇宙の夜明け』の完了に踏み込んだからだと考えられます。宇宙背景放射の分析からも宇宙の再電離が起きたのは132億光年前から129億光年前までの頃だろうという分析結果が得られています(P.189)」

【参考】
ビッグバン(137億年前)。宇宙の晴れ上がり(中性化/ビッグバンの 38 万年後)。宇宙は宇宙の晴れ上がりから最初の星が生まれるまでの間は宇宙に光る天体がないため、光のない『暗黒時代』。宇宙の夜明け(再電離/ビッグバンの 7.8 億年後)。

【追加】
最近、アダム・リース博士(Adam Riess 1969-)が『宇宙距離梯子』という観測方法を使って「年周視差」の限界を拡張することに成功し、ハッブル定数を書き換えたというニュースがあったが、同書では、ハッブルは生涯「年周視差」を用いなかったと読める(だって、ハッブルが「年周視差による天体観測」を行ったと同書のどこにも記されていない...と思うから)。また、太陽系に近い天体は《年周視差》は測りやすいが、太陽系に近い天体の赤方偏移は(遠ざかる速度が遅過ぎて)逆に測りにくかったのでは...と私は思う。しかし同書はそのことに言及していないと私は思う。

2018年1月18日 (木)

【御免なさい。このエントリーは著作権を侵害しています】 銀色や赤色に輝く「夜光雲」ロケット打ち上げ後に各地で観測(2018年1月18日)

銀色や赤色に輝く「夜光雲」ロケット打ち上げ後に各地で観測

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(C) NHK

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(C) NHK

鹿児島県の大隅半島から、18日朝早くイプシロンロケットの3号機が打ち上げられたあと、西日本の広い範囲で、銀色や赤色に輝く「夜光雲」という特殊な雲が観測されました。(2018年1月18日 11時38分 NHK オンラインより)

(下に続く)

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2017年11月18日 (土)

「チバニアン」 国際学会が「国際標準地」に登録の答申(2017年11月13日)/77万年前の地層 国際標準地の登録申請 チバニアンか(2017年6月7日)/およそ77万年前に地球の磁場が逆転(?)

「チバニアン」 国際学会が「国際標準地」に登録の答申

Chibanian
(C) NHK

千葉県市原市にあるおよそ77万年前の地層を地球の歴史の一時代を代表する「国際標準地」に登録し、その時代を千葉時代=「チバニアン」と名付けることを目指す茨城大学などのグループは、審査を行っている国際学会の作業部会から投票の結果、市原市の地層が、イタリアの候補地を破り次の審査を行う委員会に「国際標準地」として答申することになったという連絡があったことを明らかにしました。(2017年11月13日 19時09分 NHK オンラインより)

(下に続く)

77万年前の地層 国際標準地の登録申請 チバニアンか

Chiba
(C) NHK

およそ77万年前に地球の磁場が逆転したときの痕跡を残している千葉県市原市の地層について、茨城大学などのグループは、地球の歴史の一時代を代表する「国際標準地」としての登録を目指し、7日、国際学会に申請しました。申請どおりに認められればこの地層が示す時代に「千葉時代」を意味する「チバニアン」と名付けられる可能性があり、審査の行方が注目されます。(2017年6月7日 21時02分 NHK オンラインより)

(下に続く)

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2017年10月 5日 (木)

ノーベル物理学賞「重力波」初観測 米の研究者3人に(2017年10月3日)

ノーベル物理学賞「重力波」初観測 米の研究者3人に

ことしのノーベル物理学賞に、巨大な観測施設「LIGO(ライゴ)」を建設して、宇宙空間にできた「ゆがみ」が波となって伝わる現象、いわゆる「重力波」の初観測の成功に貢献した、アメリカの研究者3人が選ばれました。(2017年10月3日 22時22分 NHK オンラインより)

(下に続く)

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2017年9月23日 (土)

“究極の量子コンピューター” へ 基本原理開発に成功 東大(2017年9月22日)

“究極の量子コンピューター” へ 基本原理開発に成功 東大

離れた物質の間を情報が瞬間移動する「量子テレポーテーション」と呼ばれる現象を利用して、現代のスーパーコンピューターをはるかにしのぐ新型の量子コンピューターの基本原理の開発に成功したと東京大学の研究チームが発表しました。(2017年9月22日 18時31分 NHK オンラインより)

(下に続く)

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2017年9月 8日 (金)

太陽フレア ピーク過ぎるも数日間は警戒を(2017年9月7日)/太陽で大規模爆発 8日地球に影響出るおそれ(2017年9月7日)

