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相対性理論

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1: 2017/06/02(金) 17:49:17.16 ID:CAP_USER9
ケンブリッジ大学の研究チームは、アインシュタインの一般相対性理論が成り立たなくなる「裸の特異点(Naked Singularity)」が、4次元時空(空間3次元+時間1次元)において存在できるとする研究結果を発表した。これまで、5次元以上の高次元空間については裸の特異点が存在する可能性が指摘されていたが、私たちの住んでいるこの宇宙と同レベルの次元であっても裸の特異点が存在しうることを示すシミュレーション結果が得られたのは今回がはじめてであるという。研究論文は、物理学誌「Physical Review Letters」に掲載された。

ブラックホールの内部では質量が中心の一点に集中しており、この点では、密度と時空の曲率が無限大になると考えられている。そこでは、無限大の密度などを計算で扱うことができないため、アインシュタインの一般相対性理論を含む既存の物理法則が成り立たなくなる。このように無限大の出現によって物理法則が破綻する点は「特異点」と呼ばれる。

一方、ブラックホールに吸い込まれると強い重力場にとらえられ、光でさえも戻ってこられなくなるとされている。光が戻れなくなる地点(ブラックホールの内部と外部の境界面)は「事象の地平面」と呼ばれる。ブラックホールの内部で起きた出来事は外部からは観測できず、外部の宇宙に対しては因果関係をもたないとみなせる。

したがって、特異点が存在したとしても、それがブラックホールの内部にあるかぎりは外側の世界には影響がないと考えることができる。物理法則が成り立たない場所が宇宙の中に存在しているのは都合が悪いが、そのような不都合な場所は、上手い具合に事象の地平面によって周囲から覆い隠されているようにみえる。この考え方を「宇宙検閲官仮説(cosmic censorship conjecture)」という。物理学者のロジャー・ペンローズらによって提唱された。

宇宙検閲官仮説がどんな場合でも必ず成り立つかどうかは、議論が分かれるところであり、特異点が隠されずにむき出しの状態で存在する「裸の特異点」についてもさまざまな検討が行われている。

特殊な時空の条件を考えた場合には、裸の特異点が存在可能になるとする研究はいろいろと出てきており、たとえば、2016年にケンブリッジ大学のチームがスパコンを使って行ったシミュレーションでは、5次元空間上に存在する環状のブラックホールでは裸の特異点が形成されるという結果が出ている。

今回の研究が注目されるのは、5次元以上の高次元空間ではなく、私たちの宇宙と同じ次元レベルである4次元時空でも裸の特異点が存在しうると示されたところにある。

続きはソースで

http://news.mynavi.jp/news/2017/06/02/249/
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引用元: 【宇宙】相対性理論を破綻させる「裸の特異点」は存在可能 - ケンブリッジ大 ©2ch.net

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1: 2017/03/22(水) 21:05:17.90 ID:CAP_USER
荒井聡
[2017/03/22]
ウィーン大学とオーストリア科学アカデミーは、量子力学の対象となるミクロの世界において、ある時計の時刻を正確にすることによって、周囲の時計がその影響を受け、不正確になる効果があることを解明した。
これは量子力学と一般相対性理論から導かれる根本的な効果であり、時間測定の物理的限界を示すものであるという。研究論文は、「米国科学アカデミー紀要(PNAS)」に掲載された。

この図のように、一般相対性理論では、空間のどのポイントでも他から影響を受けずに正確に時刻を測れる理想的な時計を考えることができる。
しかし、量子力学も考慮に入れた場合、隣り合う時計同士は互いに独立ではなく、干渉しあって時間が不正確になる(出所:ウィーン大学)
http://n.mynv.jp/news/2017/03/22/171/images/001l.jpg

日常的な世界では、時計によって周囲の時空が変化したり、ある時計が近くの時計に影響を及ぼしたりするといったことはないと考えられている。
また、複数の時計を使えば、近接している複数の場所で、いくらでも正確に時間を測定することができると考えられる。

研究チームは今回、このような常識が量子力学的な世界では成り立たないことを、量子力学と一般相対性理論を組み合わせることによって示した。

量子力学の世界では、粒子の位置と運動量のような互いに関係のある物理量を同時に測定するとき、その測定精度には「ハイゼンベルグの不確定性原理」と呼ばれる限界があることが知られている。
粒子の位置を正確に決定しようとすると、その粒子の運動量は確定できなくなる。逆に、粒子の運動量を確定しようとすると、その粒子の位置は確定できなくなってしまう。

