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takahashicleaning · 5 months ago

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ＴＥＤにて

シェパード・ドールマン：歴史的なブラックホール画像の舞台裏

（詳しくご覧になりたい場合は上記リンクからどうぞ）

5500万光年離れた銀河の中心に、太陽数十億個分という超大質量ブラックホールがあります。

史上初めて、その姿を見ることができます。

「イベント・ホライズン・テレスコープ」チームのリーダーである宇宙物理学者シェパード・ドールマンが、TED��クリス・アンダーソンを相手に、ブラックホールの初の画像と、その撮影のための壮大な世界規模の努力について語ります。

インターネットとエクサフロップクラスのコンピューターがなければ実現しなかった方法です！

必見です！

映画「インターステラー」では、超大質量ブラックホールの姿を間近に見ることができました。

(クリス・アンダーソン) 来ていただきありがとうございます。飛行機が、バンクーバーに着いたのが、文字通り２時間前でした。本当にありがたいです。アインシュタイン方程式から、どうやって、ブラックホールの存在が示されたのか？説明していただけますか？

(シェパード・ドールマン) 百年以上前にアインシュタインは、空間が歪むという幾何学的な重力理論を見出しました。物質は、時空を歪め、一方で、時空は周辺にある物質の運動を決定します。ごく小さな領域に大量の物質があると時空に穴ができて光さえ抜け出せず、重力が光を閉じ込めるようになります。

(アンダーソン) つまり、地球が、太陽の周りを回るのは、太陽が地球を引っ張るからではなく、空間の形が変わっているからで、地球は太陽の周りをいわば落ちているのだと。

(ドールマン) ええ。時空の幾何学が、太陽の周りで、地球がどう動くかを決定しているのです。ブラックホールが、まさに時空に穴を開けようとしていますが、すごく深くなった時に光がブラックホールを周回するようになります。

(アンダーソン) それが、ここで起きていることなんですね。これは写真ではなく、ブラックホールの周りの事象の地平面をコンピューターでシミュレーションしたものです。

(ドールマン) 先週まで、ブラックホールが本当のところどう見えるのか分からず、スパコンでシミュレーションするのが、せいぜいでした。ここでも光の輪が見えますが、これはフォトンの周回軌道です。フォトンが、ブラックホールの周りを動き回っていて、そこに高温のガスがあり、ブラックホールに引き寄せられています。

高温なのは摩擦のせいです。多くのガスが、小さなところに入ろうとして熱くなるんです。

(アンダーソン) 数年前にブラックホールの写真を撮るというミッションに着手されたわけですが、遙か遠くにあるこの銀河に的を絞りました。この銀河について聞かせてください。

(ドールマン) ズームしていくと思いますが、これはM87という銀河で5500万光年離れています。

(アンダーソン) 5500万光年！

(ドールマン) 遠くです。その中心に太陽の65億倍の質量を持つブラックホールがあります。ちょっと想像しにくいですが、65億個の太陽が１点に凝縮されているのです。それが、この銀河の中心のエネルギー論を支配しています。

(アンダーソン) それほど巨大なものでも、すごく遠いので、その姿を捉えるのは難しいことでしょう。すごい解像度が必要になります。

(ドールマン) ブラックホールは、既知の宇宙で最も小さな存在ですが、銀河全体に大きな影響を及ぼします。それを見るためには、地球��どの大きさの望遠鏡が必要になります。私達が見ているブラックホールは、おびただしい電磁波を絶えず発しています。

(アンダーソン) その地球サイズのを作ってしまったと。

(ドールマン) その通りです。私達は、世界各地の望遠鏡を使い、原子時計で完璧に同期させ、ブラックホールからの光を捉え１枚の画像にするためにすべてのデータを貼り合わせました。

(アンダーソン) そうするためには、すべての望遠鏡の場所で同時に天気が良くないといけませんね。同時に天気が良くないといけませんね。

(ドールマン) 私達は、様々な面で幸運に恵まれる必要がありました。時に優れていることより幸運の方が重要なこともあります。私達は、両方だったと思いたいですが、ブラックホールから光が来てもらわねばなりません。銀河間の空間を通り、地球の大気を通りますが、水蒸気に吸収されたりします。

すべてがうまく噛み合いました。あの光の波長１ミリの波長で5500万光年離れたあのブラックホールが、見える解像度を得るには、地球はちょうど良い大きさだったんです。どうすれば良いのか？宇宙が教えてくれてるかのようでした。

(アンダーソン) そして、膨大なデータを捉え始め、これは、１つの望遠鏡から得たデータの半分だとか。

(ドールマン) 彼は、チームのリンディ・ブラックバーンで、メキシコの標高4600メートルの山の上にある、大型ミリ波望遠鏡で記録したデータの半分を前にしています。0.5ペタバイトあって、みんなに分かる言い方をするなら、5000人の一生分のセルフィーが入る容量です。

(アンダーソン) 大量すぎて、帯域の広いインターネットでも送れず、ディスクを配送したのだとか。すべてのデータが、１箇所に集められ、コンピューターによる解析作業が行われましたが、そこから何が出てくるのか。本当のところ分からなかったんですね。

