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宇宙のしくみ―わかったことわからないこと最新宇宙論 IPMUの6人の頭脳がわかりやすく解説 (学研雑学百科)


宇 宙 の し く み よ り 深 く よ り 楽 し く 、 学 研 、 わ か っ た こ と わ か ら な い こ と 最 新 宇 宙 論 旧 MU の 6 人 の 頭 脳 が わ か り や す く 解 説 東 京 大 学 数 物 連 携 宇 宙 研 究 機 構 ) 監 修 予 由 は イ 町 き て い る ? ビ う し て 澱 々 は 干 由 の は じ 学 ソ は ? 在 し て 。 、 る の か ? 干 由 の 基 本 則 は 倚 ろ 、 ? Gakken

宇宙のしくみ―わかったことわからないこと最新宇宙論 IPMUの6人の頭脳がわかりやすく解説 (学研雑学百科)


ま え が き 語 ら ず に は い ら れ な い 宇 宙 の 神 秘 さ な ど を 、 研 究 者 の 生 の 声 で お 伝 え ば め ら れ て い る 点 で す 。 研 究 者 と し て 惹 か れ る 宇 宙 の 謎 、 不 思 議 さ 、 解 説 す る 他 の 本 と す こ し 違 う の は 、 研 究 者 の 思 い が 、 あ ち こ ち に ち り ぞ れ の テ ー マ に つ い て 語 っ て い た だ き 、 ま と め た も の で す 。 宇 宙 論 を こ の 本 は 、 IPMU で 宇 宙 研 究 の 最 前 線 に た っ 6 人 の 研 究 者 に 、 そ れ か ? 」 と わ か り や す く 、 少 し 哲 学 的 な 雰 囲 気 も あ り ま す 。 「 ど ん な 法 則 に 支 配 さ れ て い る ? 」 、 そ し て 「 私 た ち は な ぜ 存 在 す る の う に 始 ま っ た か ? 」 「 何 に よ っ て で き て い る ? 」 「 そ の 行 き 着 く 先 は ? 」 す 。 そ の 名 は む ず か し そ う で も 、 5 つ の 研 究 テ ー マ は 、 「 宇 宙 は ど の よ ナ ゾ を 解 明 し よ う と す る 東 京 大 学 数 物 連 携 宇 宙 研 究 機 構 (IPMU) で 世 界 中 か ら ト ッ プ レ ベ ル の 研 究 者 た ち 数 十 人 を 集 め 、 宇 宙 の 根 源 的 な 2008 年 、 5 つ の 研 究 テ ー マ を 掲 げ た 国 際 的 な 研 究 機 関 が 生 ま れ ま し た 。 面 白 さ を 感 じ て い た だ け れ ば 幸 い で す 。 物 理 学 、 天 文 学 の 専 門 的 な 解 説 だ け で は 見 え な か っ た 、 宇 宙 探 求 の す る の が 本 書 な の で す 。

宇宙のしくみ―わかったことわからないこと最新宇宙論 IPMUの6人の頭脳がわかりやすく解説 (学研雑学百科)


第 1 章 宇 宙 は ど の よ う に 始 ま っ た の か ? [ 専 門 ] 宇 宙 論 、 天 文 物 理 学 杉 山 直 す ぎ や ま ・ な お し Naoshi Sugiyama 1961 年 、 ド イ ツ 生 ま れ 。 早 稲 田 大 学 理 工 学 部 卒 、 広 島 大 学 大 学 院 修 了 、 理 学 博 士 。 東 京 大 学 助 手 、 カ リ フ ォ ル ニ ア 大 学 バ ー ク レ ー 校 研 究 員 、 京 都 大 学 助 教 授 、 国 立 天 文 台 教 授 を 経 て 、 現 在 、 名 古 屋 大 学 大 学 院 理 学 研 究 科 教 授 、 東 京 大 学 数 物 連 携 宇 宙 研 究 機 構 (IPMU) 主 任 研 究 員 。 2001 年 、 西 宮 湯 川 記 念 賞 、 2006 年 度 日 本 学 術 振 興 会 賞 、 2008 年 度 日 本 天 文 学 会 林 忠 四 郎 賞 受 賞 。 著 書 に 「 物 理 の 世 界 地 球 と 宇 宙 の 物 理 5 膨 張 と ビ ッ グ バ ン の 物 理 』 ( 岩 波 講 座 ) 、 「 宇 宙 そ の 始 ま り か ら 終 わ り へ 』 ( 朝 日 新 聞 社 ) 、 『 相 対 性 理 論 』 ( 講 談 社 ) 。