続きはソースで

http://news.mynavi.jp/news/2017/03/22/171/
※本記事は掲載時点の情報であり、最新のものとは異なる場合があります。予めご了承ください。
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引用元: 正確な時計に影響を受け、周囲の時計が不正確になることを解明 - ウィーン大 [無断転載禁止]©2ch.net

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1: 2016/11/29(火) 08:48:56.95 ID:CAP_USER9
真空中を伝わる光の速度は299,792,458m/s(毎秒約30万km)で常に一定であるとする「光速度不変の原理」。これは、アインシュタインの相対性理論など現代の物理学を支えている屋台骨のひとつだ。しかし、科学者のなかには、この根本原理を疑問視し、「遠い昔、宇宙の初期段階では、光速が現在よりもずっと速かったのではないか」と考えている者もいる。約137億年前とされる宇宙誕生から現在に至るまで、光の速度が常に一定だったとすると、宇宙について得られている観測事実をうまく説明できない問題があるためである。

ここまでは宇宙論のなかの仮説のひとつに過ぎないが、インペリアル・カレッジ・ロンドン(ICL)などの研究グループはこのほど、光速度変動仮説の真偽を実験観測によって確かめることを可能にする、ある具体的な理論予測数値を発表した。研究論文は物理学誌「Physical Review D」に掲載された。

その理論予測とは、もしも初期宇宙の光速度が現在よりも速かった場合、宇宙マイクロ波背景放射(CMB)のスペクトル指数が厳密に「0.96478」という値をとることになる、というものだ。CMBはビッグバンから間もない初期宇宙から発せられたと考えられている微弱な電磁波。またスペクトル指数とは、スペクトル図を対数表示して直線化したときの傾きの大きさであり、これまでのCMB観測によって約0.968とされている。測定誤差があることを考慮すれば、この観測値と今回の理論予測値はかなり近いと言える。

スペクトル指数については近年、CMBの観測技術向上によって、より精密な値が得られるようになってきている。このため、光速度変動仮説に基づく理論予測値が観測値と一致するのか、それとも観測事実に合わないとして否定されるのか、いずれにせよ近い将来はっきりと真偽を検証できる可能性が出てきたことになる。

研究グループのJoao Magueijo教授は「光の速度が変動する可能性があるというアイデアは、提唱された当初ラディカルなものだったが、数値予測が伴ったことにより、今では物理学者が実際に検証可能なものになった」と話す。今後、CMBの観測値が今回の予測値に一致すると判明した場合、アインシュタインの重力理論(一般相対性理論)の修正につながる可能性がある。

続きはソースで

http://news.mynavi.jp/news/2016/11/29/058/
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引用元: 【宇宙】遠い昔、光は今より速かった? 光速度不変の原理を覆す仮説を検証 ©2ch.net

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1: 2016/11/08(火) 09:14:59.79 ID:CAP_USER
映画『スター・トレック』の世界では、有名なワープ・ドライブ(ワープ航法)のおかげで、銀河系の横断がいとも簡単だ。このフィクションのテクノロジーを使えば、人類やその他の文明は何百年もかけることなく、わずか数日で恒星間を移動できる。

現実世界では、そこまでの高速移動は不可能だ。なぜなら、宇宙の仕組みを説明するアインシュタインの特殊相対性理論によると、光速より速く移動するものは存在しないから。

現行のロケット推進システムはこの法則に縛られているものの、野心的なエンジニアや物理学者が数多く、スター・トレックの宇宙移動に少しでも近づくための概念設計に取り組んでいる。

「現在もっとも先進的な恒星間旅行のアイデアでさえ、最寄りの恒星まで数十年から数百年の移動時間がかかります。壁は、特殊相対性理論、それに超高速で移動するための技術不足です」と言うのは、恒星間飛行に向けた取り組みを専門とする非営利団体イカルス・インターステラーの創設者であるリチャード・オバウシー氏だ。

「光より速く移動できる宇宙船を作ることができれば、銀河の探査と人類移住の可能性が開けます」

(中略)

1994年、メキシコの理論物理学者ミゲル・アルクビエレ氏が、スター・トレックファンに希望の光を与えた。氏は、アインシュタインの特殊相対性理論に反しない、超光速航法の説を唱えたのだ。