(ドールマン) 私達の使った手法は、いわば、CPU製造のように、鏡を規則正しく粉々にして、それぞれの破片を別な場所に置くようなものです。普通の鏡なら光は完璧な表面で反射して１点に同時に集まります。私達は、原子時計の精度で、それぞれの記録を取り、あとで、スパコンを使って完璧に時刻を揃え再現しました。

そうやって、地球サイズのレンズを作り出したんです。データを運ぶ唯一の方法は飛行機でした。ハードディスクで満杯の747に勝てる回線はありません。

(アンダーソン) そして、何週間か何ヶ月か前。コンピューターの画面に現れ始めたわけですね。この瞬間が。

(ドールマン) だいぶ時間がかかりました。

(アンダーソン) ご覧ください。これです！これが初のブラックホールの画像です。

これが何か説明していただけますか。

(ドールマン) 今だ感動を覚えます。

ご覧になっているのは。フォトンの最後の軌道です。アインシュタインの幾何学が姿を見せています。時空の穴があまりに深く光が周回しています。この後、出てくると思いますが、ブラックホールの裏側の光が回り込み、あの軌道のところで平行線になってこちらへやってくるんです。あの軌道の半径は、27の平方根に基本物理定数をいくつかかけたものです。考えるとすごいことです。

(アンダーソン) ブラックホールというとあれが事象の地平面で、大量の物質があり、光があの形で回っているのかと思っていましたが、実際はもっと複雑なんですね。このアニメーションで説明してもらえますか？周りで光がどう曲がるのかというのを。

(ドールマン) 後ろから来る光のあるものは、レンズのように曲げられ、あるものは、ブラックホールの周りを一回りします。ブラックホールの周りを回る高温のガスが発する光が、十分にあれば、その光線が、このスクリーンに集まり、これは私達の代わりですが、このリングが姿を現し始めます。

アインシュタインが百年以上前に予言していたものです。

(アンダーソン) すごいものですね。ここで見ているものについて、もう少し伺いたいんですが、なぜ他より明るい部分があるんですか？

(ドールマン) このブラックホールは回転しているんですが、下側では、ガスが私達に向かっていて、上側では遠ざかっています。近づいてくる列車の汽笛が高音になるのと同じように、こちらに近づいてくるガスは遠ざかるガスよりもエネルギーが高くなります。

下側が明るくなっているのは、光がこちらに向かって後押しされているからです。

(アンダーソン) どれくらいの大きさなんですか？

(ドールマン) 太陽系が、すっぽりあの暗い部分に納まります。あの暗い部分が、事象の地平面の存在を示す形跡で、あそこからの光が見えないのは、あそこから来る光は事象の地平面に飲み込まれてしまうためです。つまり。そういうことです。

(アンダーソン) ブラックホール周りからは膨大な光が噴出し、それが、こちらに向いているはずですが、なぜ、それが見えないのでしょう？

(ドールマン) これは、非常に強力なブラックホールで宇宙的な基準では、そうでもありませんが、ブラックホールの北極と南極からは、ジェットが出ていると考えられています。

ジェットの構造全体を見るには、近すぎるんですが、この時空を照らしているのは、そのジェットの根本の部分です。それがブラックホールの周りで曲げられているんです。

(アンダーソン) あの周りを回る宇宙船に乗っていたら、一周するのにどれくらいかかるんですか？

(ドールマン) まず、その宇宙船に乗れるんだったら、私は何だって差し出します。

どうか乗せてください。ちょっと大ざっぱになりますが、最内安定円軌道と呼ばれるものがあって、物質がブラックホールに落ち込まずに周回できる一番内側の軌道ということですが、このブラックホールの場合。３日から１ヶ月の間です。

(アンダーソン) すごく強力であり、あるレベルでは、奇妙に遅くもあるんですね。自分がそこにいたら事象の地平面に落ちているのに気付きもしないというのは。

(ドールマン) 「スパゲッティ化現象」というのを聞いたことがあるかもしれません。ブラックホールに落ちていくとき、足の位置での重力場が頭の位置での重力場よりずっと強くて引きちぎられてしまうことですが、このブラックホールは、とても大きいため、スパゲッティになることはありません。事象の地平面を通っていくだけです。

(アンダーソン) 巨大な竜巻のようなものですね。ドロシーが竜巻に飲み込まれたときは、オズの国に辿り着きましたが、ブラックホールに落ちたらどこに行き着くんでしょう？

(ドールマン) バンクーバーですかね。

(アンダーソン) うわー目が回る。

これはあの赤い部分だったんですね。いや真面目な話。

(ドールマン) ブラックホールは、現代の大きな謎で、量子の世界と重力の世界が交わるところです。中にあるのは特異点です。すべての力が統一されます。重力が他の力に負けないくらい強くなるからです。でも、それは私達から隠されています。宇宙は、究極の見えないベールで覆っているのです。そこで、何が起きているのかは分かりません。

(アンダーソン) 我々の銀河系にも小さなのがあります。私達の美しい銀河を出してもらえますか？この天の川の真ん中にも、別のブラックホールがあって、それを見付けようとしているそうですね。