宇宙のしくみ―わかったことわからないこと最新宇宙論 IPMUの6人の頭脳がわかりやすく解説 (学研雑学百科)


第 3 章 宇 宙 の 運 命 は ど う な る の か ? ・ rsuMIRej 計 画 ン 全 宇 宙 の 暗 黒 物 質 の 3 次 元 地 図 を つ く る 「 SuMIRe 」 計 画 で は 、 全 宇 宙 の 暗 黒 物 質 地 図 を つ く ろ う と し て い ま す 。 空 の 広 大 な 領 域 を く ま 安 く 観 測 し 、 重 力 レ ン ズ 効 果 を 利 用 し 、 暗 黒 物 質 の 分 布 を 復 元 す る の で す 。 じ つ は 、 世 界 の 8m 級 の 望 遠 鏡 の な か で 、 す ば る 望 遠 鏡 の カ メ ラ は 最 大 の 視 野 を 持 っ て い ま す 。 そ れ で も 、 広 大 な 宇 宙 地 図 を 作 成 す る た め に は 、 膨 大 な 時 間 が か か っ て し ま い ま す 。 こ の た め 、 IPMU や 国 立 天 文 台 を 中 心 と す る 研 究 グ ル ー プ は 、 さ ら に 10 倍 の ス ヒ 。 ー ド で 宇 宙 地 図 を 作 成 す る こ と を 可 能 に す る 超 広 視 野 カ メ ラ を 開 発 し て い ま す 。 こ れ が SuMIRe 計 画 で あ り 、 宇 宙 を う め っ く す 星 、 銀 河 、 暗 黒 物 質 、 さ ら に は 暗 黒 エ ネ ル ギ ー を 解 き 明 か す 壮 大 な 宇 宙 ゲ ノ ム 計 画 な の で す 。 「 SuMIRe 」 計 画 で は 、 加 速 膨 張 の 宇 宙 の な か で 宇 宙 の 多 様 な 構 造 の 形 成 過 程 を か げ で 操 っ て い る 暗 黒 物 質 の 非 一 様 な 分 布 が ど の よ う に 進 化 し て き た か を 確 か め る 実 験 が 始 ま り ま す 。 す で に 準 備 は 始 ま っ て い て 、 暗 黒 物 質 の 2 次 元 地 図 が 少 し ず つ で き あ が っ て い ま す 。 し だ い に 明 ら か に な っ て く る 暗 黒 物 質 の 2 次 元 地 図 の デ ー タ と 、 吉 田 先 生 の コ ン ヒ 。 ュ ー タ ・ シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ る 宇 宙 の 進 化 の デ ー タ を 重 ね 合 わ せ る こ と で 、 暗 黒 物 質 の 重 力 が 宇 宙 の 構 造 に ど う 関 わ っ た か を 、 歴 こ の 実 験 は 、 宇 宙 の 広 大 史 的 に 追 う こ と が で き ま す 。 さ ら に な ス ケ ー ル に お け る 重 力 が ほ ん と う は ど の よ う な も の な の か を 、 あ ら た め て 確 か め る 研 究 で す 。 そ の 研 究 だ け で も 十 分 お も し ろ い の で す が 、 IPMU で は 、 さ ら に 暗 黒 物 質 の 3 次 元 地 図 を つ く ろ う と い う 計 画 も あ る の で す 。 図 の 3 次 元 画 120

宇宙のしくみ―わかったことわからないこと最新宇宙論 IPMUの6人の頭脳がわかりやすく解説 (学研雑学百科)


