さて,,,と。
私は何を手始めに行わなければならないのでしょう,,,
実は、天文検定の勉強を始める前時点では。「宇宙の夜明け」とか「宇宙の再電離」についての知識は皆無、言葉があることさえ知りませんでした。
もちろん、「宇宙の晴れ上がり」は承知していました。
宇宙の晴れ上がりは、高温高圧のビッグバン直後の宇宙はすべての粒子(あるいは素粒子)がプラズマ状態で、ビッグバン内で発生した光子はプラズマに阻止されて、外に出てこれませんでした。これが宇宙誕生38万年後に宇宙の温度が低下して粒子は陽子中性子電子等に結合できるようになり、これ以降、進行方向に障害物が減ったため、光子が外に飛び出した、、、これが宇宙の晴れ上がりで、この時の光が宇宙背景放射である,,,
この時、水素でいえば中性水素の状態にはなったのですが、現在の宇宙には電離した水素が大量にあり、いつの時点かで再電離されたことになります。
推定によってばらつきますが、宇宙誕生後数億年あるいは10億年後まで「宇宙の暗黒時代」が続きます。この間、原始星ができ、これから発せられたX線/紫外線により、中性水素は再電離されたのだ,,,というのが「宇宙の再電離」。
問題に戻って4つの選択肢ですが、
①のマイケルソンモーリーは光速一定の実験なので、✕
実は②のカシミール効果は以前調べたことがあります。
カシミール効果は、2枚の金属板を極限まで近づけると引力が発生する、または金属板を振動させると光子が発生するという量子的な現象です,,,今回学び直しました。
豊田中央研究所さんの画像です。真空中にも揺らぎがあって仮想光子なるものが存在できるのですが、金属板の狭めると光子の波長に制限ができて金属板の外側に比べると仮想光子の「密度」が少なくなり、圧力が低下し引力が生じることになる,,,
カシミール効果の意味は分かりましたが、宇宙再電離には関係ないので ✕。
残るのは③か④で、答えを見ると③が正解。
「ガン=ピーターソン効果とは、宇宙の初期に電離していない水素原子が輝線を強く吸収するために、遠方の天体のスペクトルに現れる特定の波長の光が弱くなる現象のことで、宇宙の電離度を推定するために用いられます」
要は遠方天体(クェーサー）からの輝線の強度と赤方偏移を調べれば、中性水素の量が推定でき再電離の時期も推定できるというもの,,,
この図が一番わかりやすいです。
・遠方天体クェーサーでライマン系列α輝線が発生
・途中に中性水素ガスの塊があり、そこでα線が吸収される。
・各場所は観測者からの距離が違うので、
吸収線にはそれぞれの距離に応じた赤方偏移で波長がズレた形で観測される
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問題を解くということであればここで作業終わりですが、最後に残った「アハラノフ・ボーム効果」ってなに？
一言でいうと「磁場を消しても電子はベクトルポテンシャルAの影響を受ける」。
wikiで調べて要約したものを示すと、
「磁場のない系におけるゲージ関数はベクトルポテンシャルの線積分によって表される。ここで、異なる経路を通る粒子に対する波動関数を考えると、ゲージ関数はそれらの経路に依存するから、はじめにそれぞれの波動関数の位相が揃っているものとすれば、それぞれの波動関数の間には経路上のベクトルポテンシャルに依存した位相差が生じることになる。重ね合わせの原理によって、系全体の波動関数はそれぞれの経路を通る波動関数の足し合わせとして表されるから、経路が重なり合う場所においては波動関数の干渉が生じる。これは実際に観測され得ることであり、量子力学に特有な現象である」
何を書いているの？と思われるかもしれませんね。
で、ここでYoutube。
このYoutubeは、以前視聴したことのあるものです。当時は「すごく量子っぽく」て全く理解できませんでした。
実はその後、電磁気学を学び直したので、今回は5回くらい見て「ざっくり理解」。
完全理解は絶対にできない領域ですが、一言でいえば、電場や磁場の影響を受けなくても、量子はベクトルポテンシャルＡによって影響を受けるというもの。
マックスウェルの電磁気学を学ぶと最後にベクトルポテンシャルAというものを学びます。このベクトルポテンシャルAの変化が電場磁場となります。
ただしベクトルポテンシャルAは、計算の都合で設定した方が便利な量であって、物理量的な実態としては依然として電場なり磁場なんだ,,,というのが一般的な理解。
アハラノフ＝ボーム効果には、目で見える形で示した実験があります。この実験方法を考案したのは日立製作所の外村さんという方。
多分、これだけ集中的にアハラノフ＝ボーム効果を勉強したので、「なんとなくあんなもの」という程度には今後とも覚えていそう、,,です。
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結局、宇宙の再電離を示す観測的証拠は「ガン=ピーターソン効果」なので、今後ともこういう天文用語は覚えていかなければならないのですが、現時点では時間的に余裕があるので、相対論とか量子論の領域にも踏み込んで、周辺知識を増やしているところ。
