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タグ:超ひも理論

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2017031907市民科学講演会「宇宙と素粒子の新しいトビラをひらく」1

日本物理学会 市民科学講演会「宇宙と素粒子の新しいトビラをひらく」
 2017.3.19
 13:30-16:10 開場13:00
 池田市民文化会館(アゼリアホール)
 大阪府池田市天神1-7-1

 講演会サイト


「超ひも理論でひらく時空のトビラ」 橋本幸士さん(大阪大学大学院理学研究科教授)

 超ひも理論の話。

1.宇宙を支配する数式がある。
 それが「素粒子の標準理論の作用(+重力)」
 数式が長いが一つの式。
 項の一つ一つは天才物理学者の功績で付け加えられてきた。
 (重力についてはアインシュタイン、電磁気力はマクスウェル、強い力・弱い力はヤン・ミルズ、反粒子はディラック、対称性の破れは南部陽一郎、湯川相互作用は湯川秀樹)
 宇宙の真理を発見する=正しい式を書く。

2.素粒子とは?
 素粒子とは人類が知る最小構成物、時代によって変わる。現在はクオーク。
 宇宙は素粒子でできている。
 物質粒子:クオーク6、レプトン6、ゲージ粒子:4、ヒッグス粒子:1 合計17種類。
 素粒子の数式が宇宙を支配している。
 しかし、なぜ18種類の素粒子があるのかが疑問。
 物質をなす素粒子、力を伝える素粒子、質量を与える素粒子、これらを合わせられると思われているのが「大統一理論」。
 そして、それらに重力を伝える素粒子をも合わせられると思われているのが「超ひも理論」。

3.世の中は素粒子でできている。
 理学部の人間:世の中とは「光と重力」である。

 誰が「光子」を用意したのか。
 超ひも理論なら光は自動的に出てくる。
 なぜ光には「偏光」という性質があるのか?
 素粒子理論では説明がつかないが、光子が開いたひもならばひもの振動の方向が偏光として現れる。(ただし未検証)
 この理論で数式を立てると解ける。(南部陽一郎)

 超ひも理論なら重力も自動的に出てくる。
 重力波には光の偏光に当たるものが2方向ある。重力子が閉じたひもならば説明でき、数式でも解くことができる。

4.偏光素粒子は力を伝える。
 超ひもなら偏光素粒子=重力?
 開いたひもがある方向に移動したときの軌跡を別の方向から閉じたひもが移動した軌跡と解釈することもできる。
 開いたひもは偏光素粒子、閉じたひもは重力子とすると、偏光素粒子は異次元にも伝わる仮装重力として解釈できる。
 つまり、光が3次元空間を伝わるということが、重力が異次元、高次元を伝わると解釈してもいいということ。
 この理論の異次元重力の計算で得られた結果が実際の現象と合致する。

 以前のラボカフェ(■宇宙は縦・横・高さだけなのか?〜超ひも理論と高次元の世界〜@アートエリアB1。(2017.2.21))の話と基本的には同じで、少し話を付け加えた感じ。
 そしてやっぱり最初の掴みは超ひも理論の歌から。

 講演の後の質問で出たこと(一部)。
 「超ひも」とは長さは決まっていなくて、張力が一定であると考える。
 「超ひも」の「超」は超対称性の「超」。


「重力波とニュートリノでひらく宇宙のトビラ」 梶田隆章さん(東京大学宇宙線研究所所長)

 重力波、ニュートリノ、カミオカンデ、スーパーカミオカンデ、KAGRAの話。

1.ニュートリノの話。
 ニュートリノがなぜ重要か?
 超新星爆発を観測するのにニュートリノの観測が欠かせない。
 超新星1987Aのカミオカンデでの観測がノーベル賞につながった。

 超新星爆発はコンピューターシミュレーションで再現できるようになってきた。しかし、まだそれは不完全で実際の現象を観測することは欠かせない。
 光では超新星内部まで見ることができないが、ニュートリノや重力波は内部を通り抜けてくるので内部の情報を得られる。