か れ て い ま す 。 蛇 の 頭 の 方 向 へ 行 く に つ れ て 、 人 間 、 山 、 地 球 、 太 陽 系 、 星 雲 ・ 星 団 、 銀 河 と ス ケ ー ル が 大 き く な っ て い き ま す 。 ま た 、 し つ ば へ 向 か う に つ れ DNA 、 原 子 、 原 子 核 、 素 粒 子 と ス ケ ー ル が 小 さ く な っ て い き ま す 。 ち な み に ウ ロ ポ ロ ス の 蛇 を 横 に 2 匹 並 べ る と 無 限 大 を 表 す 記 号 に な り ま す 。 ひ じ よ う に 興 味 深 い こ と は 、 宇 宙 の 大 規 模 構 造 と 微 小 な 素 粒 子 が 、 対 極 で あ り な が ら 密 接 な 関 係 に あ る 点 で す 。 宇 宙 を 構 成 す る 基 本 要 素 こ そ が 素 粒 子 だ か ら で す 。 , こ IPMU で は 、 宇 宙 の 成 り 立 ち を 研 究 す る 天 体 物 理 学 者 と 素 粒 子 を 研 究 す る 素 粒 子 物 理 学 者 が 、 数 学 者 の 力 を 借 り て 、 蛇 の し っ ぽ と 頭 の 領 域 の ナ ゾ を 解 き 明 か そ う と し て い る わ け で す 。 私 自 身 は 、 大 学 院 に 入 っ た 当 初 は 、 し つ ば の 領 域 に 興 味 を 持 っ て 勉 強 を 始 め ま し た 。 し か し 、 宇 宙 に 潜 む 暗 黒 物 質 や 大 規 模 構 造 の 形 成 の 謎 に 惹 き つ け ら れ 、 し つ ば の 領 域 か ら 頭 へ と 足 を 踏 み 入 れ 、 研 究 を 続 け て い ま す 。 暗 黒 物 質 原 子 素 粒 子 0 人 間 銀 河 0 0 0 太 陽 DNA 太 陽 系 ウ ロ ポ ロ ス の 蛇 自 然 界 に 存 在 す る も の を 大 き さ の 順 に 描 い て い る 。 つ な が っ た し っ ぽ と 頭 は 、 宇 宙 の 基 本 要 素 で あ る 素 粒 子 に よ っ て 、 宇 宙 が つ く ら れ て い る こ と を 表 し て い る 。 35

宇宙のしくみ―わかったことわからないこと最新宇宙論 IPMUの6人の頭脳がわかりやすく解説 (学研雑学百科)


第 1 章 宇 宙 は ど の よ う に 始 ま っ た の か ? ・ ◎ 膨 張 す る 宇 宙 か ら ビ ッ グ バ ン へ ピ ッ グ バ ン 宇 宙 へ と 続 く ド ラ マ ② フ リ ー ド マ ン は ア イ ン シ ュ タ イ ン の 方 程 式 か ら 、 時 間 と と も に 膨 張 す る 宇 宙 を 考 え ま し た が 、 じ つ は も う 一 人 、 一 般 相 対 性 理 論 を 解 く こ と で 、 フ リ ー ド マ ン と は 独 立 に ( た だ し 彼 よ り は 後 に ) 膨 張 ・ 収 縮 す る 宇 宙 に 到 達 し た 科 学 者 が い ま す 。 ベ ル ギ ー の 天 文 学 者 で カ ト リ ッ ク 教 会 の 神 父 で も あ っ た ジ ョ ル ジ ュ ・ ル メ ー ト ル で す 。 ハ ッ プ ル に よ る 膨 張 の 発 見 よ り 前 に こ の 考 え を 提 唱 し た 彼 は 、 フ リ ー ド マ ン 同 様 、 ア イ ン シ ュ タ イ ン か ら 冷 た く あ し ら わ れ ま し た 。 フ リ ド マ ン と 同 じ こ と を 言 っ て い る 、 と い う わ け で す 。 し か し 、 彼 は フ リ ー ド マ ン の 宇 宙 を さ ら に 一 歩 進 め て 考 え て い ま し た も 宇 宙 が 膨 張 し て い る な ら 、 過 去 に さ か の ば れ ば 1 点 に 収 縮 す る は ず だ 、 と 考 え た の で す 。 宇 宙 に は 始 ま り が あ る と 考 え た の で す ! そ し て 、 宇 宙 全 体 が 1 , 点 に 集 ま る わ け で す か ら 、 そ れ は 巨 大 な 原 子 の よ う な も の で あ っ た と 考 え ま し た 。 そ れ を 「 原 初 ア ト ム 」 と 名 付 け 、 原 初 ア ト ム が 宇 宙 を 生 み 出 す 卵 で あ り 、 そ れ が 広 が っ て 今 の 宇 宙 が 出 来 た と 考 え た の で す 。 観 測 に よ っ て 膨 張 宇 宙 が 証 明 さ れ た と な る と 、 ル メ ー ト ル の 考 え た 宇 宙 の 始 ま り も ま た 、 十 分 に 考 慮 に 値 す る こ と に な り ま す 。 そ し て ド ラ マ の 舞 台 は 、 第 2 次 世 界 大 戦 直 後 へ と 移 り ま す 。 そ こ で 、 膨 張 宇 宙 論 は ふ た た び 論 争 を 繰 り 広 げ る こ と に な り ま す 。 論 争 の 火 ぶ た を 切 っ た の は 、 ロ シ ア 出 身 の 科 学 者 ジ ョ ー ジ ・ ガ モ フ で す 。 彼 は 、 共 同 研 究 者 と と も に 、 「 宇 宙 の 始 ま り は ひ じ よ う に 温 度 が 高 く 、 あ た か も 大 爆 発 の 中 心 部 の よ う だ っ た 。 そ れ が 膨 張 し な が ら 2 4 24