(ドールマン) そこにあることは分かっていてデータも取っています。今、そのデータに取り組んでいるところです。いつとは言えませんが、遠からず何か得られると期待しています。

(アンダーソン) ずっと近くにあるけど、ずっと小さいので、見た目の大きさは同じくらいなんだとか。

(ドールマン) そうです。先ほど見たM87のブラックホールは、太陽65億個分の質量があります。でも、遠くにあるので、小さく見えます。我々の銀河系の中心にあるブラックホールは、質量は、千分の１ですが千倍近くにあります。だから、空に同じ視野角で見えるんです。

(アンダーソン) 最後に素晴らしいチームの人々を紹介してもらいましょうか？彼らは誰なんですか？

(ドールマン) これはチームの一部です。ブラックホールの写真への反響には驚いています。

新聞の一面トップになるぞ！と言われたら信じなかったと思いますが本当になりました。これは大いなる謎であり、心を掴まれます。みんなにもそう感じてもらえたらと思います。これはチームのほんの一部で200人強のメンバーがいて、60の組織。20の国や地域からなっています。

地球規模の望遠鏡を作ろうと思ったら地球規模のチームが必要です。世界の望遠鏡を繋げるために使った手法は、私達を分断している問題のいくつかを容易に回避できます。科学者として、私達は、このようなことをやるために自然に集まってくるんです。

(アンダーソン) まったくTEDにもすごい刺激になっていますよ。あなた方の成し遂げたことと。来てくださったことに感謝します。

(ドールマン) ありがとうございます。

その後、この観測による結果から、理論が現象と一致したため研究者３人。ロジャー・ペンローズ、ラインハルト・ゲンツェル、アンドレア・ゲッズが、2020年のノーベル物理学賞を受賞してます。

＜おすすめサイト＞

ファビオ・パクチ：ホーキング博士の「ブラックホール情報パラドックス」とは

ファビオ・パクチ：ブラックホールを破壊できるのか？

ファビオ・パクチ：将来、地球はブラックホールに飲み込まれるのだろうか？

スティーブン・ホーキング：宇宙に関する大きな疑問を問う！

ジュナ・コールマイヤー：銀河とブラックホールと星々の最も詳細な地図

ウェンディ・フリードマン：宇宙の誕生が見える最新型望遠鏡

背景重力波について2023

ケイティ・バウマン: ブラックホールの写真を撮影する

フェルミバブルと素粒子の偶然の一致について2022

ナターシャ・ハーリー・ウォーカー: 電波望遠鏡が知られざる銀河を解き明かす

重力子は原子核内部から生成されている？2018

コニフォールド転移とオートファジーとの偶然の一致について2016

光速度不変の原理と光速のカベを破ってる証拠のアイデア2019

アンドレア・ゲッズ：超大質量ブラックホールを探す！

重力波のデータ観測に成功。世界初

インターステラー(字幕版)

ジャダイダ・アイスラー：私が深淵なる宇宙に魅了され、超巨大ブラックホールの虜となるまで

ダークマターとダークエネルギーは、ブラックホールのことかもしれないというアイデア2022

＜提供＞

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anamon-book · 9 months ago

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言語道断! ホーキング青山自伝ホーキング青山情報センター出版局装幀＝神崎夢現、カバー写真＝日向泰介

#言語道断! ホーキング青山自伝 #言語道断!#hawking aoyama #ホーキング青山 #神崎夢現 #日向泰介 #anamon #古本屋あなもん #あなもん #book cover

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quotejungle · 2 months ago

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「知識の最大の敵は無知ではなく、知識の幻想である」— スティーブン・ホーキング

あらゆるウェブサイトを AI ナレッジベースに瞬時に変換 | Kevin Meneses González 著 | 2025 年 2 月 | Stackademic

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leomacgivena · 10 months ago

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子供がホーキング博士のことを「ブラックホールのスクショを撮った人でしょ」と言ってきてどういう認識になってるのか謎

Xユーザーの永田礼路🧬「螺旋じかけの海」��5巻配信中さん

#アイデア #50671

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ari0921 · 1 year ago

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「宮崎正弘の国際情勢解題」　

令和六年（２０２４）２月４日（日曜日）

　　　　通巻第８１１６号

　脳にチップを埋め込み、神経疾患や脊髄損傷患者を活性化

　　　医学界には『猿の惑星』議論はなく、患者等は「光明が射した」

＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊

　キリスト教世界らマスクへの批判は現時点では見あたらない。

　医学界からは前向きの反応が目立つ。また患者らは反対を論じる前に、手術の成功は朗報だとしている。

医学界では以前から唱えられてきた。脳にチップを埋め込むことで、障害が緩和されるとする学説は古くから説かれた。このような考え方は障害に悩む患者らに希望をもたらすものだった。インプラントは脳損傷に対する初の効果的な治療法になる可能性があると研究者らは述べ、カリフォルニア大学サンフランシスコ校のキャサリン・スキャンゴス医学博士が「脳内の腹側線条体（ふくそくせんじょうたい）部位に刺激を与えることで、うつ状態を改善することができた」としてきた。

