＜宇宙＆素粒子物理学入門＞

茜ちゃんの　　　

叔父さん、叔母さんの
宇宙・素粒子物理学入門

号外！

　　　　　　　

　　　　　　　Oshirase!  お知らせ

先月下旬に西南地方を襲いました台風15号の影響で、インターネット回

線が奄美大島の山中の崖崩れで崩壊し、9月1日夜やっとほぼ１週間ぶり

に回復しました。

現在、筆者の自宅の庭や畠の修理、改修に奮闘致しております。

つきましては　ブログは再来週の金曜日から（9/14）新規更改致します。

宜しくどうぞお願い致します！

天気図を見ますと、南方海域に台風の赤ちゃんが生まれているように見えます。今年は非常に台風の発生が多く、しかも先回のような観測史上最高の風速７０ｍ/ｓもあります。皆様も十分気を付けて下さいね。

　
（＾－＾）

　　　　　　　　　　9/02　天気図 

＜宇宙＆素粒子物理学入門-004＞

茜ちゃんの　　　

叔父さん、叔母さんの
宇宙・素粒子物理学入門
004


アンドロメダ・M31銀河


アンドロメダ・M31銀河の周辺
 

  ようようやくお盆（新）も終わりになりました。後は月末ころの旧盆でしょうか。夏休みも残り少なくなりました。怪我や事故に遭わないように生徒や、学生の方々は新学期をお迎えください。

さて、先回は最後のところで、突然、アンドロメダ・M31銀河の写真を見ながら話を始めました。　有名な星座、カシオペア座の傍にそれは輝いています。アンドロメダ・M31銀河の左下のところにも銀河が見えています。青白い星（恒星）が数個見えています。後は米粒のようなダイアモンドを漆黒の天に散りばめたような感じに見えます。

　　　　　　　　　　　　　　　星がたくさん集まっているところ、疎らな所、殆ど無いように見える所、いろいろ観察できます。でも、宇宙全体からみると宇宙のどのような部分でも一様な状態なのです。これを＜一様性＞といいます。同じようにどこを見ても同じ程度に星が散りばめられているように見えますので、これを＜等方性＞といいます。・・・A

 
先回の終わりの方で
　＜星の降るような美しい夜の空は、なぜあんなにも真っ黒なんですか？＞ということについて書きはじめました。

超簡単に書きますと・・・宇宙膨張とドップラー効果・・・・によって夜の空は暗くなる。宇宙の膨張はビック・バン理論、インフレーション理論に関係しますし、ドップラー効果は物理の＜音＞に関係します・・・・と。・・・B

だんだん説明していきますが、＜A＞と＜B＞の文章は「オルバースのパラドックス」という、ちょっとヤヤコシイ事柄に関係して居るのです。似たような問題で＜晴れた日の空は何故青いのですか＞というのは、宇宙物理には直接関係有りません。大気と光の振動数の問題で解決しますが、夜の空の暗い原因は宇宙物理学の問題です。

ある人が。。。＜そんなの当たり前じゃないの。太陽が沈んだら辺りが暗くなる。夜は暗くなるんだよ！　だから、空も暗いの当たり前ジャン！！＞・・・・・何か結構説得力ありますね。・・・・
 
でもそうじゃないんですよ。
　確かに夜になると太陽の光の影に入りますので、辺りは暗くなります。夜空に輝く一等星も確かに周りの星よりは青く輝いています。でも，月の方がもっと明るいです。満月の夜など結構辺りは明るくなります。昼間ほどではないけれど。・・・・・

　　　　　　　　　　　　　　　　　　アンドロメダ・M31銀河と伴性銀河M32&M110

 
M31のアンドロメダ銀河の腹の分に伴性銀河・M32が丸い形で見えています。背中の方に見えている楕円状銀河はM１１０伴性銀河です。　M31銀河の長径は２２万光年で、天の川銀河の２．２倍あります。


でも、学校の授業では夜空に青白く輝く一等星などは、太陽よりもはるかに大きく表面温度も遥かに高いって聞きましたが？？・・・・でも、見かけは太陽の方が遥かに大きいですよ！

一般的な経験から言っても、同じ大きさの同じ明かりでも、遠くに持っていくと明かりは小さく見え、明るさも落ちてしまいます。そうしますと、宇宙の中では太陽はどの位の明るさなんでしょうか。

オリオン座

 
　　　星の名称　　　実視等級　　　　　絶対等級　　　　　星座　　　　色　　　距離（光年）　　　　星の種類
1-　　　太陽　　　　　　-26.7　　　　　　　　4. 9　　　　　　　　　　　　　　黄色　　　　　　　　　　　　　主系列星
2-　　シリウス　　　　　　-1.5　　　　　　　　1.4　　　　　　おおいぬ座　白　　　　　8.6　　　　　　　 主系列星
3-　カノープス　　　　　　-0.7　　　　　　　 -5.6　　　　　　りゅうこつ座　うす黄　　310　　　　　　 　 輝巨星　
4- 　　　リゲル　　　　　　0.1　　　　　　　　-7.1　　　　　　オリオン座　   青白　　 700　　　　　  　 　超巨星

