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はてなキーワード: 天体とは
まず「特殊相対性理論」からやけど、これは光の速さがどんな状況でも変わらんってことが基本やねん。
たとえば、電車が走っとる中で懐中電灯を前に向けて光らしても、外でじっとしてる人が見た光の速さも同じやねん。
でも光の速さだけは、どんなに速く動いても変わらんのや。
ほんで、この理論やと「時間」や「空間」も相対的に変わるっちゅうことになる。
速く動くほど時間が遅くなるんや。これを「時間の遅れ」っていうねん。
例えて言うたら、宇宙船でめっちゃ速く移動してる人は、地球におる人に比べてゆっくり年を取る、みたいな感じや。
次に「一般相対性理論」やけど、こっちは重力が関わってくるねん。
簡単に言うたら、重いもんが空間をぐにゃっと曲げるっちゅうことや。
たとえば、地球みたいなでっかいもんがあると、その周りの空間が曲がって、そこに他のもんが引っ張られるから「重力」が生まれるんや。
まあ、ざっくり言うたらこんな感じやけど、ほんまはもっと複雑なんやで。
（もう少し詳しく教えてください）
ほな、もうちょっと深くいこか。
まず、「特殊相対性理論」についてやけど、これを理解するには「光の速さが一定」っちゅうのがどんだけすごいことか、ちゃんとわかっとかなあかん。
普通の物体は、速く動けば動くほど、その速さは他のもんに足されるやろ？
例えば、車が時速50キロで走っとって、その車の上からボールを前に時速20キロで投げたら、ボールは時速70キロで進むことになる。
せやけど、光は違うんや。どんな状況でも、どんなに速く動いとっても、光の速さは毎回秒速約30万キロメートルで一定やねん。
ほんなら、何が変わるんや？って話やけど、答えは「時間」と「空間」や。
速く動けば動くほど、時間は遅く流れるし、移動してる方向の長さは縮んでしまう。
具体的な例を出すと、もし君が光の速さにめっちゃ近いスピードで宇宙船に乗って1年旅したとしようや。
地球におる人らからしたら、その1年が例えば10年にも20年にも感じられるかもしれん。
つまり、君は歳をとらんけど、地球では時間がめっちゃ進んどるわけや。これが「時間の遅れ」や。
ほんで、次は「一般相対性理論」やけど、これはもうちょっと難しい話やねん。
特殊相対性理論は光とかスピードに注目してたけど、こっちは「重力」に焦点を当てとるんや。
重力っちゅうのは、普通に考えたら物体が引っ張り合う力やと思うやろ？でもアインシュタインはそれを「空間と時間が曲がるせい」やって言うたんや。
地球みたいな大きな質量を持っとるもんは、その周りの空間をぐにゃっと曲げるんや。これを「時空の歪み」っちゅうねん。
で、その歪んだ空間に沿って、他の物体が動くことで、まるで引っ張られてるように見えるっちゅうわけや。これが「重力」の正体や。
ゴムシートの上に重いボールを置いたら、シートがへこんで周りにくぼみができるやろ？そのくぼみに他の小さいボールを置くと、転がって重いボールに引き寄せられる。これが重力のイメージや。
太陽とか地球みたいなでっかいもんが周りの時空をへこませて、そこに他の天体が引っ張られるわけやな。
重力が強い場所ほど時間はゆっくり流れる、これを「重力による時間の遅れ」っちゅうねん。
例えば、地球の表面におる人と宇宙の遠くにおる人では、地球の表面のほうが重力が強いから、時間がわずかに遅く流れるんや。
これらの理論がなんで重要かっちゅうと、GPSとか人工衛星みたいなもんは、めっちゃ速いスピードで地球の周りを回っとるやろ？
そのために時間が遅くなってるし、地球の重力も影響を与えとるんや。
せやから、相対性理論を使ってそのズレを計算して補正せんと、正確な位置情報は得られへんねん。
ほんなわけで、相対性理論っちゅうのは、宇宙全体の「時間」や「空間」、そして「重力」がどう動くかを説明するめっちゃすごい理論なんや。
（では最後に、相対性理論と超ひも理論の関係を教えてください）
まず、相対性理論っていうのは、さっきも話した通り、重力を扱う理論やね。
特に「一般相対性理論」やと、重いもんが時空を曲げることで重力が発生する、っちゅうふうに説明しとるわけやな。
これは大きなスケール、例えば星とか銀河、宇宙全体を説明するのにめっちゃ強力な理論や。
けどな、宇宙には重力だけやなくて、他にも4つの基本的な力があんねん。
重力に加えて、電磁気力、強い核力、弱い核力っちゅうもんがあるんや。