米国だけでも、脳損傷により、500万人強が後遺症を抱えている。単純作業にも集中できず、仕事を辞めたり、学校を中退したりするケーが目立つ。

２０２４年１月２８日、イーロン・マスクの「ニューラリンク」が、人間の脳にチップを埋め込む手術を行ない、結果は良好だと発表した。

ニューラリンクは、脳に埋め込むチップや手術器具の安全性と機能性についての研究を承認されていた。「有望な神経スパイク検出」がみられた。この製品は「テレパシー」と呼ばれ、四肢が使えなくなった患者を対象にする。

「例えばスティーブン・ホーキング博士が、高速タイピストや競売人より速くコミュニケーションできることを想像してほしい。それが目標だ」とマスクは会見で述べた。

　ニューラリンクはチップを埋め込んで人の脳とコンピューターを接続する技術の開発を５年がかりで進めてきた。会社は２０１６年に設立され、初期にはサンフランシスコでオープンＡＩ社と同居していた。２０２０年には豚で実験した。

　この手術で改善されるとされる疾患は神経疾患（パーキンソン病、てんかん）が脳とコンピューターの直接的な接続によって神経信号の制御や調整が可能になり、症状の改善や管理が期待されるという。

また背髄損では、脳からの信号を電子インタフェースを介して損傷した脊髄に送ることで、運動や感覚の回復が期待され、神経精神疾患（抑うつ症、統合失調症などの神経精神疾患）も脳内の神経回路の活動を制御することによって、症状の緩和や神経の正常化が期待されるとしている。

　２０２２年二月に、実験したサルが死んだため動物虐待の疑いがでた。

カリフォルニア大学デービス校霊長類センターは実験動物の使用に疑問を呈した。新しい医療機器や治療法はすべて、人間での倫理的な試験が可能になる前に動物実験を行う必要があるが、手術後の実験猿はニコンピューターゲームを楽しみ、実際に公開された動画にはカーソルを動かす様子が映った。

ニューラルリンクの発表に先立ち、米非営利団体「責任ある医療のための医師の会」は米農務省に違反を指摘する書簡を送り、「侵襲的な脳実験で使われたサルの扱いに関連して動物福祉法の重大な違反があったとみられる」として調査を求めていた。

２０２２年５月、米食品医薬品局（ＦＤＡ）はニューラリンクによる人の臨床試験を承認し、同社は脊髄（せきずい）損傷や筋萎縮性側索硬化症（ＡＬＳ）による四肢まひの患者を募り始めた。

　臨床試験はニューラリンクが実施する「ＰＲＩＭＥ研究」の一環で、チップ埋め込みや手術ロボットの安全性を検証し、装置の機能性をテストする目的で行う。患者は脳の動く意思をつかさどる部分にチップを埋め込む手術を受ける。チップはロボットによってインストールされ、脳の信号を記録してアプリに送信する。最初の目標は、「コンピューターのカーソルやキーボードを思考だけで操作できるようにすること」と同社は説明した。