　この表からは確かに太陽は見かけは跳びぬけて明るいですが、宇宙の中では大した明るい恒星ではありません。絶対等級は黄色く見える程度の星なんですね。リゲルやカノープスなどは太陽より遥かに大きく、絶対等級はマイナスです。・・・・・ここで注意することは、地球から太陽までは１億５０００万ｋｍで、光速で８分程度の距離。ちなみに＜アンドロメダ・M31銀河＞までは、２、３００、０００光年・・・・（気が遠くなる！）

カノープスは３１０光年。リゲルは７００光年。　比較にならないほど地球から遠くに位置しています。ですから、もしリゲルが太陽の位置に存在したら、明るいなんて言ってる暇はありません。　地球は溶けて無くなってしまうでしょう。
*　　３００，０００ｋｍ/sec 　ｘ　60秒　ｘ　60分　ｘ　24時間　ｘ　365日＝9、460、800、000、000ｋｍ＝１光年

そうなって来ますと、実際のところ宇宙ってどの位の大きさなのでしょうか。資料によって様々ですが、
1-　現在観測されている星でもっとも遠いのが約１２０億光年離れていることから、宇宙の大きさはこれと同等以上　
2-　地球から理論上観測可能な領域（観測可能な宇宙）が半径４６０億光年の球状の範囲

なんともはや、想像を絶する大きさで・・・・・早い話が、有限の大きさなのか、無限に大きいのかワッカラナーイ！

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　天の川銀河　
  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 

我々が住んでいる太陽系を含む恒星などの集団２０００億個以上の大集団が＜天の川銀河＞といっている。　ただ＜銀河＞というと、天の川銀河を指す。　

　　　　　　　　　　　　　天の川銀河の平面図・・・（長径が３５～３６ｐｓｃ

 

銀河系のディスクは直径約8万 - 10万光年と見積もられている。太陽から銀河中心までの距離は約26,000 - 35,000光年と見積もられている。ディスクは銀河中心では外側に膨らんでいる。　　　　　　「ly」　＝　Light　year （１光年）　　パーセク（1 pc）＝3.26「ｌｙ」＝3.09ｘ10１６ｍ
　　　　　　　　　　１ｋｐｃ＝3.26ｘ1000　　　　３０ｋｐｃ＝3.26ｌｙｘ30＝97、800ｌｙ・・・・１０万光年
　　　　　　　　　　

昔筆者が小学生のころ、友達と宇宙の果てについて議論をしました。＜宇宙の果てって、どんな風になってるかな～＞・・・・友達曰く・・・・＜宇宙の果てまで行くと、牧場の垣根のようなものが立ってるんだよ＞・・・＜そうかな～？＞なんて話していたことがありました。

＜じゃ、垣根の向こうはどうなってるの？＞となったら、困りましたね。　（＾－*）
でもそれじゃ困るんで、宇宙の大きさは有限か、無限か、証拠を出して検討して見ましょうというのが・・・・・・・・・・・味噌です。
そこで、やっとのことで、一番初めに申し上げた宇宙膨張理論・・ビックバン理論とインフレーション理論・・が登場してまいりま～す！

ということで、本日はこれでお終い。　お後がよろしいようで・・・・・

＜宇宙＆素粒子物理学入門-003＞

茜ちゃんの　　　

叔父さん、叔母さんの

宇宙・素粒子物理学入門
003

火星着陸写真

Nasaより掲載

全国各地で＜お盆＞が営まれていると思います。場所によっては旧暦のお盆もありますので、全国同じという訳では有りませんが。つい最近、NASAから火星の探査機が無事火星に着地し、鮮明な写真を地球に向けて送っているようです。上の写真は合成写真ですが、ほぼ実際の光景と変わらないと思います。しかし、周りの風景は地球のそれとあまり変わりませんね。

                       フンザ付近・・・Deep Blueさんのブログから掲載

 
中国の西方の中東地域との国境辺り、たとえばカシュガル付近の荒涼とした風景はこんなものです。木が一本も見られず、どこまでも砂漠が続いているような荒涼たる風景・・・・遠い太古の火星も辺り一面植物のような生命体に覆われ、水や海水の湖、河川、海が存在していたのかもしれません。現在の地球と見間違うほどの光景が拡がっていたのかも知れません。

                                           ・・・Deep Blueさんのブログから掲載

   
さらに多くの写真が地球に到達されて来たら、驚くような事実が明らかになるでしょう。
期待したいですね。

                                            Deep Blueさんのブログから掲載

 

 
先回は原子の構造について、少し踏み込んで書いて見ました。数式を用いませんでしたが、人によっては頭が痛くなりそうな感じがしたかもしれません。肉眼ではとても小さくて見ることが出来ず、超高性能の電子顕微鏡でやっと概観がおぼろげに見える程度ですから、感覚的に実感できないので、どうしても空想の世界の出来事のように思われるのは、強ち無理なことでありません。