 今、注目している超新星爆発しそうな星がある。それはオリオン座にある地球から600光年離れたベテルギウス。
 爆発しそうだというものの、明日爆発するかも知れないし1万年後かも知れない、というオーダーでの話。
 ベテルギウスが爆発すると、ニュートリノの観測数がスーパーカミオカンデで2500万個/秒、人体でも50個/秒あると言われる。

 しかし待っていてもなかなか爆発しないので、過去の超新星爆発を観測するという方向でスーパーカミオカンデを改造するそうな。

2.重力波の話。
 アインシュタインが一般相対性理論で重力波が真空中を伝わるとのことを導く。
 それが2016年2月11日(現地)に発見される(アメリカ LIGO)。
 連星ブラックホールの合体による重力波を観測した。
 13億年先で太陽の36倍の質量と29倍の質量をもつブラックホールが合体し、太陽の62倍の質量をもつブラックホールになった。そして太陽の3倍の質量分が重力波になって放出されたとのこと。

 重力波は観測がかなり難しい。
 地球と太陽の距離は1億5000万キロメートル。そこを重力波が通過するとその距離が水素原子1個分くらい変わる。そのレベルの観測を地上の施設で行うのは至難の業。

 重力波望遠鏡は同じ距離の光を通すパイプを90度の角度の方向に作り、光を分岐させて、その先の鏡で反射させて元のところへ戻ってくるタイミングを見てゆがみがあるかを測定し、重力波が通過したかどうかを観測する。

 感度を上げるために現在できることをすべてする。
 施設を地下に建設し、真空にする。鏡を防振のために吊るし20Kに冷却する。
 鏡はサファイアでできており、直径22僉厚さ15僉23kg。
 サファイアでできている理由は極低温で最も性能がいいから。
 研磨も原子レベルの平滑さで行う。

3.重力波天文学。
 重力波で観測する対象。
 ブラックホール連星。
  今回の重力波の発見で新たな謎が。
  今回の合体したブラックホールの元の質量がこれだけ大きかったのはなぜか。
 中性子星連星。
  金やプラチナの生成のメカニズムがわかるかも。
 超新星爆発。
  ニュートリノと重力波の観測でさらに詳しい観測ができる。

まとめ。
 宇宙には光だけでは観測できないことがある。
 そこで、ニュートリノや重力波は大切になってくる。
 KAGRAは2019-2020に観測を始めたい。
 これからの研究に期待して欲しい。そして興味があったら研究に参加して欲しい。


 おまけ。
2017031908市民科学講演会「宇宙と素粒子の新しいトビラをひらく」2
 玄関に掲げられていた看板。

2017031909市民科学講演会「宇宙と素粒子の新しいトビラをひらく」3
 阪急石橋駅の階段の横に大きく「物理学会」と書かれた紙。
 駅の西口を出ると看板を持った人が。
 要所に人を配置していて、地図を見ずに到着できた。
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2017022101宇宙は縦・横・高さだけなのか?@アートエリアB1。1

<宇宙は縦・横・高さだけなのか? 〜超ひも理論と高次元の世界〜>
 2017.2.21
 19:00-20:00
 アートエリアB1
 大阪市北区中之島1-1-1 京阪電車中之島線なにわ橋駅 B1コンコース

 ゲスト:橋本幸士さん (大阪大学大学院理学系研究科教授)
 カフェマスター:若林魁人さん(大阪大学大学院基礎工学研究科)、近藤成美さん(大阪大学大学院理学研究科)

 カフェマスターの挨拶後、橋本幸士さんの登壇。

 橋本教授の著書を漫画化した、「マンガ 超ひも理論をパパに習ってみた。〜天才物理学者・浪速阪教授の70分講義〜」のイメージPVを見る。
 マンガの絵に音楽を付けて仕上げている。歌も入ってなかなか本格派。