#宮崎正弘の国際情勢解題

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shigerunakano · 16 days ago

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無題

冷戦構造こそ宇宙のバグだよ。スティーブン・ホーキングの理論を越えている。

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moko1590m · 1 month ago

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2019年08月28日 07時35分ループしている宇宙の「前の宇宙の痕跡」を発見したとの研究結果著名な宇宙物理学者ロジャー・ペンローズ氏は、「宇宙は破壊と消滅を繰り返している」という説を骨子とした共形サイクリック宇宙論(CCC)の提唱者でもあります。そんなペンローズ氏と3人の宇宙物理学者が、宇宙の果てを観測したデータの中から以前の宇宙の名残が見つかったとの研究結果を発表しました。 [1808.01740] Apparent evidence for Hawking points in the CMB Sky https://arxiv.org/abs/1808.01740 Researchers Found Traces of a Previous Universe - Great Lakes Ledger https://greatlakesledger.com/2019/08/26/researchers-found-traces-of-a-previous-universe/ Unexplained shapes in the sky could be from a universe before our own, say scientists | The Independent https://www.independent.co.uk/life-style/gadgets-and-tech/news/universe-hawking-radiation-black-hole-conformal-cyclic-cosmology-a9070381.html Did Scientists Actually Spot Evidence Of Another Universe? https://www.forbes.com/sites/jesseshanahan/2018/08/24/did-scientists-actually-spot-evidence-of-another-universe/#66b461bf1425 夜空の星々が燃え尽きて消えてしまうほど長い時間が経過すると、宇宙はやがてブラックホールしかない世界になってしまいますが、ブラックホールも永遠の存在ではないと考えられています。ブラックホールの表面では、絶えずエネルギーが放出されるホーキング放射が発生しており、この現象によりブラックホールは徐々に質量を失い最終的には消滅してしまうとのこと。 by David Mark しかし、ブラックホールが消滅しても、その痕跡は強力な電磁波が観測される領域「ホーキング・ポイント」として残り続けるとペンローズ氏は考えています。しかも、ホーキング・ポイントは宇宙が終わりを迎え、ビッグバンにより新たな宇宙が始まった後も残り続けるとのこと。このことを逆説的に考えると、以前の宇宙から残り続けているはずのホーキング・ポイントを、ビッグバンの残響ともよばれている宇宙マイクロ波背景放射(CMB)の中から見つけ出すことができれば、宇宙がループしているというペンローズ氏の理論の強力な根拠となります。しかし、CMBは非常に微弱な上にノイズだらけで、しかもランダムに変化し続けるため、特定の構造を見つけるのは至難の業です。そこでペンローズ氏らは、ホーキング・ポイントが存在していると仮定したCMBをシミュレーションし、実際のCMBデータと比較しました。その結果、ホーキング・ポイントでなければ説明できないような特異な領域が20カ所も見つかりました。 CMBの中にあるホーキング・ポイントのイメージ図。 ��回の発表には、いくつか課題も残されています。例えば、ペンローズ氏が発見したホーキング・ポイントは20カ所でしたが、ペンローズ氏自身「数万カ所はなければおかしい」と認めています。今回の論文の対象になったCMBの範囲は全体の3分の1しかなかったとはいえ、20カ所というのはあまりに少なすぎるといえます。また、ブリティッシュコロンビア大学のジェームズ・ジビン教授は、対象が巨大すぎるためランダムなデータの中に一見有意な現象が見つかってしまう「どこでも効果」を引き合いに出し、ペンローズ氏らの発見は単なる偶然の産物ではないかと指摘しています。ペンローズ氏は論文の締めくくりに「CMBの偏りを分析することで特異な領域の正体が解明されれば、CCC理論の妥当性にかかわらず、宇宙論の新たな可能性が見つかることでしょう」と述べて、さらなる研究が宇宙論を発展させるきっかけになるだろうとの期待をのぞかせました。この記事のタイトルとURLをコピーする・関連記事「宇宙の終わり」について現代の物理学から予想される4つの可能性とは？ - GIGAZINE 宇宙の終わりにはいったい何があるのか？ - GIGAZINE 触れるだけで惑星が崩壊するといわれる「宇宙で最も危険な物質」とは？ - GIGAZINE ビッグバンで生まれた「リチウム」の4倍ものリチウムが宇宙空間に存在する原因とは？ - GIGAZINE 超美麗4Kムービーで見る宇宙が終わるまでの物語 - GIGAZINE 「宇宙人がコンタクトしてきたらどうするべきか？」問題について過去最大規模の世論調査が実施中 - GIGAZINE 宇宙ミッションから徐々に正気を失っていった女性宇宙飛行士の実話を元にしたナタリー・ポートマン主演「LUCY IN THE SKY」予告編公開 - GIGAZINE ・関連コンテンツ銀河の自転方向に偏りがあることをジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡が発見、「宇宙はより大きなブラックホールの内部」との理論が強化される 2020年ノーベル物理学賞受賞者が語る「ビッグバン以前の宇宙」とは？ダークエネルギーが「逆再生ビッグバン」でブラックホールから生成されているとの研究結果が報告されるブラックホールに吸い込まれると人間はどうなってしまうのか？「宇宙に果てはあるのか？」を5人の専門家が解説ダークエネルギーの源が「ブラックホール」である可能性を示す最初の糸口が見つかる宇宙には反物質でできた「反物質星」が存在するかもしれないとの研究結果世界で初めて「太陽系外の惑星を公転する衛星」の証拠が発見される

ループしている宇宙の「前の宇宙の痕跡」を発見したとの研究結果 - GIGAZINE

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honyakusho · 3 months ago

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2025年1月31日に発売予定の翻訳書

1月31日（金）には11点の翻訳書が発売予定です。ただし、日本昔話の英訳を含みます。

ボリス・ダヴィドヴィチのための墓

ダニロ・キシュ／著奥彩子／訳

松籟社

ビースト――ジョン・ボーナム評伝

C・M・クーシンズ／著稲葉光俊／翻訳デイヴ・グロール／解説

DU BOOKS

中華人民共和国刑法

甲斐克則／編訳劉建利／編訳謝佳君／編訳

信山社出版

ディケンズ全集書簡集Ⅲ 1842-1843年

田辺洋子／翻訳

萌書房

スーパーパワーを手に入れた生きものたち２　スーパーパワー全開！

ジョルジュ・フェテルマン／著大西昧／翻訳

鈴木出版

Japanese Folktales : Classic Stories from Japan's Enchanted Past

Yei Theodora Ozaki／翻訳

チャールズ・イー・タトル出版

あなたと宇宙 : ホーキング博士からのメッセージ

スティーブン・ホーキング／著ルーシー・ホーキング／著シーン・リー／イラスト千葉茂樹／翻訳

光村教育図書

ベアはバレリーナ

ルシアノ・ロサノ／著宇野和美／翻訳

光村教育図書

p進解析入門 : p進数からゼータ関数まで

長岡昇勇／翻訳

丸善出版

哲学入門ショートストーリー200

山口義久／翻訳松子・Y・ノース／翻訳

丸善出版

地経学アクターとしての日本の影響力（仮） : 大国間競争を乗り切る

越野結花／著ロバート・ウォード／著地経学研究所／翻訳

実業之日本社

#books

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you-life-0330 · 5 months ago