相対性理論は重力には強いんやけど、他の力、特に小さいスケールの話になってくると話がちゃうねん。
原子とか素粒子みたいなめっちゃ小さいもんを扱うのは量子力学っちゅう別の理論が必要になる。
ここが問題なんや。相対性理論と量子力学っちゅうのは、どっちもめっちゃ成功してる理論やけど、整合性が取れへんねん。
大きいスケールやと相対性理論、小さいスケールやと量子力学、って分かれとるわけや。
でも宇宙全体を一つの理論で説明したいなら、両方をつなげる必要がある。
これを統一理論とか万物の理論っちゅうんやけど、これがまだうまくいってへんねん。
そこで出てくるんが超ひも理論や。
超ひも理論っていうのは、宇宙にある全ての物質や力が、ひも状のものからできてるっちゅう考え方やねん。
普通、素粒子は点みたいなもんやと思われとるやろ？でも超ひも理論では、実はそれがめっちゃ小さい「ひも」やっていうんや。
このひもが振動することで、違う性質の粒子になったり、力を生み出したりするっちゅう考え方や。
なんでこれがすごいんかっていうと、この理論は重力と量子力学を一緒に扱えるんや！
つまり、相対性理論で扱ってた重力も、量子力学で扱ってる小さいスケールの現象も、ひもの振動っていう一つの仕組みで説明できるようになるかもしれんって話や。
相対性理論と量子力学の一番の問題は、重力を量子化できひんってことや。
量子力学は確率的な世界やけど、相対性理論は連続した空間を扱う理論やから、この2つが衝突してしまうんや。
特に問題になるんが、ブラックホールとかビッグバンみたいなめっちゃ極端な状況や。
そこでは重力もめっちゃ強くなるし、量子効果も無視できへん。せやけど、これらを同時に説明できる理論がまだないんや。
そこで超ひも理論が登場するんやけど、ひもがめっちゃ小さいスケールでは、重力の量子化も可能になるっちゅうわけや。
つまり、相対性理論が扱ってる「大きなスケールでの重力」と、量子力学が扱う「めっちゃ小さいスケールの力」を同時に説明できるっちゅうことや。
ただしやな、超ひも理論はまだ理論段階で、実験で直接確認されたわけやないんや。
それに、超ひも理論が正しいと仮定すると、宇宙には我々が感じ取れん11次元も存在するっちゅう話になる。
今のところ、わしらが日常的に感じるのは3次元の空間と1次元の時間だけやけど、残りの次元はめっちゃ小さく「巻き込まれて」るから見えへんらしい。これが正しいかどうかもまだわからんのや。
まとめると
•相対性理論は重力を説明する強力な理論やけど、量子の世界では問題がある。
•超ひも理論は、相対性理論と量子力学を一つの理論でまとめようとするもんで、ひもの振動で全てを説明できるかもしれん。
•ただ、超ひも理論はまだ理論の段階で、実験的には確かめられてへんし、11次元の宇宙とか、ちょっと奇抜な要素も含まれとる。
超ひも理論がほんまに正しいんかどうか、まだまだ謎が多いねんけど、もし解けたら宇宙の全てが一つの理論で説明できるようになるかもしれんって、めっちゃ壮大な話やな！
『チ。地球の運動について』ってマンファが流行ってると学生が言ってたので
内容を見たら、「地動説」が正しいって言ってて苦笑してしまったw
まず当時はティコ・ブラーエの観測データが無いので、当時のデータ量では、ケプラーの楕円軌道の法則を開発できず、地動説の場合天動説よりずれが大きくなるんだわ
また、当時の光学技術では地動説の根拠である「年周視差」や「年周光行差」を発見できないので、そもそも地動説の根拠がそもそもないんだわ
あと、天動説の場合天体の軌道がぐるぐる回って異常な感じで描写されてたけど
当時の物理学の通説の渦動説では物体は全てあんな感じにエーテルによりグルグル回って移動するって考えられてたからむしろ当時では普通の考えなんだわ
当時の科学技術を考えれば、「地動説が正しい」って言うのはそもそも「STAP細胞はあります！」とか言ってるようなもんなんだよね
当時の状況も考えずに現代の知識を持って過去の行動をバカにするのは私たち学者の間では「事後孔明」ってむっちゃバカにされるんですよ
（36女天文学者）
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なんでブラックホールはとても重力が強い天体ってわかってんのにブラックホールに入ったらどこに行くのか？なんて疑問が出てくるの？
ブラックホールは、とても重くて小さい天体なんだ。重力がすごく強くて、光さえも吸い込んでしまうから、真っ黒に見えるんだよ。
