物理学第13回
Summary
TLDR皆さん、こんにちは。今回は物理学1第13回の授業で、宇宙背景輻射の非等方性について説明します。前回の重力不安定性による密度ゆらぎの成長仮説を踏まえ、この仮説から導かれる理論的予言と観測結果について述べます。COBE衛星によって初めて検出された非等方性は、この仮説を強く支持するものでした。さらに、プランク探査機による詳細な観測結果も紹介され、宇宙の成り立ちや構成要素について新たな発見が明らかにされました。これで今回の授業を終わります。
Takeaways
- 🌌 物理学の授業で、宇宙における銀河のような構造の形成について説明しています。
- 📚 前回の授業では重力不安定性による密度のゆらぎが銀河の形成に寄与するとの仮説を述べました。
- 🔍 今回はその仮説に基づく理論がどのような予測を引き出し、それと比較すべき観測が行われているかを解説します。
- 🌗 重力不安定性による密度ゆらぎの成長は、宇宙の「晴れ上がり」の時点での物質の密度ゆらぎを意味します。
- 🌟 物質と放射線は宇宙の晴れ上がりの時点で密接に関連しており、物質の密度ゆらぎは放射線の強度のゆらぎを伴うとされています。
- 📡 宇宙背景放射線の非均一性は、ある方向からの放射線強度と別の方向からの放射線強度に差があることを指します。
- 🚀 コスミック・バック・グラウンド・エクスプローラー(COBE)衛星によって宇宙背景放射線の非均一性が初めて検出されました。
- 🌐 モルワイデ・プロジェクション法を使って、宇宙背景放射線の非均一性を天球上のデータとして表すことができます。
- 🔬 COBEの観測結果は、宇宙背景放射線のスペクトルがプランク分布に一致することを明らかにしました。
- 🏆 宇宙背景放射線の非均一性の発見は、1992年のノーベル物理学賞を受賞するほどの大きな業績でした。
- 🌍 プランク探査機の観測により、宇宙の初期状態に関するより詳細な情報が得られ、宇宙の成分や年齢について新たな理解が深まりました。
Q & A
宇宙背景輻射の非等方性とは何ですか?
-宇宙背景輻射の非等方性とは、ある方向からやってくる宇宙背景輻射の強度と別の方向からやってくる宇宙背景輻射の強度に差があることを指します。
重力不安定性による密度ゆらぎの成長とは何ですか?
-重力不安定性による密度ゆらぎの成長とは、宇宙初期の小さな密度の違いが重力の作用によって成長し、銀河の形成に繋がるという仮説です。
宇宙の晴れ上がりとは何ですか?
-宇宙の晴れ上がりとは、宇宙が初期の高温高密度状態から冷却され、光が自由に宇宙を伝播できるようになった時期を指します。
コビー衛星の役割は何ですか?
-コビー衛星の役割は、宇宙背景輻射の非等方性を初めて検出し、宇宙の晴れ上がりの時点における密度ゆらぎの存在を確認することでした。
モルワイデ図法とは何ですか?
-モルワイデ図法とは、地球の表面を平面上に表す投影法の一つで、特に地球の全体像を歪みを少なく表現するために用いられます。
プランク探査機の成果は何ですか?
-プランク探査機の成果は、非常に細かい宇宙背景輻射の非等方性を観測し、宇宙の構成要素や宇宙の年齢を明らかにすることに貢献しました。
ダークマターとは何ですか?
-ダークマターとは、宇宙を構成する物質の約26%を占める未知の物質で、直接観測することはできませんが、その重力的影響から存在が推測されています。
ダークエネルギーとは何ですか?
-ダークエネルギーとは、宇宙の約69%を占める謎のエネルギーで、宇宙の加速膨張の原因と考えられています。
宇宙の年齢はどのようにして測定されましたか?
-宇宙の年齢は、宇宙背景輻射の非等方性を詳細に観測し、そのデータを解析することで、約138億年と測定されました。
ジョン・マザーとジョージ・スムートはなぜノーベル物理学賞を受賞しましたか?