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第三十四回　個人的な今週のエッセイ　R6.12/01-12/08

お品書き『博士と彼女のセオリー』今週観た映画は、『博士と彼女のセオリー』という作品だ。この映画は、スティーブン・ホーキング博士を題材にした映画であり、博士と博士を支えていた女性の話が描かれている。ホーキング役を演じるのは、ファンタスティック・ビーストなどで知られる、エディ・レッドメインで彼は、ホーキング博士を苦しめた難病を見事に演じていた。何年か前、この映画を観た事があるのだが、前回とは感じ方が大きく異なった。それは、ホーキングを支えた、妻のジェーンについてである。彼女は、ホーキングの病気を知り、それでも彼と人生を過ごすことを決めた。しかし、現実は残酷なもので、時間とともに弱っていくホーキング。彼らには、子どもたちもいて、ジェーンの心は、だんだんと死んでいくのだ。そんなある時、母親からの勧めで、聖歌隊に参加することになった彼女だが、そこで、運命の出会い、のちのジェー…

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takahashicleaning · 2 months ago

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ＴＥＤにて

ショーン・キャロル：遥かなる時間と多元宇宙の未知なる可能性

��詳しくご覧になりたい場合は上記リンクからどうぞ）

宇宙（ユニバース）学者のショーン・キャロルが、TEDxCaltechにおいて、時間と空間と、それに、関係する宇宙の本質を愉快に、かつ、刺激的に紹介し、一見、簡単そうにも見える問題について「なぜ、時間が存在するのか？」に挑んでいきます。

その可能となる答えは、宇宙（ユニバース）の本質。および、宇宙（ユニバース）における私たちの立場に関する？とても、驚くべき見解をショーン・キャロルが、示唆します。wave?

１千億ものベイビーな星々や人知を遥かに超えた超巨大なブラックホールを、ボルツマンの熱力学第二法則であるエントロピー概念によって説明していきます。

アインシュタイン、リチャードファインマン、ホーキングの言葉も引用して、ダークエネルギーが、背後に潜んでいる可能性も話します。

量子的なゆらぎ？ほんの一部？ファンキーな謎は深まるばかりです。k?

ここで、言われているダークエネルギー（暗黒エネルギー：darkenergy）とは、量子力学黎明期に言われていた黒体（こくたい: blackbody）あるいは、完全放射体（かんぜんほうしゃたい）と同じような表現です。

つまり、空間の隅々まで物質があってもなくても、粒子、物質、放射物などの有無に限らず、空間そのものにエネルギーがあるということ。

宇宙（ユニバース）に対する理解の一部は、オーストリアの物理学者ルートヴィッヒ・ボルツマンが19世紀に提示しました。

そして、エントロピーの理解を深めてくれました。

エントロピーは、ある体系における不確定さ、乱雑さ、無秩序さです。

ボルツマンは、方程式を作り、エントロピーの概念を見事に数値化しました。

統計力学の観点からですが、ボルツマン定数と呼ばれてます。

そして、ボルツマンの提示した数値化の作業を洗練させたの��、プランクです。

量子力学領域のプランク定数でも有名です。

ボルツマン定数とは、エントロピーという熱力学的概念と、原子や分子の微視的な状態の数値（熱力学的確率）を結合するための定数として数値化されているのが一般的な認識です。

プランクは、エントロピーの概念を放射フィールドへ一般化する中で、エネルギー量子の概念に到達しました！！

その後、プランクが定式化してから、５年後にアインシュタインが有名な光電効果の論文発表をします！！

基本的には、エントロピーとは、ある体系の構成物質をマクロ的には、同じに見える状態で、幾通り、並び替えられるか？です。この会場には、空気がありますが、私たちに個々の原子は、見分けられません。

低エントロピーな構造は、外見が、そう見える並べ方が少ないもので、高エントロピーの構造は、外見が、そう見える並べ方が多いものです。これは、非常に重要な見識です。

熱力学第二法則の説明に役立つからです。

この法則によると宇宙のエントロピーは増加します。隔離された宇宙の片隅もそうです。

なぜ？増加するかと言うと単純に低エントロピーより、高エントロピーとなる状態の方が多いからです。

これは、素晴らしい見識ですが、欠けているものがあります。エントロピーが、増加する見識は、いわゆる｢時間の矢｣の背景にあるものです。

過去と未来の違いです。過去と未来の間にある違いのすべては、エントロピーの増加のため、起こります。

過去を思い出せても、未来は思い出せないという事実。でも、ボルツマンの時代は、絶対時空間の話です。

人は生まれ、生き、死ぬという事実。常に、この順番であること。

これらは、エントロピーが、増加しているからです。

エントロピーと関連して、永久機関がよく語られますが、これは、エネルギー保存の法則から実現は不可能であることがよく知られています。

火力発電所の発電機のように、高温の物体から熱を受け取りそれを電気のような「使えるエネルギー」に変える装置を一般的に「熱エンジン」と呼びます。

高温の物体から受け取った熱エネルギーのうち、どれだけ利用できたかの比率を「効率」といいます。この効率には原理的に超えられない「カルノー効率」と言う上限があることが知られています。

