茜ちゃんとサワラちゃんの宇宙・素粒子物理学入門 -3ページ目

茜ちゃんとサワラちゃんの宇宙・素粒子物理学入門

中学・高校生・叔父さん・叔母さんのための宇宙・素粒子物理を一緒に勉強していきましょう。

サワラちゃん

                                                  

 

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叔父さん、叔母さんの 
宇宙素粒子 物理学入門
 
                                          014
 
 
 
 
           ハッブル宇宙望遠鏡が撮影した七つの初期銀河がある宇宙の領域(NASA
 写真はNASAの提供です
 
137億年前のビッグバンから数億年後の“宇宙の夜明け”に誕生した七つの銀河の姿を、ハッブル宇宙望遠鏡を使って撮影するのに成功したと、米カリフォルニア工科大や東京大、米航空宇宙局(NASA)などの国際チームが12日発表した。
 
NASA がビックバンから3億8千万年~6億年後に掛けて形成された銀河の撮影に成功したそうです。写真を見ていると砂浜の上に落ちている貝殻を見ているような錯覚に囚われます。巻貝や二枚貝、赤や青やダイヤのようなガラスの小さく摩耗した球・・・・
 
よく見ると、渦巻き状の銀河、球状星団、巨大な恒星、青、赤、黄色と様々ですね。NASAが撮影したのは、2012年7~8月だそうですが、一つ一つの星の光は133億年前のものもあれば、100万年前のものもあるという具合で、妙な感覚に襲われます。
 
 
 
 
 
今現在、この写真の中の恒星や銀河の内、どれくらいが宇宙に存在しているのでしょうか。もう遥か昔に超新星爆発して、消えている超新星もあれば、合体してしまっている銀河も有るかもしれません。はるかな過去と最近の過去と現在を重ね写しに見るというパラドックス。 これがその写真です。
 
もし、光の速度が無限大であればどうなるでしょう。全天が昼間のように光り輝いて見えるでしょうか。全く様相が変わった天空が見えてくるかもしれません。想像も出来ません。
 
 
 
 
     
 
 
古典物理学の最後の輝き・・物理学史
 
 古典物理学の三つの星
 
 
 
以下は「現代物理学」・池内 了 の抄訳です。
 
A- ローレンツ  ヘンドリック・A・ローレンツ (オランダの物理学者1853-1928)
 
 
 
物質を荷電粒子の集合と考え、電子の実在性を確立し、1902年弟子のピーター・ゼーマンと共にノーベル物理学賞を受賞。
磁場が電子に及ぼす力を<ローレンツ力>と呼び、電子の存在と運動を究明しました。
 
                  ピーター・ゼーマン
 
 
ローレンツ力 ・ ゼーマン効果 ・ ローレンツ収縮 ・ ローレンツ変換などの用語は物理学の中で一般的に有名です。アインシュタインがいなければいずれローレンツが相対論に辿り着いたであろうとされております。
 
アインシュタインの相対性理論は1905年に提唱されましたが、1904年にローレンツは電磁場方程式が系の変換に対して不変となる(座標系を変えても方程式が同じ形で表現される)という要請から、「ローレンツ変換」が導き出され、これは相対性理論の一歩手前の段階まで来ていたのでした。
 
このローレンツ変換はアインシュタインの特殊相対性理論と数学的には同一形式です。
 
19世紀の後半の原子に対する考えかた
エルンスト・マッハ・・・原子を単に現象を説明するために便宜的に導入されたものとみなす
              マッハの原理・・・ニュートンの絶対時間・絶対空間の概念の否定
                                ↓
                      アインシュタインの相対性理論
 
ボルツマン・・・・・・・・・原子は直接取り出せないが実在する
 
 より詳しい説明は物理学の「電磁気学」をご覧ください。
 
 次回はレーリー卿です。 
 
 
 
 
 
 
 
 
特集・003 宇宙文明について(ミチオ・カク・・「超空間」)
 
 
第零型文明「ウランの障壁」-考える!-003 
 

 

 
 先回までは宇宙の文明の成長には3段階が有り、現在我々が存在している文明は第零型文明であるとミチオ・カク教授が「超空間」に書いていることを紹介しました。アメリカを主とした宇宙関係の研究機関では、昔から地球外文明の存在を電波望遠鏡やさまざまな観測装置、あるいは火星や木星などの地球外惑星の探査衛星で調べてきました。
 
