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zoom RSS 「ga092_観測的宇宙論入門」Week 2 受講感想

<<   作成日時 : 2018/02/04 00:01   >>

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ga092_観測的宇宙論入門の2週は「ビッグバン宇宙論」でした。テストを勘違いして1問間違えてしまいました。ちょっと悔しいですね。

さてシラバスは

Week 2 ビッグバン宇宙論

 2-1. ビッグバン宇宙論の観測的基礎
 2-2. フリードマン宇宙モデル
 2-3. ハッブルの法則
 2-4. ビッグバン宇宙論と定常宇宙論
 2-5. 宇宙マイクロ波背景放射
 2-6. インフレーション理論

知らない内容ではありませんでしたが、「インフレーション理論」は以前より理解が深まったと思います。

となっており 

「2-1. ビッグバン宇宙論の観測的基礎」では
 @宇宙は膨張している A2.7K黒体輻射 B軽元素の存在比率
 がビッグバン宇宙論の観測的基礎という説明が成されます。
 つまり、昔は小さかった、昔は熱かった、軽元素の存在比率がビッグバン理論と一致

「2-2. フリードマン宇宙モデル」では
 アインシュタイン方程式をフリードマンが解いた方程式を説明。
 アインシュタインは宇宙が静止しているように宇宙項Λを導入。
 しかし、フリードマンはこの式は不安定であることをしめす。
 →ハッブルの観測結果と合致
 アインシュタイン:人生最大の失敗
 (今回の講義では語られませんでしたが、現在この宇宙項Λは完全に否定された訳ではありません)
 フリードマンモデルの3つの振る舞い、直線的膨張、ゆっくり膨張、ビッククランチにいたる
 ここで、私が「宇宙項付きのフリードマン方程式」の誤りをディスカッションに指摘すると、講師の岡村先生がすぐに対応されて訂正されました。学者・教育者として非常に誠意のある方だと思いました。ありがとうございます。

「2-3. ハッブルの法則」では
  についての説明です。
 「@宇宙は膨張している」という証拠ですね。
 ここで驚いたのは、ルメートルが先行して比例関係とハッブル定数を求めていたという事実でした。
 初めて知りました。

「2-4. ビッグバン宇宙論と定常宇宙論」では
 ハッブルの法則に基づいた「@宇宙は膨張している」という事実から「ビッグバン宇宙論」と「定常宇宙論」という2つの宇宙モデルが想定されました。1950年代以前に測定されたハッブル定数の逆数から求められる宇宙年齢よりも地球の歴史が古く、矛盾するため、当初「定常宇宙論」が優勢だったが、ハッブル定数の測定精度の向上と「A2.7K黒体輻射」から、最終的に「ビッグバン宇宙論」の勝利となりました。
(定常宇宙論のフレッドホイルってSF作家でもあって、昔「10月1日では遅すぎる」という作品を読んだ記憶があるけれど、内容は忘れてしまった。。)

「2-5. 宇宙マイクロ波背景放射」では
 前項で説明してあるペンジアス・ウィルソンの発見物語とその発見結果がプランクの黒体輻射と合致し、2.7Kの宇宙マイクロ波背景放射の存在を提示したことを説明。
 のちCOBE衛星などの精度の高い測定では完全に一様ではなく、微小ではあるが「ゆらぎ」があることが判明。その後、COBE→WMAP→Planck などによりさらに精密な測定を行い、この温度ゆらぎから宇宙の構造が明らかになってきたとのことです。
 さて、「ビッグバン宇宙論」を始めに唱えたガモフ等は熱い火の玉が膨張していく過程で、様々な元素が出来ると説明していましたが、どうも初めの3分間でBe以下の軽元素が出来て、それ以上に重い元素は宇宙温度と密度が低下して発生しないことが判明。 (実際に重い元素は存在するので、それはどこで出来たか?という疑問は今回の講義では説明されませんでした。星の内部で生成されたことは知っています。。)その軽元素の存在比率が理論と測定値がほぼ一致。(7He/1H は一致していないという問題はある)

「2-6. インフレーション理論」では
 ビッグバン宇宙論の問題点:
 (1)なぜ熱い火の玉から始まったのか?
 (2)なぜ宇宙マイクロ波背景放射は一様か?(地平線問題)
 (3)宇宙構造はどのようにしてできたか?
 (4)なぜ現在の宇宙は平坦か?(平坦性問題) 
 (5)なぜ反物質が存在しないのか?
が説明され、それがアラン・グース氏と佐藤勝彦東大名誉教授がほぼ同時期に発表した「インフレーション理論」で(5)以外は次のようにほぼ解決されるとのことでした。
 (1)→「真空の相転移」でエネルギーが発生
 (2)→インフレーション後には因果関係が無いほど離れて見えるが、インフレーション前には因果関係があるほど近かった
 (3)→宇宙大規模構造の種 (量子論的なゆらぎ )
 (4)→ もとの宇宙がどんな曲率を 持っていも、インフレーションの 過程で、大きく引伸ばされてその一部だけ見ると平坦に見える

今回の講義では「2-6. インフレーション理論」の内容の多くが、私の疑問に答えてくれました。

それから宇宙図の紹介もありました。

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