-ジョン・マザーとジョージ・スムートは、コビー衛星による宇宙背景輻射の非等方性とスペクトルエネルギー分布の観測という業績により、2006年のノーベル物理学賞を受賞しました。
Outlines
🌌 宇宙の構造と宇宙背景放射の不均一性
この段落では、宇宙の銀河のような構造がどのように形成されたか、特に重力不安定性による密度の不均一性の成長について説明しています。宇宙の初期の状態では物質の密度の不均一性が存在し、それらは宇宙背景放射の強度の不均一性と関連していると理論的に予測されています。この予測は宇宙背景放射探査衛星COBEによって検出され、宇宙の初期の姿を捉える重要な手がかりとなっています。
📊 宇宙背景放射の不均一性の観測と解析
第二の段落では、宇宙背景放射の不均一性についての観測データがどのように収集され、分析されるかについて述べています。COBE衛星のデータは、宇宙の初期の状態に関する情報を提供し、宇宙の不均一性は非常に小さい値であることがわかります。この小さな不均一性は、後に宇宙の大きさや物質の分布に影響を与えるとされています。また、この段落では宇宙背景放射の不均一性に対する色分けによる視覚化方法も説明されています。
🏆 COBEの業績と宇宙の成分の解明
最後の段落では、COBE衛星の業績と宇宙の成分について触れています。COBEは宇宙背景放射のスペクトルがプランク分布に一致することを明らかにし、宇宙の初期の不均一性を検出しました。これらの発見は、宇宙の重力不安定性仮説を支持しており、宇宙の成分についても新しい知識を提供しています。普通の物質は宇宙の総質量のわずか5%しかなく、ダークマターとダークエネルギーが宇宙の大部分を構成していることがわかりました。さらに、COBEの業績により、宇宙の年齢が138億年であることが推定されました。
Mindmap
Keywords
💡宇宙背景福者
💡重力不安定性
💡密度ゆらぎ
💡宇宙の晴れ上がり
💡非等法性
💡宇宙背景福者探査衛星
💡モルワイデ図法
💡プランク探査機
💡ダークマター
💡ダークエネルギー
💡宇宙の年齢
Highlights
物理学1第13回の授業では、宇宙の銀河のような構造がどのように形成されたかについて説明します。
宇宙背景放射の不均一性(非等法性)についての説明が行われます。
重力不安定性による密度ゆらぎの成長が銀河の形成に寄与するとの仮説が紹介されています。
宇宙の晴れ上がりの時点での物質の密度ゆらぎと輻射の強度の揺らぎの関係が説明されています。
宇宙背景放射の非等法性は、ある方向からの放射強度と別の方向からの放射強度に差があることを意味します。
宇宙背景放射の非等法性は、重力不安定性による密度ゆらぎの成長の仮説から理論的に予測された現象です。
宇宙背景放射探査衛星COBEが宇宙背景放射の非等法性を初めて検出しました。
地球の表面を平面に投影する方法として、モルワイデ図法が使用されています。
宇宙背景放射の非等法性は、天球上のデータとして表され、色分けで視覚化されています。
COBEの検出は宇宙背景放射の非等法性の検出において画期的な成果でした。
COBEの結果により、宇宙背景放射のスペクトルエネルギー分布がプランク分布であることが明らかになりました。
宇宙背景放射の非等法性の検出は、密度ゆらぎの仮説を強い支持を得る要因となりました。
宇宙背景放射の非等法性の観測は、宇宙の晴れ上がりの時点の姿を直接見ているのと同じ意味があります。
より細かい非等法性の観測が、晴れ上がりの時点の宇宙についての様々な情報を得る手段として期待されています。
プランク探査機が宇宙背景放射の非等法性をより細かく観測し、その結果を2013年に発表しました。
プランク探査機の観測結果により、宇宙を構成する物質の割合が5%に過ぎず、ダークマターとダークエネルギーが存在することが明らかになりました。
宇宙の年齢が138億年であることが、宇宙背景放射の観測データから解析され、明らかになりました。
COBEの中心人物であるジョンマザーとジョージスムートは、2006年にノーベル物理学賞を受賞しました。
Transcripts
皆さん
こんにちは物理学1第13回の事業を始め
ます前回に
引き続き宇宙において銀河のような構造が
どのように形成されたのかということに
ついて説明し
ます今回の内容
は宇宙背景福者の非法制です
です前回は重力不安定性による密度ゆらぎ
の成長により銀河の元になる原子銀河運が
できたという仮説について述べまし
た今回はこの仮説から理論によってどの
ような予言が引き出されそれと比較すべき
観測はどのようになっているのかという
ことを述べます
重力不安定性による密度ゆらぎの成長と
いう仮説によると宇宙の晴れ上がりの時点
で物質の密度物質の密度ゆらぎが存在して
いたことになり
ます宇宙の晴れ上がりの時点までは物質と
輻射は物質と輻射とは密接な関係にあり
ました
従っ
て宇宙の晴れ上がりの時点での物質の密度
揺らぎは輻射の強度の揺らぎを伴ってい
ますその結果我々に
は宇宙背景福者の非法性
宇宙背景福者の非法
性というものが観測されるはず