そのような物の存在を他の方法、たとえば、ラザフォード散乱（アルファー粒子）などという、間接的な方法で認識するしかないわけです。このようなことは分子細胞生物学の分野でも同じで、６０兆個もあるという人間の細胞の中の核に存在するDNAやRNAの大きさも、人間の肉眼で普通に確認はできません。電子顕微鏡サイズ、あるいはそれ以下のサイズになってしまいます。ですから結果的には原子の問題と同じようなことに帰着してしまいす。  

                                                                       ラザフォード博士

 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　WIKUより掲載
さらに、原子の構成について考え始めると、事態はさらにミクロな世界に入っていってしまいます。一体どこまで細分化したら、究極のものにたどり着けるのか、多くの研究者が日夜を問わず問い続けてきました。現代科学は＜クオーク＞の存在までは理論的にその存在を認識しては居ますが、それよりもさらに微小な構成要因があるとの研究もかなり前からあります。


＜超弦理論＞などという理論によれば、クオーク自体もスーパー・ストリングスという一次元のスプリングのような形態のもの（？）から、構成されていると考えられております。ただし、実験的にその存在は今世紀中には不可能という状態であるそうです。

　　　　　　　　　　　　　　薩川湾の風景

                           

 
そのほかに厄介なのは、日常我々が感覚的に認知できるニュートン力学が通用しない世界でもあるということです。＜量子論＞とか＜量子力学＞などという普段我々が耳にしない世界の理論が展開されて居るということです。＜シュレジンジャーの猫＞などというパラドックスめいた理論など、ちょっと聞いただけでも筆者も頭が痛くなるような世界が拡がっております。


このように一般の人にとっては夢のような世界の理論ですから、すぐ理解できるというような理論体系ではありません。きちっと説明しようとするとどうしても数学というツールを縦横無尽に使用して、説明をしなければならないという宿命があります。

　　　　　　　　　　　　　　本箱の中の宇宙

 
よく、ベストセラーになるような有名な物理科学者の著書・・・・「エレガントな宇宙」、「宇宙を織りなすもの」・・・ブライアン・グリーンとか、「ワープする宇宙」・・・リサ・ランドール・・・が本屋の棚に置かれておりますが、数式はほとんど使われていないような感じですが、逆にますます漠然として、＜何が何やらわからない＞鼻をつままれた様な感じになるのは、強ち筆者だけではないと思います。


そのような学問に無謀にも突撃していく訳ですから、筆者も読者も共に大変な事になるわけです。それにしてもこの世界の持つ飽くなき魅力は大変なものです。それはミクロの世界の真実＝マクロの世界の真実と書き直しても良いのかもしれません。素粒子物理学の探求は宇宙物理学の探求に繋がり、結果的には同じ世界を見つめているという、なにかパラドックスめいた事になるからでしょう。
　　　　　　　　　　　　　　　　薩川湾の風景
                                              


何か言い訳じみたような事を長々と書いて来ましたが、先回のブログで＜頭がクラクラ＞された方が居られましたら、もう少しリラックスして夢を持たれて読んでいただければ幸いです。姉妹ブログでも分子細胞生物学のようなものを書いておりますが、平行して読んでいただければ段々面白くなっていただけるものと思います。我々は無限に広がったかのような宇宙の構成員の一部でもあります。ここから逃げ出すわけには参りませんが、究極の真実は神の存在を求めるに等しく、なかなか垣間見せてはくれないようです。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　薩川湾の風景
                                                                                         

　事のついでに申し上げますが、読者の中には中学校、高校の物理の（履修途中）方も居られると思います。　中学で高校の数学を独学で最後まで勉強されたり、高校生で線形代数や微積分、代数学程度はマスターしている方も居られると思います。


このブログのレベルはまず、高校の物理のレベルか、大学の教育課程レベルからはじめていますので、上を目指したい方は遠慮されずに、大学の専門課程の物理学、数学の教科書や、参考書などで先を進んでください。　進みすぎても何の害もありませんのでどんどんやってください。そのような方の中からまた、未来のノーベル賞候補が出られることを期待いたします。

本日はとんでもない方向に脱線してしまいましたが、最後にこんな事を書いてみたいと思います。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　アンドロメ座銀河・WIKIより
                                                            


　　　　　　　　　　　　＜星の降るような美しい夜の空は、なぜあんなにも真っ黒なんですか？＞

よく出てくる設問なんですね。しかし、皆さん如何でしょうか。すぐ答えられますでしょうか。　意外と多くの問題を含んでいまして、なかなか簡単ではありません。
超簡単に書きますと・・・宇宙膨張とドップラー効果・・・・によって夜の空は暗くなる。宇宙の膨張はビック・バン理論、インフレーション理論に関係しますし、ドップラー効果は物理の＜音＞のところで、すでに知っている方もあると思います。そういう事で、次回は宇宙の膨張について書いてみたいと思います。