しかしながら、地球外文明の存在は公表されておりません。これは存在しないということでは有りません。UFOなどという存在するのかどうか解らないものも有りますし、既に地球外文明の生命体が地球に侵入しているという、実しやかな情報もあります。可也高名な学者も認めている場合も有りますので、簡単には否定が出来ません。
 
 
 
 
 
アメリカ国内の秘密基地ではこれらの異星人の文明の科学技術力を取り入れて、高性能の機械を製造し作動させているというような情報もあります。これも一概に否定は出来ません。
 
ここではそのようなものは横において、もう少し冷静な論理的な思考方法で考えて見ましょう。カク教授がプリンストン高等研究所のフリーマン・ダイソンと話しをされた時、
 
ダイソンは<文明の発達を大局的にとらえれば、現代文明の発達速度から考えて、数世紀中に現在の第零型文明から第一型文明に到達できると確信できる>と述べております。にもかかわらず、地球の近傍には類似の生命体がいる気配がまったくない。これはどうしたことなのだろうか。
 
 
 
 
 この原因としてはいろいろ考えられるのですが、その中の有力な原因として「ウランの障壁」が上げられのです。簡単に言い換えると、原爆や水爆のような核分裂反応の制御に失敗した生命体が、天の川銀河の中の近傍に沢山存在するということではないかということです。
 
地球上においても、1945年にドイツやアメリカ、その後ソ連などが相次いで原爆の開発に成功し、その後、数多くの国で核兵器が開発され、夥しい数の弾頭が各国に保有され散るという現実があります。
 
 
 
 
 
地球近傍の惑星の知的生命体が文明を成長させる段階で、この核戦争を含む戦争、事故などで消滅して行ったので、地球からの観測装置には引っかからなかったという考えです。この先宇宙船で太陽系を離れ、その外に進んでいった時に消滅した知的生命体の残骸というか廃墟を見つける可能性もあるということです。
 
そうは言っても、われわれの地球文明そのものが、今書いたような消滅の憂き目を見る可能性は充分にあるということです。先日、北朝鮮が国際的批判の中でミサイルの発射を行い、地上500kmの宇宙空間に物体(衛星?)を投入し、ISBMの発射の下地を作ることに成功しました。
 
 
 
 
 
北朝鮮でだけでなくイラン、パキスタン、イスラエル、南アフリカも核兵器を保有しているとか。何かの切っ掛けで核兵器を積んだミサイルの発射ボタンのスイッチを押してしまったら、もう制御は不可能です。連鎖的に世界中に核ミサイルが飛び交ってしまい、最終的には地球人という知的生命体(?)が滅亡してしまうことになります。
 
それから、政治やイデオロギーとは関係なく先日の東北沖合いの三陸沖大地震で原発が破壊され、今もって大変な状態になっております。M10以上の大災害が起こったら、原発内で核分裂の連鎖反応が起き、もはや制御が出来なくなってしまいます。これだけでは地球は破壊されませんが、核汚染はいずれ全世界中に拡散し、結果的に地球文明の破滅を迎えるでしょう。
 
ウランの障壁」というのはこのようなことを指しているのです。
 
 
 
 
 
本日の最後に物理学者ハインツ・ペイゲルスの言葉を掲げて見ましょう。
恒星を輝かせる宇宙のエネルギー、物質を貫く光や電子の運動、あるいは生命の源であるさまざまな有機分子の構造、こうした知識を得た我々の文明の次なる挑戦は、科学技術の力に見合った道徳と政治の秩序を創造する努力に向けられなければならない。さもなければ、我々に残された可能性は滅亡のみである。これは理性と共感という我々の最も深遠な資産を審理することになるだろう と。
 
カク教授はこう結んでいる。
これまで、我々の銀河系には数多くの文明が誕生したが、最終的にウランの障壁を乗り越えることができた文明は、ほとんど存在しなかったと考えられる。その文明の科学技術が社会発展の速度を追い越していた
 
 我が地球文明は今後どうなるのか。ご多分に漏れず、既に滅びた仲間の文明の二の舞をしていくのか、それともこれを上手くかわして、第一型文明に発展していくのか。現在の地球上の政治情勢を見る限り、かない難しそうではないか。国民を飢餓に追い込んでまでも、核開発、ミサイル開発に狂騒している国もある。
 