です宇宙背景福者の非等法性というのは
ある方向からやってくる宇宙背景輻射の
強度と別の方向からやってくる宇宙背景
福者の強度に差があるということ
ですこれが重力不安定性による密度ゆらぎ
の成長という仮説から理論によって
引き出される予言
ですそれではそのその予言と比較される
べき観測はどのようになっているの
でしょう
かここで登場するのが第111回でも出て
きた宇宙背景福者探査衛星ビです
この工Bにより初めて宇宙背景福者の非等
法制が検出されたの
ですコビによる宇宙背景福者の非法性の
観測結果を示した図が後で出てくるのです
がそれを理解してもらうために世界前図と
いうものを考え
ます地球の表面は急面です
厳密には球面ではありませんがここの文脈
では球面と考えてもらえれば十分球面と
考えてもらえば十分
です球面である地球の表面を平面上に表す
投影法というものが色々あり
ます例えばメルカトル図法というのが投影
法の1つです
このスライドで示した投映法はモルワイデ
ズ法と言い
ますモルワイデ図法についてはマナバに
アップした第13回補足説明から貼った
リンクのリンク先のウィキペディアの記事
を読んで
ください宇宙背景副社はありとあらゆる
方向からやってき
ますそれぞれの方向は地球を中心とする1
つの仮想的な
球面
天球上の点と1対1対応をさせることが
できます
そうする
と宇宙背景輻者の非同法性は天球上の
データとして表すことができ
ます天球上のデータとして表すと今度は
強度が強い点を赤に近い色で表し強度が
弱い点を青に近い色で表すというように
電球を色分けすることができます
そのように色分けされた天球をモルワイデ
図法により平面上に表したもの
がこのスライドの図
です強度が強いあるいは弱いと言っても
平均を1とするとそのその約110万だけ
平均を上回っているあるいは下回っている
だけですすなわち宇宙背景副者の非法性は
それそれだけ小さいの
ですコビが打ち上がる前にも色々な人が
宇宙背景福者の非法制を検出しようと試み
たのです
があまりにも小さすぎて検出できません
でしたそれほどビによる宇宙背景福者の
法制の検出は画期的なであったと言え
ます第11回で述べたようにコビは宇宙
背景副者のスペクトルエネルギー分布が
プランク分布であることを明らかにしまし
たそして今回述べたように宇宙背景福者の
非法制を初めて検出しましたこれは
1992年のことでし
たそのいずれも大きな業績であったので
コビを推進した多くの人の中の中心的人物
であったジョンマザーという人とジョージ
スムートという人が2006年のノーベル
物理学書受賞者に選ばれ選ばれまし
た先ほど述べたように神尾によって初めて
宇宙背景福者の非法性が検出されまし
たこれは重力不安定性による密度ゆらぎの
成長という仮説から理論によって引き出さ
れる予言と一致したのでこの仮説を強く
支持するものでし
た宇宙背景福者の非同法性の観測というの
は別の見方をすれば晴れ上がりの時点に
おける宇宙の姿を直接見ているのだと解釈
解釈することができ
ますこの意味ではコビよりも細かい非法制
を観測すれば晴れ上がりの時点での宇宙に
ついて様々な情報が得られることが期待さ
れ
ますそしてそれは現在の宇宙についても
さまざまな情報を得ることにつながります
そのような目的を持った観測がいくつか
行われました
が中でも最大の成果を上げたの
がプランク探査機
ですプランク探査機は非常に細かい非法性
の観測を前提にわって行いまし
たその結果は2013年に発表されまし
たブランク探査機は人工衛生すなわち地球
の周りを回る人口天体では
なく地球の供をしながら太陽の周りを回る
探査です
プランク探査機による宇宙背景復者の非
方法性の観測結果をこのスライドと同じ
手法により平面上に表したもの
がこの図
です後尾による結果と比べる
とはるかに細かい構造まで分解できている
ことが分かり
ますそうではあるもののコビも大雑把な
傾向は的確に捉えていたとも言え
ますプランク探査機による観測でで観測
データを詳しく解析した
結果晴れ上がりの時点での宇宙について
様々なことが明らかに
なりそれによって現在の宇宙についても
様々なことが明らかになりまし
た例えば宇宙を構成しているものの
うち普通の物質と言えるものはわずか5%
に過ぎ
ずダークマターというものが26あること
がわかりまし
たそして残りの69はもはや物質とさえ
呼べない物質とさえ呼べないダーク
エネルギーという奇妙なものであることが
明らかになりました
また現在の宇宙の年齢は138億年である
ことがわかりまし
た宇宙の年齢が138億年であることは第
6回で述べましたがそこではどういう観測
によりそれが分かったのかまでは説明し
ませんでし
た実は実は宇宙背景福者の人性を細かく
観測して得られたデータを解析した結果
宇宙の年齢が138億年であることが
分かったというわけ
です今回の内容は宇宙背景副者の非法制
でし
たそれではこれで今回の事業を終わります
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