ビッグバンの前にはもうひとつの「古い宇宙」があった：研究結果

宇宙はビッグバンから始まった…という通説は間違っていたのかもしれない。
現在の宇宙は、収縮状態にあった「古い宇宙」が膨張し始めたことで生まれたということを、量子力学を用いて示す研究が発表された。

宇宙は常に膨張状態にあり、それは「ビッグバン」
──無限大の密度をもつ高温の1点からの爆発によって始まった、と一般的に考えられている。

しかし、初期の宇宙に関する研究によって、宇宙はまったく新しいものから始まったのではなく、古い壊れかけの宇宙から形成されたのかもしれないということが示された。

物理学者たちは、このアイデアについて長い間議論してきた。ビッグバン理論では、われわれが理解している
物理法則に反する状態から宇宙が始まったことになるからだ。その代わりに、宇宙には「収縮」と「膨張」の2つの時期があり、それがビッグバンのタイミングで切り替わったのだと考える科学者もいる。

このいわゆる「ビッグバウンス」理論は、1922年に発表されたものである。しかし、宇宙がどのようにして収縮状態から膨張状態に移行したのか（あるいは逆に膨張から収縮に移行するのか）を物理学者たちは説明できずに議論は保留されていた。いままでずっと。

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http://wired.jp/2016/07/29/big-bounce-universe/

【プレスリリース】乱流発生の法則を発見：１３０年以上の未解決問題にブレークスルー - 日本の研究.com
https://research-er.jp/articles/view/43454


発表のポイント


•整った流れ（層流）が乱れた流れ（乱流）に遷移するときに従う普遍法則を実験で見いだした。

•最大級のチャネル実験装置を製作すると同時に、普遍的な法則の検証に必要な新たな測定解析手法を考案したことが発見のポイントだった。

•乱流への遷移の理解は省エネルギーなどに不可欠であるだけでなく、自然界に普遍的に存在する不規則現象の理解に繋がる。


発表概要

　我々の回りは空気や水などの流体で満ちています。整った流れは層流と呼ばれ、乱れた状態は乱流と呼ばれます。
しかし、層流がいつどのようにして乱流に遷移するのか、そこにどんな法則があるのかは、130年以上にわたる未解決問題でした（注1）。
流体の方程式が非線形性（注2）のため数学的に解けないことや、実験的にも乱れの与え方にさまざまな可能性があることが理解を阻んできました。
今回、東京大学理学系研究科の佐野雅己教授と玉井敬一大学院生は、大規模なチャネル流（注3）を用いた実験を行い、乱流への遷移に普遍的な法則があることを初めて実証しました。

実験では、チャネルの入り口から乱れを注入し、流れの速度を変えることで、ある速度（レイノルズ数）を境に、乱れが減衰して層流に戻るか、乱れが全体に広がるかが明確な遷移現象として捉えられ、臨界点では減衰が遅くなるなど複数の特徴的な性質が観測されました。
数理モデルの計算との比較から、この遷移現象が疫病の感染や雪崩などの伝播現象を表す普遍的な相転移（注4）と同じ法則に従うことを見いだしました。
これにより、関連する周辺分野間の知見が繋がることで、乱流と不規則現象一般に関する理解が進むことが期待されます。

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物質と反物質の違いの理論的解明に道筋 | 理化学研究所
http://www.riken.jp/pr/press/2015/20151120_4/

要旨

理化学研究所（理研）仁科加速器研究センター 理研BNL研究センター計算物理研究グループの出渕卓グループリーダー、クリストファー・ケリー理研BNLセンター研究員らをはじめとする国際共同研究グループ※は、原子より小さい極微スケールで起こるK中間子[1]崩壊における「CP対称性の破れ[2]」のスーパーコンピュータを用いた計算に成功しました。今回の理論計算は、実験結果との比較をするにあたって最終的な結論を出すための精度がまだ不足していますが、長年の課題であったK中間子崩壊過程におけるCP対称性の破れの理論計算が可能であることを証明しました。

約138億年前、ビッグバンにおいて同数の粒子と反粒子が対生成されたと考えられています。しかし現在の宇宙には、反物質[3]から成る星や銀河は観測されていません。つまり反物質は消滅したことになります。すべての物理法則が物質と反物質の入れ替え（CP変換）で不変（CP対称）だとすると、宇宙の進化を説明できないため、CP対称性は破られる必要があります。

2000年までに「中性K中間子が直接的にCP対称性を破り、π中間子[1]に崩壊する現象」が観測されました。この現象は100万回のK中間子の崩壊につき数回しか起こらないものであり、明らかにされていない物理法則の影響が最も見えやすい現象の1つだと期待されました。従って、この実験結果と小林・益川理論[4]に基づく理論計算の比較が長らく待たれていました。

自然界では、中性K中間子の崩壊で生じる2つのπ中間子は、互いに反対方向の運動量を持ちますが、計算機上で崩壊するπ中間子に運動量を与える方法がなく、正確な計算が不可能でした。今回、国際共同研究グループは計算機上に表した空間格子の境界条件に工夫を加えることにより、K中間子が自然界と同じ運動量を持ったπ中間子へ崩壊する状況を実現しました。

そして、スーパーコンピュータ「IBM Blue Gene/Q」で大規模格子量子色力学[5]計算を行い、小林・益川理論と素粒子の標準理論[6]から導き出されるCP対称性の破れのサイズを初めて計算で示し、実験結果との比較が可能であることを示しました。

国際共同研究グループでは近い将来、より一層計算精度を上げることを目指しており、それが現在の素粒子物理の標準理論を超えた未知の物理法則の発見につながると期待できます。

成果は、米国の科学雑誌『Physical Review Letters』（11月20日号）掲載に先立ち、オンライン版（11月17日付）に掲載されました。

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