 
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宇宙素粒子 物理学入門
 
                                          013
 
        NHK  ゼロ戦
 
 
<ゼロ戦は所沢市にある県営の所沢航空発祥記念館が日本の航空技術をテーマにした特別展にあわせて、アメリカ・カリフォルニア州にある航空博物館から借り受けて展示しています>
 
 皆さんもご存知の旧日本海軍・零式艦上戦闘機。 開戦当時は圧倒的性能と操縦士の錬度の高さでアメリカ軍を圧倒していて、アメリカ軍の内規で「零戦に立ち向かうときは、自軍の戦闘機は2機で戦闘すべし」と命令されていたとか。
 
 
               ゼロ戦
 
 
 
墜落した零戦を徹底的に研究し、自軍の飛行機の性能向上に努めたのですが、終戦までドイツの戦闘機には遠く及ばなかった。当時、ドイツはジェット機が出来ていて時速1000kmを突破。アメリカはやっとこすっとこ時速800km。日本もドイツの技術で「秋水」が出来て、フライト飛行もしたのですが、油の給油系統のパイプの不備で失速。残念ながらそれで終わりました。
 
 

メッサーシュミット Me 262(ドイツ

 
 
幸いだったのか、不幸だったのかは歴史の判断だが、原子爆弾の開発も飛行機の性能も僅差であったという事は、決して忘れてはいけない。「勝てば官軍」で戦後ケチョンケチョンに言われているが、もしそれが本当であれば、戦後の繊維、電化製品、自動車でアメリカと経済戦争を起こし、アメリカに勝てるわけはない。
 
基礎的インフラ(産業構造)がしっかりしているからである。今でも製品の性能は日本が全体的に世界最高である。歴史を正確に事実に基づいて見なければならない。TV,新聞の表面的情報に騙されてはいけません。
 
 
 
 
     古典物理学の最後の輝き・物理学史
 
        ノーベル生理医学賞受賞山中教授
 
 12月10日、2012年のノーベル賞授賞式が、スウェーデン・ストックホルムのコンサートホールで行われ、医学生理学賞を受賞した山中伸弥京都大教授がメダルと賞状を授与された(2012年 ロイター/Scanpix)
 
 
古典論と新現象の葛藤-002
 
 
主な古典物理学者の紹介とその特徴
 
ローレンツやレーリー卿、トムソンなども古典物理学者の特長として、物理学全分野に通じており、理論的研究にも実験的手腕にも優れていたそうです。現在のように専門化が甚だしいため、分野が違うと素人並になってしまうような現象が出てくるようです。
 
                   ヘンドリック・ローレンツ
 
理論分野と実験分野の分化もハッキリしています。たとえば、素粒子物理学を取ってみても、研究室に籠って研究を続ける方も居れば、巨大な実験装置の前で身体を動かして、データなどの分析に明け暮れている方たちもありますね。
 
寺田虎彦(1878~1935)は科学者の持つべき3要素として、 
 
                     寺田虎彦
 
* 寺田虎彦 日本の物理学者。随筆作家で特に有名。「天災は忘れた頃に遣って来る」など。 ノーベル賞を受賞する研究の成果を上げたが、欧州のとの時間のタイミングが悪く、惜しくも受賞を逃した。
 
1- 直観力(科学の出発点)  2-数理的分析能力(理論) 3-現象を帰納する能力(実験)・・・を上げているそうです。そして、その三つとも備えていた科学者として<ヘルムホルツ>、<*ケルビン>、<レイノルズ>の名を記しているそうです。
彼らは古典物理学から量子論への時代へと変遷した時代に現れた科学者でした。そして、現代の物理学者は古典物理学の偉大さを認めはするが、結局量子論の勝利を称揚して、彼らを無視するのが常となっている」と池内教授は語っております。
 
* ケルビン・・絶対零度 K  ―273.16℃の名称で有名です
 
次回からは6人の主な古典物理学者の仕事と業績をご紹介します。
 
 
 
特集・002 宇宙文明について(ミチオ・カク・・「超空間」)
 