太陽フレア ピーク過ぎるも数日間は警戒を

「太陽フレア」と呼ばれる太陽表面の爆発現象で放出された電気を帯びた粒子が、8日午前中から地球に到達し、日本でも磁場の乱れが観測されました。国立研究開発法人の情報通信研究機構は、今回のフレアによる磁場の乱れは午前中にピークを過ぎたものの、太陽活動は引き続き活発で、新たなフレアの発生も考えられることから「今後、数日間は警戒が必要だ」としています。(2017年9月8日 16時43分 NHK オンラインより)


太陽で大規模爆発 8日地球に影響出るおそれ

Flare
(C) NHK

太陽の表面で「太陽フレア」と呼ばれる大規模な爆発現象が起きた影響で、8日午後から深夜にかけて電気を帯びた微粒子が地球に到達し、GPSや無線通信などに影響が出るおそれがあるとして、国立研究開発法人の情報通信研究機構が注意を呼びかけています。(2017年9月7日 20時05分 NHK オンラインより)

(下に続く)

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2017年3月20日 (月)

国内の重力値の基準 約40年ぶりに改定(2017年3月20日)/私は宇宙に行って無重力を体感するより地球に居て重力を体感するほうがよっぽど楽しい

国内の重力値の基準 約40年ぶりに改定

Gravity
(C) NHK 「この測量標を移転き損すると測量法により罰せられます」と書いてある

ものの重さや土地の標高などを決める際に使われる国内の重力値の基準が、最新のデータなどをもとに、およそ40年ぶりに改定されました。新たな基準では、広い範囲で重力値が小さくなり、大人では髪の毛数本分ほど体重が軽くなる変化になるということです。(2017年3月20日 4時34分 NHK オンラインより)

(下に続く)

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2017年2月18日 (土)

【メモ】 ダニエル・フライシュ著「物理のためのベクトルとテンソル」より「テンソルの応用」「慣性テンソル」をコピーする/このエントリーは完結しない/そして不完全

このエントリーは完結しない。そして不完全。
だがメモとして。
とにかく、ブログに掲載し、それを眺めていると、分からないことが分かるかも知れない。
手段として。


ダニエル・フライシュ(Daniel Fleisch)著「物理のためのベクトルとテンソル」181ページの「6 テンソルの応用」「6.1 慣性テンソル」より。

慣性モーメント = (回転運動の場合の)質量のアナロジー

位置(x) = 角度(θ)
速度(v) = 角速度(ω
加速度(a) = 角加速度(α
力(F) = トルク(τ
質量(m) = 慣性モーメント(I)
運動量(p) = 角運動量(L


ニュートンの運動方程式
F = ma ---> τ = Iα


並進運動の運動量  p = mv
角運動量      Lz = Iω


v = ωr (角速度×半径)なので
角運動量 Lz = mvr は
Lz = mvr = mr2ω
mr2 をこの1粒子の慣性モーメント(I)として
Lz = Iω
ただし、この角運動量の2つの式に含まれる v と ω は速度ベクトルではなくスカラー


速度 v と角速度 ω と 位置ベクトル r の間にはベクトル積で表される

v = ω×r

という一般的な関係があります。この×印はベクトル積

また、角運動量 L を運動量 p(あるいは速度 v と質量 m)に関係づける式は

L = r×p = r×(mv) = mr×v・・・(6.2)

今日はここまで。

(下に続く)

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2017年1月25日 (水)

ノーベル賞大隅さんから1億円寄付 基金設立(2017年1月25日)

ノーベル賞大隅さんから1億円寄付 基金設立

東京工業大学は、ノーベル医学・生理学賞を受賞した大隅良典さんが基礎研究の重要性を訴えていることを受け、若手の研究者や学生を支援する新たな基金を設立したと発表しました。基金には大隅さん自身もノーベル賞の賞金とほぼ同額の1億円を寄付したということで、基礎研究の振興が全国に広まるきっかけになってほしいとしています。(2017年1月25日 17時18分 NHK オンラインより)

(下に続く)

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2017年1月 5日 (木)

量子コンピューター実現に不可欠な技術開発 東大(2016年1月3日)/【参考1】 量子テレポーテーションとは?/【参考2】 アインシュタインと量子テレポーテーション

量子コンピューター実現に不可欠な技術開発 東大

現代のスーパーコンピューターでは何千年もかかると言われる極めて複雑な計算を、わずか数時間で解くという、夢の超高速コンピューター「量子コンピューター」の実現に向けて、東京大学のグループが世界的に注目されている「量子テレポーテーション」と呼ばれる現象をめぐり、重要な成果を得たことがわかりました。超高速コンピューターの実現に欠かせない、情報の瞬間移動を無制限に繰り返せるようにする新たな技術の開発の成功で、グループではことしから大規模な計算を精度高く行うための研究を本格化させることにしています。(2016年1月3日 18時37分 NHK オンラインより)

(下に続く)

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