宇宙のしくみ―わかったことわからないこと最新宇宙論 IPMUの6人の頭脳がわかりやすく解説 (学研雑学百科)


〔 制 作 デ ィ レ ク シ ョ ン 〕 図 書 印 刷 ク リ エ イ テ ィ ブ ・ セ ン タ ー 〔 取 材 ・ 構 成 〕 坂 本 伸 之 〔 カ バ ー デ ザ イ ン 〕 株 式 会 社 志 岐 テ サ イ ン 事 務 所 ( 下 野 剛 ・ 坂 井 正 規 ) 〔 本 文 デ サ イ ン 〕 文 京 図 案 室 〔 カ バ ー ロ ゴ イ ラ ス ト ・ 本 文 イ ラ ス ト 〕 タ カ ス 図 案 部 〔 写 真 〕 茂 手 木 秀 行 2010 年 7 月 27 日 第 1 刷 発 行 学 研 雑 学 百 科 宇 宙 の し く み わ か っ た こ と わ か ら な い こ と 最 新 宇 宙 論 監 修 発 行 人 編 集 人 企 画 編 集 発 行 所 発 売 元 印 刷 所 東 京 大 学 数 物 連 携 宇 宙 研 究 機 構 (IPMU) 真 当 哲 博 佐 藤 幹 夫 伊 藤 哲 朗 株 式 会 社 学 研 教 育 出 版 〒 141 ー 8510 東 京 都 品 川 区 西 五 反 田 2 ー 11 ー 8 株 式 会 社 学 研 マ ー ケ テ ィ ン グ 〒 141 ー 8510 東 京 都 品 川 区 西 五 反 田 2 ー 11 ー 8 図 書 印 刷 株 式 会 社 こ の 本 に 関 す る 各 種 の お 問 い 合 わ せ は 次 の と こ ろ に ご 連 絡 く だ さ い 。 【 電 話 の 場 合 】 ◎ 編 集 内 容 に つ い て は 、 谷 03 ー 643 ト 1262 ( 編 集 部 直 通 ) ◎ 在 庫 、 不 良 品 ( 落 丁 、 乱 丁 ) に つ い て は 、 谷 03 ー 643 ト 1201 ( 販 売 部 直 通 ) ◎ 学 研 商 品 に 関 す る お 問 い 合 わ せ は 、 谷 03 ー 6431 ー 1 開 2 ( 学 研 お 客 様 セ ン タ ー ) 【 文 書 の 場 合 】 〒 14 ト 8510 東 京 都 品 川 区 西 五 反 田 2 ー 1 ト 8 学 研 お 客 様 セ ン タ ー 「 学 研 雑 学 百 科 宇 宙 の し く み 」 係 OGakken Education publishing 2010 Printed in Japan 本 書 の 無 断 転 載 、 複 製 、 複 写 ( コ ピ ー ) 、 翻 訳 を 禁 じ ま す 。 複 写 ( コ ピ ー ) を ご 希 望 の 場 合 は 、 下 記 ま で ご 連 絡 く だ さ い 。 日 本 複 写 権 セ ン タ ー 谷 03 ー 340 ト 2382 く 日 本 複 写 権 セ ン タ ー 委 託 出 版 物 〉 学 研 の 書 籍 ・ 雑 誌 に つ い て の 新 刊 情 報 ・ 詳 細 情 報 は 、 下 記 を ご 覧 く だ さ い 。 学 研 出 版 サ イ ト http://hon.gakken.jp/