その他に、発電機では、効率だけではなく「何ワットの電力を発電できるか？」と言う「仕事率」が問題になります

カルノー効率が達成されると、効率が上がるが、トレードオフの関係で、同時に、仕事率が「０」になる。

だから、熱エンジンの効率をカルノー効率まで高めても、エンジンの動作速度を無限に遅くして、どれほど待っても利用可能なエネルギーがほとんど得られない状態（発電機では、出力０ワット）にせざるを得ないことも知られています。

このことは、分子モーターなどのような機械にも適用されてしまいます。

熱力学には・・・

「何もないところからエネルギーを生み出すことはできない」（熱力学第一法則）

「熱のエネルギーを全て利用可能なエネルギーに変えることができない」（熱力学第二法則）という２つの法則があります。

でも、「低い所から高い所に」が課題であると理解��た１人は、リチャード・ファインマンでした。

50年前に様々な講座を教え、のちに「物理法則の特性」として、出版された人気の講義も教えました「ファインマン物理学」となったり「ファインマン重力学｣となりました。

このころは、相対性理論が発見されているため、アインシュタイン方程式のことも含まれています。

また、1970年代にスティーブン・ホーキングが、ブラックホールは、暗黒に見えても、量子力学を考慮すると、放射線を放出している！と計算しました。

ブラックホール周辺の時空の歪みが、量子力学的な揺らぎを生み出し、放射線が、放出されるのです。

ホーキングとゲリー・ギボンスの非常に似た計算によると、ダークエネルギーが、何もない空間にあると宇宙（ユニバース）全体が、放射線を発するとのことです。

何もない空間のエネルギーが、量子的揺らぎを引き起こすのです。

つまり、宇宙（ユニバース）が、永遠に続いて、平凡な物質と放射線の密度が下がっても、一定の放射物や熱揺動は、何もない空間にでも、存在し続けるのです。

したがって、宇宙（ユニバース）は、永遠に無くならない気体が入った空箱のようなものだ！ということ。

それが、本当ならどうなるだろうと、ボルツマンは、非常に近代的な２つのアイデアを生み出しています。多元宇宙（ユニバース）論と人間原理です。

熱平衡で問題なのは、この状態で人間は生きていけないことです。

生命そのものが｢時間の矢｣に依存しているからです。

情報を処理することも代謝や歩いたり、しゃべったりも熱平衡にいたら、不可能です。

もし、非常に広大な宇宙（ユニバース）があり、その無限に広がる宇宙（ユニバース）で、粒子がランダムにぶつかり合っているなら、低エントロピー状態への小さな揺動と復元は、時々、起こります。でも、大きな揺動もあります。

まれに、惑星を作ったり、恒星や銀河や１千億の銀河を作ったりします。

そこで、ボルツマンは、我々は多元宇宙（ユニバース）の一部で生きているのだ！と言いました。揺動する粒子が、ある非常に広い領域の中で、生命が存在できる部分。

つまり、エントロピーが低い領域です。

私たち、人間の認識できる宇宙（ユニバース）は、まれに起こる希少な現象の１つなのかもしれません。

ナノテクノロジーは、物質をナノメートル (nm)の領域すなわち原子や分子のスケールで、自在にコントロールする技術のことである。

この技術によって、原子や分子の一個一個を単独でつまみ上げ、移動し、築き上げることも可能になっています。

現在は、新素材やコンピューターのCPUの製造過程で現実に応用されています。電子回路のトランジスタは、だいたい数十nm程度の大きさで、カーボンナノチューブなども同様です。

物質を数ナノメートルの大きさにすると、量子効果と呼ばれる特殊な現象が発現する。シュレーディンガー方程式も有名です。

シュレーディンガー方程式とは、1926年にオーストリアの物理学者エルヴィン・シュレーディンガーが量子力学の理論の整合性をとるために波動力学という体系を提唱した際の基礎方程式として提案された。

当時は、波動性と粒子性の問題が持ち上がっていて、実験事実を丁寧に方程式の形式にまとめあげた物理学の巨人のひとりです。

なので、一般式なシュレーディンガー方程式は、ディラック方程式から場の量子論まで量子力学全般で使う事ができます。基礎方程式といわれるゆえんです。

アインシュタインの光電効果仮説（1905年）。アインシュタイン・ドブロイの関係式や量子からマクロ世界のニュートン力学に拡張する過程で、古典力学での方程式は量子力学から導出されるとも言われる（プランク定数をゼロに近似したとき）

ボーアの量子条件やハイゼンベルクの不確定性原理でも整合性がとれています。

次元に関してはこの場合、数学的な次元を前提としています。

次元のコンパクト化の説明の前に、数学的な次元の重要性について、さて、一般相対性理論をカルツァは、電磁気力に応用していきます。

当時は、それが重力以外に考えられる唯一の力でした。つまり、電気や、磁石の引き付けなどを引き起こす力のことです。ここで空間と時間が歪むこと以外に、もしも次元が歪むことで電磁気力が働くかもしれないことに気づきます。

1926年にオスカークラインも、知覚で見えない次元がある可能性を示します。5 次元化して電磁気力も幾何学として表せるようにしたカルツァ・クライン理論というものです。

