【感想】重力とは何か　アインシュタインから超弦理論へ、宇宙の謎に迫る

わからないけどこういうことがわずか１００年で理論と実証が進んだっていうのはすごいことだなあ。

重力といえばニュートンのリンゴだろう。一般には地球とリンゴが引っ張りあ合ってると考える。他の引力でわかりやすいのは磁力だがこちらは引力だけでなく斥力も働く。電磁波がその力の元だがこれは波と粒子の双方の…性質を持っている。重力も同じように何らかの粒子が関連しているだろうと言うのがヒッグス粒子発見のスタート地点だ。重力の不思議は電磁気力と違って遮蔽できないこと。金属の箱の中では電磁波の遮蔽効果が働くが重力はとにかく質量と距離で決まる。質量は何かというと動かしにくさである。有名なE=MC²の式はエネルギーは質量x光速の二乗に等しいと言う式だが、同じ大きさで質量が大きい物はより動かしにくく潜在的には大きなエネルギーを持っている。高い所にあるものは重力エネルギーを持っていて落ちると音や熱に少しエネルギーを使って位置エネルギーを減らす。実はそのとき減ったエネルギー分だけ実際に質量が減っているらしい。知らなかったです。C＋O2=CO2 炭が燃えて二酸化炭素ができるときに熱と光が出る。結合エネルギーの差で説明でき式の左右で質量は一般的には変わらないとしているが、ここでも実は少し使ったエネルギー分だけトータルの質量が減るらしい。

ここで出て来たC光速に一度話が飛ぶ。光速は一定だといえばふーんそうで終わりなのだが日常的なスピードと比べると異常なことがわかる。例えば６０Km／hで走る電車から１００Km／hのボールを投げると受け取る側には１６０km／hになる。当たり前である。では超音速のロケットから発した光と停まってる人が発した光はどちらが速いのか、答えは同じ。これを説明したのがアインシュタインの特殊相対性理論で１９０５年アインシュタインの奇跡の年にベルンの特許局で働きながら仕事の間に研究し発表した。同じ年に量子力学の基礎になる光量子仮説、光が波と粒子の性質を併せ持つと言う仮説、そして原子が存在することでブラウン運動を説明できる理論を発表し１９０７年に得たアイデアで重力を説明しようとする。例えば加速する際に後ろに体が引っ張られる、これが重力そのものだと言うアイデアである。

同じ質量の２つの球を同時に落とすことを考えてみる。縦に並べたとき下に有る方が地球との距離が近く速く落ちる。横に並べた場合は同時に落ちるがもし地面で停まらないと想像するとどんどん地球の中心に近づき２つの球の距離は近づく。つまり重力は縦に引き延ばし、横に押しつぶす力が働いていることになる。これが地球サイズで働いているのが潮の満ち引きだ。ちゃんと理解できてないので説明をすっとばすが重力は空間をゆがめる力とも言える。

光速の話に少し戻る。移動していても停まっていても光速が一定だと言うことを説明するためにひりだした答えは動いている物体の中では時間が遅れると言う非常識なものだった。しかし実際に時間は遅れており人口衛生はこの遅れを補正してGPSがちゃんと働くようにしている。重力は空間をゆがめ、移動は時間をゆがめている。ここから時間、空間、重力の話が一緒くたになってくる。重力が空間をゆがめる証拠はブラックホールの観察から出て来た。ブラックホールの向こうにある星からの光は空間がゆがめられたために曲がる。なんと２点間に複数の直線が引けるようになってしまう。

ブラックホールの話も満載である。ブラックホールは大きな星がつぶれどんどん密度がましていったもの。地球から飛び出すロケットには重力に打ち勝つ脱出速度が有るがブラックホールからの脱出速度は光速を超え光も脱出できなくなる。ブラックホールでは空間だけではなく時間もゆがみ近づくほど時間の流れが遅くなる。ブラックホールから地球宛に毎日メールを送ると毎日送っているはずがだんだん届くまで時間がかかるようになりやがて届かなくなる。空想の望遠鏡でロケットを見ると近づけば近づくほど猛スピードで落ちて行くのだが時間の流れが遅くなるため外からは近づくほどに動かないように見えてしまう。もう一つの面白いエピソードは宇宙はものすごいエネルギー量であふれているのになぜ真っ暗なのかということ。宇宙の膨張速度が光速を超えているため光が届かないということらしい。

最後に重力を司る粒子を探るためにミクロの世界に話が移る。最近では陽子や電子はもっと小さい粒子からで来ていることや反物質（プラス電荷の反電子やマイナス電荷の反陽子）の存在なども明らかになって来ている。真空中から粒子と反粒子がぽこっと生まれ、ぶつかって消滅する。さあとうとう手に負えなくなってきました。（笑）

重力を司るヒッグス粒子を説明しようとすると次元が10次元まで必要だそうだ。時間と空間は同じように扱うのでこれで４次元、じゃあ残りの6次元をどうするかで出て来たのが超弦理論。さあわからない（笑）続きを読む

重力理論から最先端の超弦理論までを易しく解説した本

本書は、重力理論から最先端の超弦理論までを易しく解説した本です。

私のような一般の人々が、宇宙の成り立ちを巡る物理学の最先端の研究がどうなっているかを知るのに適した本だと思います。

私たちが身近に…感じる重力。

その重力はニュートン力学によってその物理法則が明らかにされていますが、そこを出発点にしてアインシュタインの相対性理論までの古典物理学と、現代物理学の量子力学を俯瞰し、相対性理論と量子力学を融合しようという最先端の超弦理論までが解説されています。

重力という身近な力の研究が、超弦理論という最先端の科学につながり、それが宇宙の謎の解明に迫っているエキサイティングなものだと知り、非常に面白かったです。

私たちが教育の場で習うのは、ニュートン力学、マクスウェルの電磁気学、アインシュタイン理論、量子力学といった確立された学問です。

しかし、超弦理論は「これから」の理論です。

『本書をきっかけにこの世界に興味をもたれたら、ぜひ、今後の成り行きにも注目してください。（中略）。それが（＝超弦理論）が進歩し、世界を説明する「究極」の理論に近づいていくのを同時代人として見る。あるいは、自ら研究者としてその当事者となってもいいでしょう。』

と著者の大栗博司氏も言うように、あらたな物理学の領域を切り開く理論に私たちは立ち会うことができるかもしれない、そう考えると心が躍ります。続きを読む

「超弦理論」「ヒッグス粒子」について、なんとなく分かった気になれる

ヒッグス粒子の本を読んだとき同様、「さっぱり分からない」というのが読み終えた第一印象です。この内容を一読で理解できるほど私の頭はよくありません。
けど、すっごく面白かった。
特に「超弦理論」「ヒッグス…粒子」について、なんとなく分かった気になれたのは大きな収穫でした。
そして、先日お亡くなりになった南部陽一郎氏が、現代の天才だったことを改めて痛感しました。
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トポロジカルな弦原理を開発した著者

超弦原理にトポロジカルな考え方を導入し、ホログラフィー原理のきっかけを作った著者ならではの話が読める。
そうでなくても、著者が変われば内容も新しい見識が広がることを認識した。とにかく面白い。

量子論と相対論が融合すると…。

どうなるかというと大事な物理法則がさっぱりしてしまうらしいです。
相対性理論の歴史的背景もブラックホール論争も科学が好きな人間には既知のことかもしれませんが、先端物理の現場で活躍している教授の隠れた…さりげない専門知識に唸ります。
既知の計算モデルを超えたところにある弦理論。
果たして物理学に終わりはあるのでしょうか?
弦理論の正誤が実証される日もそう遠くないのかも?
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