宇宙のしくみ―わかったことわからないこと最新宇宙論 IPMUの6人の頭脳がわかりやすく解説 (学研雑学百科)


第 5 章 そ も そ も 我 々 は な せ 存 在 す る の か ? IPMU が 挑 む 。 5 つ の ナ ゾ 。 ◎ の 子 ど も の こ ろ の 気 持 ち を 、 そ の ま ま 研 究 に 結 び つ け た IPMU が 挑 む 宇 宙 を め ぐ る 5 つ の ナ ゾ は 、 ホ ー ム ペ ー ジ に も 掲 げ ら れ て い ま す が 、 と て も や わ ら か い イ メ ー ジ で す 。 数 物 連 携 宇 宙 研 究 機 構 (IPMU) と い う 名 称 と な か な か 結 び つ き ま せ ん 。 こ の 研 究 所 を 新 し く 立 ち 上 げ る こ と に な っ た と き 、 こ う 思 い ま し た き っ と こ こ に 集 ま る 研 究 者 は 、 子 ど も の こ ろ に 星 空 を 仰 ぎ 、 「 い っ た い 宇 宙 は ど こ ま で ひ ろ が っ て い る の だ ろ う 」 「 宇 宙 に は 始 ま り が あ っ た の だ ろ う か 」 「 星 は ど う や っ て 光 っ て い る の だ ろ う か 」 と い っ た 気 持 ち を 、 そ の ま ま 研 究 に 結 び つ け て き た 人 た ち だ ろ う と 。 そ の こ ろ の 気 持 ち に 立 ち も ど り 、 こ れ か ら 進 め よ う と す る 研 究 を 言 葉 に し た な ら 、 こ の 5 つ の 疑 問 に な る だ ろ う と 。 も ち ろ ん 、 そ れ ぞ れ の 疑 問 は 既 に お 聞 き に な っ た よ う に 、 不 斗 学 と し て の 意 未 を 持 て い ま す 。 ま た 、 観 測 実 験 技 術 や 理 論 が 急 速 に 進 歩 し た こ と も あ り 、 数 学 と 物 理 学 が 戦 略 的 に 取 り 組 む こ と で 着 実 に 解 明 に 近 づ く こ と が で き る の で す 。 技 術 や 理 論 は ど の よ う に 進 歩 し ま し た か わ か り や す い 例 は 、 す ば る 望 遠 鏡 で す 。 高 田 先 生 の 研 究 室 で 、 暗 黒 物 質 の 重 力 で 光 が 曲 が る 重 力 レ ン ズ 現 象 か ら 暗 黒 物 質 の 姿 を 明 ら か に す る 研 究 プ ロ ジ ェ ク ト の 話 が あ っ た と 思 い ま す 。 こ の 観 測 で は 、 望 遠 鏡 の 鏡 面 に で こ ば こ が あ る と 、 本 来 の ゆ が み を 精 密 に と ら え る こ と が 184

宇宙のしくみ―わかったことわからないこと最新宇宙論 IPMUの6人の頭脳がわかりやすく解説 (学研雑学百科)