カルツァが3次元ではなく、4次元の宇宙における歪みと曲がりを説明する方程式を書き出した時、彼はアインシュタインがすでに３次元で導き出していた方程式を見出しました。それらは、重力を説明するための方程式です。

でも、カルツァは次元がひとつ増えたことによるもうひとつの方程式も見つけました。その方程式を見てみるとそれは正に科学者たちが長年の間。電磁力を表すために使ってきた方程式でした。驚くべきことです。それが、こつぜんと計算結果に現れてきたのです。

こうして、数学的な次元は、空間の量子化を数値的に表現できるようになっていくキッカケになりました。

その後のカルツァ・クライン理論は、無限に存在する次元の形状の一部をカラビ・ヤウ多様体として表現できました。

例えば、手を振って大きな弧を描く時、手のひらは3つの広がった次元の中ではなく、巻き上げられた次元の中を突っ切っています。

もちろん、巻き上げられた次元はとても小さいので、体を動かす間に、こうした次元を1サイクルして出発点に戻ることが繰り返され、その回数は、膨大な数にのぼります。このように次元の広がりが小さいと言う事は、手のような大きな物体が動く余地があまりないと言うことです。

それは結局、平均化されてしまい腕を振った時でも、私たちは巻き上げられたこのような次元を横断し膨大に旅したことに全く気づいていません。

これは、結び目の不変量にも関連しています。

まず初めに、円周を3次元ユークリッド空間に埋め込んだものを「結び目」と定義していることから始まります。

結び目理論においては、変形して移り合う「結び目」は、同じ「結び目」とみなして「結び目」を研究する。

「結び目」を研究するひもの結び方はいろいろあるので、様々なタイプの「結び目」がある。では、「結び目」のタイプはどのようにして区別すれば良いのであろうか？

「結び目」に対して定められる値で、「結び目」を変形することに関して不変であるようなものを「不変量」と言う。結び目理論は、トポロジー(位相幾何学)の一分野である。

1980年代に、数理物理的手法が、低次元トポロジーに導入されて、3次元トポロジーにおいては「結び目」と3次元多様体の膨大な数の不変量(量子不変量)が発見された。

これによって、4次元トポロジーには、ゲージ理論がもたらされることになりました。これらからゲージ場の数学的根拠として、活用されることになっていきます。

量子不変量は、数理物理に由来する量子群や共形場理論やチャーンサイモンズ理論を背景として、様々な代数構造を用いて構成される量子不変量やこれに関連するトピックを研究する研究領域を量子トポロジーと呼ばれています。

古典的な結び目理論においては、個々の結び目の特性を個別に研究する研究が中心であったが、量子トポロジーでは多くの「結び目の集合」を研究対象としています。

1980年代に結び目の不変量が大量に発見される発端になったのは、1914年にジョーンズ多項式と言う結び目不変量が発見されたことにあります。

その後、統計物理で知られていたヤンバクスター方程式の多数の解、つまり「R行列」を用いて大量の結び目不変量が発見されました。

さらに、1980年代後半に量子群が、発見されたことにより、それらの大量の不変量は、量子不変量として整理されて理解されるようになりました。

1990年代には、これらの大量の量子不変量を統一的に扱って、研究する2つの手法が開発されました。

これは、次元のコンパクト化への始まりになります。

1つは、コンセビッチ不変量と言う1つの巨大な不変量に、すべての量子不変量を統一する方法。

もう一つは、バシリエフ不変量と言う「共通の性質」で不変量を特徴づける方法があります。

ゲージ対称性、アイソスピン、クォーク理論、ヒッグス粒子など。

さらに、数理物理に由来する量子群や共形場理論、チャーンサイモンズ理論もあります。

そして、スーパーストリング理論や量子化学の「変分法」にも応用されている。

（個人的なアイデア）

電気を作る熱力学のサイクルで熱効率は、ほぼ50%、45%～50%の効率まで高めることは可能ですが・・・

高温の物体から熱を受け取り、電気という「使えるエネルギー」に変換できる機械を一般的に「熱エンジン」と呼んでいる。

高温の物体から受け取った熱エネルギーのうち、どれだけ活用できたかという比率を「効率」と物理学では定義している。

この効率は、原理的に超えられない「カルノー効率」という上限があることが知られている。

カルノー効率が達成されると、効率は上がるが、同時に仕事率がゼロになる現象。

つまり、熱エンジンの効率を最大限に上げると出力がほぼゼロになることを意味しています。そして、効率１００%は物理的に不可能ということです。

中世で試行錯誤が行われたことに終止符が示され、機械での永久機関は作れないことが、この現象から理解できます。エネルギー保存の法則からも理解できます。

他には、燃料の持つエネルギーをどれだけ動力として取り出すことができるか？これをエンジンの熱効率と定義しています。

2020年の段階で、ガソリンエンジンの熱効率は最高で40％前後あり、10年くらい前までは30％程度。低燃費の技術競争もあるけどカルノー効率から限界も見え始めています。

だから、ガソリン自動車から電気自動車へ世界中の法人が開発を加速して切り替えている潮流があります。

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