ブラックホールの中に入ってしまうと、もう二度と外に出ることができないと考えられているよ。まるで宇宙の落とし穴みたいだね。
ブラックホールには、まだ解けていないたくさんの謎があるんだ。その一つが、「ブラックホールの中に入っていったものは、いったいどこへ行くのか？」という問題だよ。
もし、本や写真、あるいは宇宙船がブラックホールの中に入ってしまうと、その中に書かれた情報や宇宙船の形といったものは、いったいどうなるんだろう？
昔は、ブラックホールの中に入っていった情報は、すべて消えてしまうと考えられていたんだ。まるで燃やされて灰になってしまうような感じだね。
でも、最近の研究では、ブラックホールの中に入っていった情報は、完全に消えてしまうのではなく、別の形に変えられて残っているのではないかという考えが出てきたんだ。
それは、宇宙には「情報は絶対に失われない」というルールがあると考えられているからなんだ。まるでパズルをバラバラにしても、そのパズルのピースはすべて残っているのと同じようにね。
ブラックホールの中に入っていった情報も、パズルのピースのように、どこか別の場所に隠されているのかもしれない。でも、そのピースがどこにあるのか、どんな形になっているのかはまだわからないんだ。
たくさんの科学者が、ブラックホールの謎を解き明かそうと、一生懸命研究しているよ。もしかしたら、近い将来、ブラックホールの秘密がすべて明らかになるかもしれないね。
ブラックホールは、宇宙のとても不思議な場所なんだ。まだわからないことがたくさんあるけれど、科学者たちはこれからも研究を続けて、その秘密を解き明かしていくでしょう。
広大な夜空には数え切れないほどの星が輝き、それぞれが独自のリズムで瞬きをしています。各星の瞬きは秘密のサイクルに従っており、特定の夜数が経つとそのパターンが繰り返されます。時間が経つにつれて、これらの瞬きの組み合わせが天に複雑な模様を描き出します。
ある晩、天文学者が特定の星のグループに注目すると、その星たちが完璧に同じリズムで瞬きを始め、ちょうど初めて観測した夜と同じパターンを再現していることに気づきました。この現象に魅了された天文学者は次の疑問を抱きます：
"このグループのすべての星が、最初に一緒に観測されたときと全く同じ瞬きのパターンを再び見せるまでには、最小で何夜が経過する必要があるのか？"
各星がそれぞれ異なる秘密の瞬きサイクルを持っているとき、天文学者はどのようにしてこの天の調和が再び現れるまでの夜数を求めることができるでしょうか？
星々のそれぞれの瞬きの周期とその同期に関する手がかりを元に、グループ全体が初めて観測された調和のパターンを再現するために必要な最小の夜数を導き出してください。
注記: このパズルは天体を題材にしていますが、周期的なパターンとその同期に関する深い抽象数学の原理を含んでいます。
図書館のリファレンスサービスを初めて使ってみたが素晴らしかった
日常の素朴な疑問を調べるのが趣味なのだが、調べもののプロはやはり違うなと感じ入った
今回調べてもらったのは「月の都」について
「竹取物語が書かれた時代だと月が球状の天体だという認識ではなかったはずで、だとすると天体の地表に月面都市があるみたいなイメージではないはずで……だとすると月の都って、月のどこにあるんだ？」
みたいな疑問が解決するような本ってありませんか？と問い合わせた
この疑問は半年くらい前からこつこつネットで論文を検索して読んだり自力で本を探して読んだりしていたのだが、どうにも解決できなかったものだ
以前からリファレンスサービスは利用してみたかったのだが、図書館ちょっと遠いし……メールで聞くのも質問の細かいニュアンスが伝わら無さそうで嫌だし……電話で聞くのもなんか嫌だし……みたいなやらない理由をこじつけていた
一週間ほどで回答のメールが返ってくるらしく、毎日メールボックスを頻繁に覗いてドキドキしていた
しかし一週間を過ぎても返信は返ってこず
注意書きに書いてあった「お答えできない質問」の基準に抵触してしまったかもしれない、と落ち込んだ
しかしメールを出してから十日後、回答メールが来て嬉しくなってしまった よかった～
さて内容を確認すると「調査しましたが解決しませんでした」 ずっこけ
そう、結局この疑問は解決しなかった
しかし私は素晴らしいと感じ、とても満足していた