 
第零型文明「ウランの障壁」-考える!-002
 
 先回、ウランの障壁-考えると!という題名が出てきましたので、不思議に思った方もあると思います。それは現在の総選挙の中に出てくる「原発廃止」にも関係しておりますが、、実際はもっと大きなスケールの宇宙文明について、NY州立大学のミチオ・カク(加來 道夫)教授の著した「超空間」の中の<ウランの障壁」>について書きたかったのです。
 
 
              ミチオ・カク
 
* ミチオ カク(加来 道夫)は日系アメリカ人(3世)の理論物理学者、作家。専門は素粒子論、とくに超弦理論。 ハーバード大学・・カリフォルニア大バークレー校・・ニューヨーク市大教授。
 
教授はこの本の中で、宇宙文明の発展段階ということを述べております。・・・・・「人間社会は氷河期の終結までは一人当たり1馬力のエネルギーを取得できるようになり、数百年前の産業革命の頃になって、10~100馬力のエネルギーを獲得できるようになった。19世紀末になると電磁力を制御出来るようになると、さらに取得できるエネルギーは拡大し、そして、核力の発見(核分裂反応の制御)によって、化学反応のエネルギーの電子ボルト・Vを核分裂や核融合のエネルギーの発見により一挙に1MV(100万電子V)の世界に突入させることが出来るようになった」・・・・
 
上記の1MVの世界を達成するのに僅か50年余りで、幾何級数的な上昇を見せていることが解ります。その上で教授は未来の地球の文明の発展段階を述べ、その中でもっとも危険な「ウランの障壁」 について警告を発しております。
 
 
 
 
参考までに教授の未来の発展段階の文明を書いてみましょう。
 
<旧ソ連の宇宙物理学者ニコライ・カルダシェフの未来文明>を参照して
 
 01-第1型文明 ・ 02-第2型文明 ・ 03-第3型文明
 
第1型文明・・一つの惑星全体のエネルギーを支配する文明。気象を管理し、地震を防止し、近くの奥深くから金属を採掘し、海洋から食料を収穫することが出来る。自分の属する星系の探査は終了している。
 
第2型文明・・恒星(太陽)そのものの力を支配する文明。恒星のエネルギーを受動的に利用するだけでなく、太陽を採掘する。この文明が必要とするエネルギーは莫大であるため、太陽の力を直接消費して機械を動かすことになる。この段階に入ると近くの星系の植民地化が始まる。
 
第3型文明・・銀河全体のエネルギーを支配する文明、動力源として何十億の恒星のエネルギーを利用する。恐らくアインシュタインの方程式には既に熟達しており、思いのままに時空を操ることが出来る。
 
 
 
 
以上から、カク・ミチオ教授はこれらの文明を
第1型文明・惑星の力  第2型文明・恒星の力  第3型文明・銀河の力というようにエネルギーの供給源という物理学の法則によって合理的に理解できるとしている。このことから、現在の我々の文明はその前段階、つまり、第零型文明にあるに過ぎないと指摘しているのです。
 
****************************
 
 現在最高のエネルギーは核融合であり、これも水素爆弾によって取り出しているのに過ぎなく、このレベルのエネルギーを利用するまでには、まだ至っていません。核融合反応はまだ研究段階なのです。ウランの核分裂反応を制御して、原子力発電を行う段階に達しました。しかしながら、完全に制御できず、先回のように地震の災害によって、大気を汚染し、今や日本中の大問題になっております。
 
次回は「ウランの障壁」について詳細に書いてみたいと思います。
 
 
 
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宇宙素粒子物理学入門
005


NASAより掲載        宇宙遊泳
  Russians Outfit the ISS

* 写真の一部WIKIより掲載しました。 


 先般の台風15号の思いの他大きな後遺症を受けまして、昨日まで自宅の傍の谷川の護岸の応急修理をしておりました。強い風に吹き倒された作物や、飛ばされてしまった苗の補充をしたり、自然の猛威を結構受けました。毎年の事ながら、被害の状況が年毎に大きくなるのは、全国的な規模で発生しているようです。

世界中の気象が地球規模にて大きく変化している表れでしょう。 地球温暖化の影響なのか、あるいは太陽の黒点の周期が11年から13年へと変化している影響なのか、あるいは、地球の磁極の2極から4極への大きな変化のあらわれか、さまざまな要因が考えられます。

