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宇宙背景放射でみる量子宇宙のゆらぎ

高校1年生 宇宙背景放射については少し知っていましたが、偏光や最新のGB望遠鏡について新たに知ることができたので、宇宙に対する興味が更に高まりました。
高校1年生 京都大学への入学したい気持ちと宇宙への愛も高まりました。
高校2年生 先生の面白い講義のおかげでビッグバンやCMBなどに興味を持つことができました。
高校2年生 特許を2つも取得したり、その技術を駆使した望遠鏡を作っておられることにすごく関心を持ちました。これからも研究を続けて宇宙背景放射の最先端で頑張って下さい!
高校2年生 理系の中でもとても特殊な話でしたので、とても貴重な体験ができたと思いました。進路を考えるときに、役立てるようになる可能性もありますので、とても良かったです。
高校1年生 話は難かしかったけど、宇宙観そくに熱意がものすごくあるのが伝わりました。宇宙にとても興味が持てました。
高校1年生 宇宙のことについてよくわかり、考えがまた変わりました。
高校1年生 原子・分子の話しとかでてきて難かしかったが聞いててたのしくなった。
高校1年生 とても面白い講義をありがとうございました。
高校1年生 目に見えない小さな小さな波で宇宙の、それも何十億年も前のすがたが分かるとは思っていませんでした。
高卒生 つたない質問にもお答えいただきありがとうございました。ますます宇宙素粒子論の関心が深まり目指すきっかけになりました。
高校1年生 話はまだ1年だったので難しかったですが、中学生の時に少しだけやったような気がして、その時の話も思い出せましたので、話も理解できました。ありがとうございました。
高校2年生 ビックバンの性質を知れて面白かったです。ありがとうございました。
高校1年生 宇宙を様々な方向から考えることが楽しかったです。
高校1年生 今まで知らなかった宇宙に関しての講演でとても興味深かったです。
高校2年生 宇宙はすごい。
高校3年生 導入がわかりやすかったです。難しい内容だけれども、かみくだいて頂けたので何とか分かったと思います。
高校1年生 基礎から詳しい専門的な知識まで教えていただきました。
高校1年生 宇宙の部分は、好きですが、あまり理解できなかったので、また調べてみようと思いました。
高校1年生 ありがとうございました。
高校1年生 ありがとうございました。
高校2年生 とてもわかりやすくてよかったです。
高校1年生 むずかしかったが、よく分かった。
高校1年生 よかった。
高校1年生 講義ありがとうございした。
高校1年生 難しい話だったけれど面白く興味が持てた。
高校1年生 面白かったです。
高校2年生 良かったです。

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関心ワード
  • 宇宙の誕生 、
  • 素粒子物理学 、
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  • 観測 、
  • 大統一理論 、
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  • 重力 、
  • 量子力学 、
  • インフレーション(宇宙) 、
  • 宇宙

講義No.g009871

宇宙初期の爆発的な膨張を明らかにする「宇宙背景放射」

宇宙初期のインフレーションと宇宙背景放射

 宇宙のはじまりでは、高温、高密度の高いエネルギー状態にあった宇宙が、爆発的に膨張したと考えられています。これをインフレーション理論といいます。高温の状態で発せられた光は、宇宙膨張によって波長が伸びます。この光は「宇宙背景放射」と呼ばれ、今でも宇宙に残っていて、地球にも降り注いでいます。それを観測することで、宇宙のはじまりにおける宇宙の密度を計測することが可能です。その密度は均一ではなく偏りがあり、これは量子力学の「量子ゆらぎ」としてとらえることができます。したがって、宇宙のはじまりは量子力学で考察することが可能です。

宇宙形成の核となる量子ゆらぎ

 量子ゆらぎがあるとそれが核となって、宇宙の長い歴史の中で重力によって塵(ちり)などが凝集(ぎょうしゅう)して星が形成されます。星が集まれば銀河ができ、さらに銀河団が形成されます。現在の宇宙の形成には、量子ゆらぎがあることが必須なのです。
 観測は、超電導技術を搭載した高性能な電波望遠鏡で行われます。この望遠鏡は、水蒸気と酸素を嫌うため、標高5000mにあるチリのアタカマ高地などに設置されています。観測データを分析すれば、宇宙の膨張によって、どの時期にどの程度のスピードで宇宙が引き離されたかがわかります。そこから、それに費やされたエネルギーも算出することができます。

物理学理論の重要命題を実験で証明

 インフレーション理論は、理論的にも観測事実としても、証明されているわけではありません。しかし、宇宙背景放射の観測によって、インフレーションの事実が明らかになれば、証明されたことになります。また、これまで困難とされてきた重力の量子化の証明にもなります。さらに、地球上では宇宙の初期にあった高エネルギー状態を再現することはできませんが、観測で宇宙の初期に、素粒子物理学でいう大統一理論のエネルギースケールが存在したことが明らかになります。物理学理論の重要な命題の証明にもつながるのです。

参考資料
1:宇宙と物質創成の「痕跡」を観測する実験研究
この学問が向いているかも 宇宙物理学、素粒子物理学

京都大学
理学部  准教授
田島 治 先生

メッセージ

 私は、宇宙と物質の創成について、実験的に研究しています。宇宙のはじまりを理解すれば、私たちを形作っている物質がどのようにして生まれたかを明らかにすることができます。
 高校生の頃に、宇宙のはじまりに興味を持って、科学雑誌を読み、わからないことをわかりたいと思ってどんどん追究していたら今の位置に来ていました。そして、まだまだわからないことばかりなので、研究を続けています。あなたも、何かに興味を持ったら、それをとことん追究してみてください。

先生の学問へのきっかけ

 高校1年生で科学雑誌を読んで「宇宙のはじまり」に興味を持ち、物理の授業が面白くてのめり込み、大学院では素粒子物理学の道へ進みました。その後、スーパーカミオカンデ近くのカムランドでのニュートリノの研究、つくば市の巨大な加速器での研究を経て、もっと高いエネルギースケールの研究がしたくなりました。宇宙は誕生の時に遡るほど高いエネルギー状態になります。最終的に、宇宙誕生初期からの微弱な痕跡を見る実験こそが、究極の高エネルギー実験であると再認識し、現在の専門分野「宇宙背景放射の観測研究」に飛び込みました。

大学アイコン
田島 治 先生がいらっしゃる
京都大学に関心を持ったら

 京都大学は、創立以来築いてきた自由の学風を継承し、発展させつつ、多元的な課題の解決に挑戦し、地球社会の調和ある共存に貢献するため、自由と調和を基礎にして基本理念を定めています。研究面では、研究の自由と自主を基礎に、高い倫理性を備えた研究活動により、世界的に卓越した知の創造を行います。教育面では、多様かつ調和のとれた教育体系のもと、対話を根幹として自学自習を促し、教養が豊かで人間性が高く責任を重んじ、地球社会の調和ある共存に寄与する、優れた研究者と高度の専門能力をもつ人材を育成します。