「どのように調べた結果解決しなかったか」の経緯を回答メールに記載してくれていたからだ
この調べ方を真似すれば次からは自力でもより効率的に事を運べるだろう
反省もした
「月の都は月のどこにある」という疑問は……ふわっとした疑問だった 調べにくい疑問
これは「当時の人は月をどのような大きさ、形、また何処にあると解釈していたか」という疑問を踏み台にして「月はこういう大きさでこういう構造という理解なら、月の都はそれのどこにあるのか」という二段階の問い合わせが必要だったんだよな……
前者の疑問までは須弥山世界で調べれば一応はわかるのだけれど（そして司書さんもそれはわかっていたようだ）
あっ 今思いついたが「須弥山世界図で月の都が描かれたものはある？」という質問の仕方をすればよかったのか？
ここはまだ未調査の領域だ、とりあえず自力で調べて……手詰まりになったら再問合せも視野に……
司書さん的には「須弥山世界図が描かれた資料をありったけ見せてくれ」の方が楽なのかしら これは実際に司書さんにどっちの聞き方が好ましい？と聞いてみるか
「お答えできない質問」に抵触するかもしれないというのがここなんだよな……図書館によっては「研究の手伝いは出来ねーぞ」みたいな注意書きが書かれているのを見かけたような気がしている
日常の素朴な疑問を、司書さんの真似事をして自力で調べるのが自分の趣味なんだなあ（司書ワナビー……ってコト？）
その調べた内容というか、調べる過程を日記メモ的にたまに匿名はてなダイアリーにも書いているが
自分で調べて調べて……これ以上は手詰まりとなるシーンが今後もあるだろう
一度使ってみて上手くいったから二度目はもっと気軽に問合せメールの送信ボタンを押せるに違いない
次に調査をお願いする内容はもう決まっている
「日本の最高峰が新高山から再び富士山となったとき、『富士山が再び最高峰となって嬉しい』のような反応はあったのだろうか？」
という疑問を質問するつもりだ
逆の「最高峰が富士山から新高山になったとき、『富士山が最高峰じゃなくなって残念』のような反応はあったのだろうか？」に関しては自力で解決できている 実際にそのような反応があったようだ
当時の静岡とか山梨の新聞のコラム的なものを探せばありそうな気はするのだけれど、流石に自力じゃ無理だ
今の今まで勘違いしていたが「リファレンス」じゃなくて「レファレンス」なのか！？なんてこった……
終わり、日記です
ベアリング、回転摩擦係数、びゅんびゅうん
👩🎤ベアリングのイメージを宇宙規模に膨らませると、巨大な星々や惑星が宇宙空間で「びゅんびゅうん」と回転している様子が浮かびます。これらの天体は、まるで巨大な宇宙のベアリングのように、重力の力で絶妙なバランスを保ちながら回転し続けています。
もし、宇宙自体が一つの巨大な機械であるとすれば、銀河や星雲がその内部で回転するギアやベアリングのような役割を果たしていると考えられます。回転摩擦係数が限りなくゼロに近いこの壮大な空間では、エネルギーが無駄なく伝わり、宇宙の広大な空間をスムーズに駆け巡る力が「びゅんびゅうん」と響き渡ります。
そして、その音や動きは、私たちが知覚することはできないけれど、まるで宇宙のメロディーの一部のように永遠に続いていく…。この壮大な回転のリズムは、宇宙の調和そのものを象徴しているのかもしれません。
こうして考えると、ベアリングの小さな回転から宇宙の壮大な回転まで、すべてが一つの巨大な仕組みの中で繋がっているように感じられますね。
これに関しては俺も考えていて、次のような形で納得しているのでシェアします。
↑この二柱は人間世界の始まりと終わりを象徴していて、この世界に過去と未来があることを示している。
↑この三柱は人間世界のそれぞれの側面、ないし徳を象徴していて、いまここの人間世界そのもの。
↑この二柱は人間世界の「外側」を象徴していて、人間とそれ以外の（人間を超えた）世界との関わりを体現している。
といった式について、素粒子では後者が支配し、天体では前者が支配する。
近距離における強い力のために、電子は原子核に螺旋状に落ち込むが、明らかに事実と違う。
というハイゼンベルグの関係式に従う。このため、r=0となることはなくなり、問題は回避される。
多様体上の楕円型作用素の理論全体が、この物理理論に対する数学的対応物で、群の表現論も近い関係にある。
しかし特殊相対性理論を考慮に入れるとさらに難しくなる。ハイゼンベルグの公式と同様の不確定性関係が場に対して適用される必要がある。
