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takahashicleaning · 4 months

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ＴＥＤにて

ジェイムス・ギリース：ダーク・マター「目に見えない物質」

（詳しくご覧になりたい場合は上記リンクからどうぞ）

古代ギリシャ人は、宇宙は「土」「火」「空気」「水」から出来ているという、シンプルでエレガントな考えを持っていました。でも、次第にそれだけではないと証明されます。

それどころか目に見えるもの（古代ギリシャ以来、存在が確認された全ての物質）は、宇宙の4％でしかないようなのです。CERNの科学者、ジェイムス・ギリースが残りの96％が一体何か、また、それをどうやって見つけるのか説明します。

物理学で「ダーク」という言葉を聞いたときは疑ってかかってください！！

物理学者は、それが何かよく分かってないことを意味するからです！！

講師: ジェイムス・ギリースアニメーション: TED-Ed ※この教材のページ: http://ed.ted.com/lessons/dark-matter-the-matter-we-can-t-see-james-gillies

古代のギリシャ人には、素晴らしい考えがありました。彼らの宇宙は、シンプルで全てのものは、たった４つの元素から出来ていると考えました。

「土」「空気」「火」そして、「水」です。理論としては、美しく、シンプルでエレガントです。４つの元素をいろいろ組み合わせて４つの元素をいろいろ組み合わせて宇宙の素晴らしい多様性を作り出すのです。

例えば「土」と「火」は、乾いた物質を作り「空気」と「水」は、湿ったものを作るという具合です。

でも理論としては、問題がありました。この理論では測定できるものを予測できません。実験科学では測定することが、基本なのです。その上、理論は誤りでした。

でもギリシャには、偉大な哲学者がたくさんいました。紀元前５世紀になるとミレトスのレウキッポスが、その後、長いこと信じられることになる科学の概念を思いつきました。

目に見える全てのものは、小さくて目には見えない「原子」から出来ているという概念です。この理論はシンプルでエレガントな上、「土」「空気」「火」「水」の理論よりもずっと正しいものでした。

その後何世紀もの科学的探求や実験の結果、今日の元素である水素とか炭素、鉄も原子に分割できるとわかっています。レウキッポスの理論でも原子とはこれ以上、小さくしたら水素､炭素､鉄とは識別できない分割不可能な最小単位でした。

レウキッポスの考えに欠けていたのは、原子は更に小さいものに分割できるということ。また、彼に始まった原子の考え方では、この宇宙を作るごく一部のものしか説明できない事が分かったのです。

我々の考える宇宙にある通常の物質は、実は稀なもののようなのです。レウキッポスの原子やその原子が作るものは、宇宙全体にあるもののほんの５％程だとわかったのです。

物理学者は宇宙の残りの95％をダークユニバースと呼んでいます。ダークマターとダークエネルギーから出来ています。

なぜそんなことが解るのか？

私たち物理学者は、物事を観察し発見するのです。簡単に聞こえますが、実はとても意味が深いものです。原子からできているものは、目で見えます。光が跳ね返るので見えるのです。

宇宙に目を向けると星や銀河が見えます。私たちの住むような美しい銀河も優雅に渦巻きながら宇宙内を動いています。

1930年代に科学者が、銀河団の動く速度と銀河の含む物質の質量をはかりました。するとびっくりすることがわかったのです。観測できる全ての質量を合せても銀河団としてまとめるには足りないとわかったのです。

後にそれぞれの銀河の測定からも同じ結果が得られました。目に見えるものだけでは、銀河をまとめる重力がないのです。我々に見えるものだけならバラバラになってしまう。

でもそうはなりません。ということは、何か見えないものがあるはずです。そこで、それをダークマターと名づけました。

量子力学黎明期の「黒体(black body)」と同じ意味です。

ダークマター存在の最も重要な証拠は「宇宙マイクロ波背景放射」というものの観測から得られています。

このビッグバンの残光については、また別の機会にお話しましょう。

現在ある全ての証拠は、ダークマターの存在を証明しています。そして、それは夜空に輝く美しい渦巻き銀河のほとんどを占めるのです。

それが何を意味するのでしょう？

地球が宇宙の中心でない事は、ずっと昔からわかっています。我々の住むどこにでもあるような平凡な惑星は、平凡な星を回りその星は、平凡な銀河から伸びる一本の腕に属します。