どうか皆さんもこの地球環境の大きな変化を、注意深くご覧になって対処してください。今年は台風も回数が多く、すでに15号まで来ております。先回は風速70m/sという、沖縄気象台観測史上最高を記録したそうです。
これから憂鬱な気持ちが暫く続きそうですね。ご注意ください。

                        V 1号     

                                                                

 火星の探査衛星の活動も順調に行っているようです。1945年にドイツがイギリスに初めてミサイルを発射してから、宇宙への道筋がつきました。その後の戦争の経過に伴ってミサイルが大型化し、大陸間弾道弾に発展しました。 当初は爆薬を1t積む程度のミサイルでしたが、最近の新型ロケットは数十トンものの機材を宇宙空間に打ち上げることが出来るようになりました。                  




                   V2号と改良型V 2号                                                   

                                                          

        

                                                                          



 巨大な宇宙シャトルを、地上から数百kmもの高さに打ち上げるのですから本当に驚きです。 大型飛行機が空中を飛ぶこと自体、理屈は分かっていても不思議でならないのは、筆者ばかりではないでしょう。今後、火星の探査はNASAの発表によると、火星の地中の中まで探査する計画が有るようです。 そうなれば、火星の組成や火星の生成の歴史を詳細に調べることが出来ると思います。


ただ、心配なのは火星の探査の目的の中に、軍事目的があることは否めません。現在の地球の自然が危機に瀕していることは事実です。 遠い将来に火星を地球化して、そこに万が一の場合に移住するという、目論見もあることでしょう。しかしながら、先ずは掛替えのない地球を安全な状態に、正常な状態に戻すということが大事です。主客転倒した発想は、結局のところ人類の破滅を招くと思います


                  火星-1

                                  




 残念なことにミサイルの開発、原爆の開発は戦争によって生み出されてしまいました。その後の民生用への転換によって、宇宙開発用の打ち上げロケット、原子力発電所が生み出されました。その後も事故が続き、国によっては原発の撤去を決定したところもあります。科学は両刀の刃の面を持っています。科学史などの学問をもっと盛んに進めて、倫理や哲学と密接にLINKさせなければ、ひいては人類の衰亡に関係してくるものと思います。


軍事に対するシビリアン・コントロールの重要なことと、同じ側面を持っております。科学が高度に発展していきますと、一般人がなかなか理解できないレベルに達してしまいます。そのところが一番危険なのです。泥縄ですが、一般人の我々も出来るだけ自らの努力で、少しでも理解できるよう努力が必要なのは申すまでもありません。


                            火星-2

                                                          

  

何か話が説教じみてしまい失礼しました。 でも、若い人たちはここの所をよく理解していただきたいと思います。 
でも、事のついでに、本日はもう少し書いてみましょう。
                         

                                   



 物理学者キュリー夫妻が物質から放射される放射能の研究をしている時は良かったんですが、その後、核分裂反応に行き着きました。ウラン、プルトニューム、トリュームが核分裂を起こし、別な物質に転換するときに質量の欠損が発生し、それが莫大なエネルギーを発生するというメカニズムを知ったとき、人類は殺戮兵器に転用してしまったのです。


                        マリー・キュリー     

                                                     


一円玉一個がすべてエネルギーに転換すると、広島型原爆一個の爆発に相当するといわれております。戦前からそのことは既に研究者は理解しておりました。日本の東北大学の研究者であった、彦坂 忠義博士は1945年以前に既に原爆、原子力発電所の開発が可能であることを論文に書いていました。(筆者の手元にも、その論文の写しがあります。HPで誰でも見ることが出来ます)


当然のことながら、ドイツの研究者も既に知っていたわけで、それが実行に移され、最後には原爆の製造技術がアメリカに研究者の亡命などでもたらされ、マンハッタン計画の中で現実のものになったとされております。 (真実は少し違うかも知れませんが?)


 日本での原爆開発もほとんど同時に行われておりました。外国の諜報機関(スペイン?)からの情報で、機密計画の筈であるマンハッタン計画は時の総理大臣の東条英機に、既に筒抜けになっておりました。そのことが、現在の理化学研究所の前身である当時の理化学研究所の仁科博士のもとで、陸軍の技術者と共に<二号研究>という事で開発が進められたのです。関西では京大の学者を主にし、海軍の援助の元で<F研究>が進められました。それは、開発実行時期が殆ど両国が同じでした。偶然ではないでしょう?