電磁場の場合には、光子というように、新しい種類の粒子として観測される。
電子のような粒子もどうように場の量子であると再解釈されなければならない。電磁波も、量子を生成消滅できる。
数学的には、場の量子論は無限次元空間上の積分やその上の楕円型作用素と関係する。
量子力学は1/r^2に対する問題の解消のために考え出されたが、特殊相対性理論を組み込むと、この問題を自動解決するわけではないことがわかった。
といった発展をしてきたが、場の量子論と幾何学の間の関係性が認められるようになった。
では重力を考慮するとどうなるのか。一見すれば1/r^2の別な例を重力が提供しているように見える。
しかし、例えばマクスウェルの方程式は線型方程式だが、重力場に対するアインシュタインの方程式は非線形である。
また不確定性関係は重力における1/r^2を扱うには十分ではない。
物理学者は、点粒子を「弦」に置き換えることにより、量子重力の問題が克服できるのではないかと試した。
量子論の効果はプランク定数に比例するが、弦理論の効果は、弦の大きさを定めるα'という定数に比例する。
もし弦理論が正しいなら、α'という定数は、プランク定数と同じぐらい基本的定数ということになる。
ħやα'に関する変形は幾何学における新しいアイデアに関係する。ħに関する変形はよく知られているが、α'に関する変形はまだ未発展である。
これらの理論は、それぞれが重力を予言し、非可換ゲージ対称性を持ち、超対称性を持つとされる。
α'に関する変形に関連する新しい幾何学があるが、理解のために2次元の共形場理論を使うことができる。
ひとつは、ミラー対称性である。α'がゼロでない場合に同値となるような2つの時空の間の関係を表す。
まずt→∞という極限では、幾何学における古典的アイデアが良い近似となり、Xという時空が観測される。
t→-∞という極限でも同様に時空Yが観測される。
そして大きな正の値であるtと大きな負の値であるtのどこかで、古典幾何学が良い近似とはならない領域を通って補間が行われている。
α'とħが両方0でないときに起こり得ることがなんなのかについては、5つの弦理論が一つの理論の異なる極限である、と説明ができるかもしれないというのがM理論である。
自然界の法則の探索は、一般相対性理論と量子力学の発展の中で行われてきた。
相対性理論はアインシュタインの理論だが、これによれば、重力は時空の曲率から生じることになり、リーマン幾何学の枠組みで与えられる。
相対性理論においては、時空はアインシュタインの方程式に従って力学的に発展することになる。
すなわち初期条件が入力データとして与えられていたときに、時空がどのように発展していくかを決定することが物理学の問題になるわけである。
相対性理論が天体や宇宙全体の振る舞いの理解のために使われるのに対し、量子力学は原子や分子、原子を構成する粒子の理解のために用いられる。
粒子の量子論（非相対論的量子力学）は1925年までに現在の形が整えられ、関数解析や他の分野の発展に影響を与えた。
しかし量子論の深淵は場の量子論にあり、量子力学と特殊相対性理論を組み合わせようとする試みから生まれた。
場の量子論は、重力を除き、物理学の法則について人類が知っているほどんどの事柄を網羅している。
反物質理論に始まり、原子のより精密な記述、素粒子物理学の標準模型、加速器による検証が望まれている予言に至るまで、場の量子論の画期性は疑いの余地がない。
数学の中で研究されている多くの分野について、その自然な設定が場の量子論にあるような問題が研究されている。
その例が、4次元多様体のドナルドソン理論、結び目のジョーンズ多項式やその一般化、複素多様体のミラー対称性、楕円コホモロジー、アフィン・リー環、などが挙げられる。
こういった断片的な研究はあるが、問題間の関係性の理解が困難である。
確かに光速を超えて遠ざかる天体からは光が届かないのでハッブル球より外は観測できない。
だが少し考え方を変えると光速を超えられないともとれる。
↓
それぞれの空間が膨張して端から反対の端を見たら光速を超えているとする。
だが１つ隣はそこまで速く遠ざからない。
空間はそれぞれの場所で基準座標みたいなものを持っていて隣の空間と離れていく速度は相対的となる。
この相対的な速度の積み重ね（たくさんの立方体を並べた状態）で光速を超えていると観測されているが
それぞれの場所にある空間は隣の空間との相対的な速度しか違いがないのではないか。