ダークマターの発見は、我々をさらに物の中心でないと意識させます。我々を形作るものは、宇宙全体を形作るごく一部のものなのです。

でもまだあります、今世紀の始めに宇宙の彼方を研究する科学者が、あることを証明しました。

宇宙が膨張しているということは、高温、高密度のビッグバンから生まれた宇宙では想像できますが、その宇宙の膨張の速度が、加速されていることが証明されたのです。

何を意味しているのでしょう？

何か特別のエネルギーが、この加速を増大させているのかもしれません。車の加速に必要なエネルギーのようなものです。さもなければ重力の理解が間違っていた事になります。

科学者は大体、前者であると考えます、何か未知のエネルギーが、加速の原因になっている、そして、これをダークエネルギーと名づけました。

今日可能な限りの測定から宇宙の見えないものの割合が計算できます。ダークエネルギーが、宇宙全体の68％、ダークマターは27％だと予想されます。残りは５％。これには私達と見えるもの全てが含まれます。

ではこの見えない物とは何でしょう？

まだわかっていません。でもこの手がかりになる超対称性理論（Supersymmetry）というものがあります。略してSUSY（スージー）とも呼ばれる超対称性理論は、ダークマターを構成する新しい粒子の可能性を示唆します。

もし、SUSYが正しいと証明できたら我々の理解は宇宙の５％、つまり、目に見えるものだけから3分の１くらいに広がります。

すごいですね。ダークエネルギーはさらに複雑ですが、これにもいくつか有望な理論が存在します。中には、古代ギリシャのような理論もあります。

数分前に冒頭でお話しした宇宙はシンプルであるはずだというものです。この種の理論は、たった一つのものが、宇宙の素晴らしい多様性を生み出していると説明しているのです。

「振動するストリング」に例えられるものです。この理論によると今日我々の知る全ての粒子は、単にストリングの音色の違いです。残念な事にこのストリング理論は、まだ検証が不可能な段階です。

でも、宇宙の理解を深めるために期待が高まっています。こんな話を聞くと自分の小ささを感じます。その必要はありません。

反対にすごいと感じるべきです。我々の知る限り宇宙の謎を理解し始めている唯一の生き物なのです。そして、ちょうど理解が爆発的に進む時代に生きているのです。

ハーシェルは、世界で初めて遠い宇宙の観測に成功した人間です。夜空が「ゴースト」で満たされていることを発見した人間でもあります。はるか遠い星々の光が届いた頃には、その星はもう死んでいるのです。

私たちが見ているのは、そう言う「ゴースト」ということです。特殊相対性理論と光速度不変の原理により、現代ではデータで精密に計算できるようになっています。

光は見えるが星々はもう死んでいる。ずっとずっと前に。夜空を見ることは、誰も見たことのない遠い過去を見ていることになります。何百万年も時をさかのぼって・・・

天体望遠鏡は、バック・トゥー・ザ・フューチャーのように、時を超えるタイムマシンということもハーシェルは、知っていました！！

宇宙を見ることは、過去を見ることです。

宇宙の大規模構造とは・・・

銀河系よりも広大な「ラニアケア」という超銀河団の中に、太陽系があるということが、2014年の段階でわかります。私たちの銀河系が、さらに大きな銀河団である「ラニアケア」という超銀河団に属しているという学説を発表してます。

大きさの尺度としては、直径は5億光年、中に存在する銀河の数は10万個とのことです。ラニアケアの質量は太陽1京個分あります。銀河系の中心には超大質量ブラックホールがあり、ラニアケアにはより巨大なブラックホールも存在します。

このようにして、天体望遠鏡とスーパーコンピューターのエクサフロップクラスの処理速度により、判明したデータから銀河と空洞で成り立つ宇宙の地図を「宇宙の大規模構造」と呼んでいます。

＜おすすめサイト＞

ジュナ・コールマイヤー：銀河とブラックホールと星々の最も詳細な地図

ハリー・クリフ：物理学は終焉に達したのか？

フェルミバブルと素粒子の偶然の一致について2022

ダークマターとダークエネルギーは、ア��シオンやブラックホールのことかもしれないというアイデア2022

アンドレア・ゲッズ：超大質量ブラックホールを探す！

重力波のデータ観測に成功。世界初

ヒッグス粒子は数種類存在？2019

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takahashicleaning · 3 years

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