 PVを見終わり、話が始まる。

 縦、横、高さは例えば直方体の体積を求めるときに公式に出てくる。
 直方体の体積=縦×横×高さ
 そう計算すればうまくいく、世の中で使うのには支障がない。

 しかし、縦、横、高さとは何だとは問わない。
 それを考えるのが理学部。
 この様にすぐには何の役にも立たない(実用性がない)ことを考える学部が理学部。

 そして本題の「超ひも理論」についての話が始まる。

 超ひもで世界ができていると考えると、
 1)世の中の仕組みがわかる。 2)最大の謎:重力がわかる。

 1)世の中の仕組みがわかる。
 現在見つかっている素粒子は17種類。その素粒子が「超ひも」でできていると考えてみる。
 ちなみに「素粒子」とは人類が知る最小構成物のこと。

 ここで「光子」(光)について考える。
 光子が(開いた)超ひもであるとすると、超ひもは振動することができるので偏光を説明できる。
 ただし、これは未検証である。

 2)最大の謎:重力がわかる。
 「重力」は(閉じた)超ひもであると考えてみる。

 開いたひも(光)が下から上へ移動するときの軌跡はある曲面になるが、それを縦に輪切りにすると閉じたひもが現れる。
 この輪切りの断面の形状の閉じたひもを考えるとこの輪切り方向と垂直に移動した軌跡もこの曲線になる。
 このように開いたひも(光)も閉じたひも(重力)も同じもので解釈が違うと考えられる。
 ひもの移動の方向も違う次元で考えられるので光は異次元重力だと考えることができる。
 量子力学で粒子と波の二面性があるのと同様に光と重力も同じものを見ていると考えられるかも知れない。
 ただしこれは未検証である。

 ここで少し話題が変わって、二次元小説の話。
 橋本先生が考え、話題となった何通りにも読める小説。
 今日はこれの短いバージョンで二次元俳句(二次元川柳)を作ってみよう。
 と四角い枠が書かれた紙を渡される。
 しばらく時間を取って二次元俳句を作る。
 有志の参加者の作品の発表。私は完成できなかった。
 最後の5文字がうまく合わず。残念。

 話は戻る。
 素粒子17種類を円形に並べた図。
 隣同士は引っ付くことができるなど、ある規則で並べられている。
 宇宙のすべてを記述する数式である「素粒子の標準模型の作用(1967-2012)」
 まだこれは完全ではなく、これで説明できないことを説明しようとしているのが超ひも理論である。
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 超ひも理論(超弦理論)を知ったのは20年程前、何となく英語の本を読んでみようということで「HYPERSPACE」と言うタイトルのペーパーバックを購入して読んだ時だった。
 結局全部は読み通せずに本もどこにあるのやらわからなくなってしまった。

 素粒子を粒子(点)ではなくてひも(弦)と考えることでいろいろなことが説明できるとのことで、なんかすごいなあと(語彙力貧困)。
 それで世界は時間を含めて4次元だと思ってるけど、11次元じゃないかとかいう話だった。
 SFよりもSFしているような感じでワクワクしたものだった。

 こういうわからないけどワクワクさせるものっていい。

 講演で聴いた、光と重力が表裏一体だっていう話はとても面白い。
 点よりもひもの方がいろいろな機能を持たせられるのでこの様なこともできるんだな。

 この世界がどのようにできているのかなんて知らなくても生きていけるけど、そういうことを研究している人もいる。超ひも理論を研究している人の数はパンダの数ほどだという。

 宇宙のすべてを記述する数式である「素粒子の標準模型の作用」については以前、■青い地球はてのひら。(2016.11.12)にて参照した橋本先生が講演している光景をツイートしたものを見かけたのが最初の遭遇。
 そしてここから巡音ルカ「into the BRANEWORLD.」(kvold)につながったのが面白い。

 最後にギャラリーについて。
2017022102宇宙は縦・横・高さだけなのか?@アートエリアB1。2
 京阪電車中之島線なにわ橋駅。ここを降りて少し行くとギャラリースペースがあります。
 ここで行われていた講演会には何度か来たことがある。
 そう言えば地域猫の講演もあったな。
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