第 5 章 そ も そ も 我 々 は な せ 存 在 す る の か ? ア イ ン シ ュ タ イ ン も 借 り た 数 学 の カ 0 。 0 新 し い 理 論 が 数 学 の 言 葉 で よ り 完 全 な も の に な る 数 物 連 携 宇 宙 研 究 機 構 (IPMU) の 「 数 物 」 は 何 を 意 味 し て い ま す か 。 5 つ の 疑 問 は 、 こ れ ま で 何 千 年 も の 間 、 形 而 上 学 、 哲 学 、 神 学 上 で 考 え ら れ て き た こ と が ら で し た 。 IPMU の 目 的 は 、 サ イ エ ン ス に よ り 、 こ れ ら の 疑 問 の 解 明 に 一 歩 ず っ 近 づ い て い く こ と で す 。 そ の た め に は 、 ど う し て も 数 学 と 理 論 物 理 学 、 実 験 物 理 学 、 そ し て 天 文 学 の ト ッ プ レ ベ ル の 研 究 者 を 結 集 す る 必 要 が あ り ま し た 数 学 と 物 理 学 は ど う か か わ る の で す か ? 数 学 そ の も の は 自 然 科 学 で は な く 、 い ろ い ろ な 科 学 の 基 礎 と な る 学 問 で す 。 自 然 界 と は 無 関 係 に 、 矛 盾 な く つ じ つ ま の 合 う 、 美 し く 豊 か な 理 論 を つ く る の が 数 学 者 で す 。 一 方 、 物 理 学 者 が 自 然 界 の で き 事 を 説 明 す る た め に 新 し い 理 論 を 作 り 上 げ る と き は 、 最 初 か ら 完 璧 な も の が で き る わ け で は あ り ま せ ん 。 人 間 の 言 葉 は 日 常 の 生 活 を 表 現 で き る よ う に 発 展 し て き ま し た が 、 宇 宙 の よ う に 大 き な も の や 素 粒 子 の よ う に 小 さ な も の を 日 頃 経 験 し て い な い の で 、 そ の た め に 必 要 な ポ キ ャ ブ ラ リ ー が あ り ま せ ん 。 そ の 点 数 学 は 、 日 頃 の 経 験 か ら 離 れ て 抽 象 的 に 作 ら れ て い ま す か ら 、 必 要 な ポ キ ャ プ ラ リ ー が 用 意 さ れ て い る こ と が あ る の で す 。 じ っ は ア イ ン シ ュ タ イ ン も 、 一 般 相 対 論 を 考 え て い た と き に ア イ デ ィ ア を う ま く 表 現 で き ず に 苦 労 し 、 ど う し た ら い い も の か と 知 り 合 い の 数 学 186

傷ついた日本人へ


た と え ば 「 宇 宙 は ど の よ う に し て 生 ま れ た か 」 と い う 問 題 。 科 学 の 世 界 で は 、 約 百 三 十 七 億 年 前 に 膨 大 な エ ネ ル ギ ー の 爆 発 が 起 こ り 、 そ こ か ら 現 在 の 宇 宙 が 始 ま っ た と い う 「 ビ ッ グ バ ン 理 論 」 が 唱 え ら れ て い ま す 。 し か し こ れ も ま だ 仮 説 の 域 を 出 ず 、 科 学 者 に よ っ て 見 解 は ま ち ま ち で す 。 発 生 時 期 一 つ と っ て も 、 様 々 な 説 が あ る よ う な 状 態 で す 。 そ し て 最 大 の 謎 の 一 つ は 、 「 ビ ッ グ バ ン が 起 こ る 前 は ど の よ う な 状 態 だ っ た の か 」 と い う も の で す 。 「 無 」 の 状 態 に あ っ た と こ ろ か ら 、 突 如 爆 発 が 起 き て 宇 宙 が 生 じ た と い う の が こ の 理 論 の 通 説 で す 。 そ れ で は そ の 「 無 」 と は ど う い う 状 態 な の で し よ う か 。 な ぜ 「 無 か ら 宇 宙 が 発 生 し た の で し よ う か 。 こ れ に つ い て は 最 新 の 科 学 を も っ て し て も 明 確 な 結 論 が 出 て い な い の で す 。 わ れ わ れ 仏 教 徒 も 、 こ の 問 題 に 対 す る 結 論 は 出 せ て い ま せ ん 。 し か し 、 宇 宙 を 考 え る こ と は 、 仏 教 の 基 本 通 念 で あ る 「 空 」 や 「 無 」 を 考 え る こ と に つ な が り ま す 。 ま た 、 宇 142