幸いなことに日本ではこの研究は未完に終わりました。(とされております?) でも、日本の人形峠でウランを産出できるということが既に分かっていたならば、その後の歴史は変わっていたかもしれません。 当時の北朝鮮の学者がその当時、日本の原爆の開発研究員になっていたことも承知の事実です。現在の北朝鮮が核開発をして、周りの国々を震撼させて居りますが、彼らには下地が有ったのです。中国やロシア(ソ連)からの技術導入ばかりが、その主たる理由ではありません。

                          仁科義雄博士
                                                                   



 北朝鮮の国土にはウランが産出することは、地図をみれば一目瞭然です。電気のエネルギーも当時は豊富でした。ドイツのスウェーデンの地での重水の生産拠点が、連合国によって破壊されましたが、ドイツは原爆の開発を進めることが出来ました。何故でしょうか。・・・・・・現在の北朝鮮で日本軍は豊富な電力を使って、<重水>を生産し、潜水艦で重水をドイツに送っていたそうです。ですから、開発は進行しました・・・・・



原爆が本当にドイツで完成されたかは、歴史の裏面史ことですから確かなことは分かりません。ただ、ドイツの為政者であったヒットラーは完成した原爆の使用を躊躇ったそうです。何故なのか???? その後、彼の暗殺計画の首謀者の一人であるドイツ陸軍のロンメル将軍がアメリカに密かに、原爆を潜水艦に乗せて運び出したといわれて居ります。その、2発の原爆が不幸にも日本の広島、長崎に投下されたとしたら・・・・・・悲しいことですが、これをどのように理解すればよいのでしょうか。 筆者にはとても書けません。

  ロンメル                          アドルフ・ヒトラー              
                          


このような事が実際起こったのでないことを願うのみですが、歴史は無慈悲なところがあります。いずれ、真実が公に発表されることでしょう。ただ、その時筆者が存命しているかどうかは分かりませんが・・・


なんとま~えらい話になってしまいましたが、皆さんをフィクションで驚かすつもりはありません。仮にでの話でもありません。 
歴史の真実は一般人の想像を遥かに超えるところがあります。事実の成否はともかく、科学技術は両刀の刃で有る事
を再認していただきたく、こんな事を書いてしまいました。宇宙戦艦大和の<波動砲>なんてフィクションのようですが、現実にならないように、せめて動画の場面の話で終わってもらいたいと思います。


本日はお話がとんでもない方向へ行ってしまって、脱線転覆してしまいそうですが、いつものところへ戻りたいと思います。

                                                                                                      

               宇宙のおおきさ
  
 宇宙は無限に大きいのか、あるいは有限なのか、あるいは宇宙は我々が住んでいるところ一箇所なのか、それとも無限の数の宇宙が存在するのは、実際のところハッキリしてはいません。 現在の科学では<ビックバン理論>が大体認められておりますので、有限の大きさの宇宙を考えているようです。

                     ビッグバン
                                                         



一般的に我々が住んでいるこの宇宙が、・・・・・・・・今から137億年前にビッグバンという量子的大爆発(量子的揺らぎ)を起こして無に近い超高圧、超高温の世界から生み出されたとしております。その後指数関数的なインフレーションという宇宙の膨張が発生し、40万年には宇宙が晴れ上がり放射が起こった。その後400万年ころには最初の恒星が出現し、次第に宇宙は膨張を続け、その後加速度的に宇宙が膨張を続けている・・・・・とされております。
と簡単に書いてしまいましたが、これは確定したものではありません。


科学的な検証の結果確度の高い理論であると世界中の学者が認められているに過ぎません。将来大幅に変わることもありえます。宇宙の大きさが有限なのか、無限なのか??? 現在続いているとされている宇宙の膨張も、有限なのか、無限に膨張するのか、理論の取り方によって結論がまったく違ってくることになります。

では、次回は<ビックバン>、<インフレーション>について、書いてみたいと思います。

                     お願い

 皆様もご承知の通り、自宅の裏を流れる谷川の土手の応急修理を手作業でおこなっております。重機が入らない箇所なので、かなり時間が掛かると思います。それで、なかなか時間が自由に取れません。このブログも暫くの間は不定期更改にさせていただきます。ご理解ください。