宇宙船そのものを光速まで加速させるのではなく、宇宙船周辺の時空構造をゆがめてしまえばいいのでは? アルクビエレ氏は、時空間にバブルを作る計算を提示した。バブルは、その後方が拡大し、前方が収縮することで推進する。この理論にしたがえば、宇宙船はバブルに沿って運ばれ、光速の10倍以上の速度までの加速が可能になる。

詳細・続きはソースで

http://natgeo.nikkeibp.co.jp/atcl/news/16/110100411/ph_thumb.jpg
http://natgeo.nikkeibp.co.jp//atcl/news/16/110100411/
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引用元: 【宇宙】ワープ航法は実現可能か? 時空のバブルを作れば光速の10倍以上で移動可能 ©2ch.net

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1: 2016/06/16(木) 08:13:12.65 ID:CAP_USER
「重力波」2度目の観測成功! ブラックホール合体で太陽質量放出 (sorae.jp) - Yahoo!ニュース
http://headlines.yahoo.co.jp/hl?a=20160616-00010000-sorae_jp-sctch


またしても快挙です! アメリカの重力波観測所「LIGO」は2度目となる「重力波」の観測に成功したと発表しました。同観測所は今年の2月にも初となる重力波の観測に成功しています。
 
重力波とは、時空の歪みが光速で移動する現象です。あらゆる物体は時空に歪みを生じさせますが、現時点で観測できるほどの歪みはブラックホールの合体などの、超大質量の天体活動に限られています。さらに、重力波の存在は100年前にアインシュタインも予言していました。
 
今回の重力波も14億光年離れたブラックホールの合体から発生したものでした。2つのブラックホールは光速の半分のスピードで合体する前に、お互いの周りを27回周回しました。またそれぞれのブラックホールは太陽の8倍と14倍の質量を持ち、合体により21倍の質量の天体となります。そして、残りの太陽と同等の質量が重力波として放射されたのです。
 
バーミンガム大学でLIGOチームに所属する天体物理学者のJohn Veitch氏は、「今回の発見は、宇宙でたくさんのブラックホールが将来観測されるであろうことを意味します」と語っています。さらにバーミンガム大学のWill Farr氏によると、現在観測できる領域だけでもブラックホール同士の衝突は15分に1回も起きているそうです。
 
また海外だけでなく、日本でも重力波望遠鏡「かぐら」が3月に試運転を開始しており、こちらでも重力波の観測が期待されています。重力波の観測は宇宙の誕生やブラックホールの仕組みの解明に役立つとされており、今後の研究の発展が実に楽しみですね!

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引用元: 【相対性理論】「重力波」2度目の観測成功! ブラックホール合体で太陽質量放出 [無断転載禁止]©2ch.net

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1: 2016/06/08(水) 21:04:40.58 ID:CAP_USER
世紀の発見「重力波」解明へ。宇宙望遠鏡の試験機「リサ」が実験成功 (sorae.jp) - Yahoo!ニュース
http://headlines.yahoo.co.jp/hl?a=20160608-00010002-sorae_jp-sctch
http://amd.c.yimg.jp/amd/20160608-00010002-sorae_jp-000-1-view.jpg


昨年12月に打ち上げられた、ブラックホールなどから発せられる重力波を観測する重力波望遠鏡の試験機「リサ・パスファインダー」。ESA(欧州宇宙機構)は7日、その試験機が高いパフォーマンスを示したと発表しました。今後、NASAとESAは3機の衛星を運用して宇宙空間に巨大な重力波望遠鏡を構築する予定です。
 
重力波といえば、今年2月に米国の観測所「LIGO」が初観測に成功したことでも話題になりましたね。空間の歪みが伝播する重力波は約100年前にアインシュタインによって予言されていた現象で、ブラックホールの合体など巨大な天体活動から発生します。
 
リサの中には金とプラチナでできた2つの立方体が内蔵されています。これらは真空容器の中で無重力により自由状態で浮遊しており、その位置のずれを高精細なレーザー観測で測定。もしずれていれば、重力波が伝播したことがわかるという仕組みです。この2つの立方体の重量差はウイルスほどだというのですから、その繊細さがわかりますね!
 
重力波はLIGOのように地上でも観測は可能ですが、3つの衛星を500万kmの離れた位置に配置できる発展型LISA(eLISA)ではより低周波の重力波を捉えることができます。これにより、宇宙のさまざまな場所で起きる超巨大ブラックホールの融合による重力波を捉えることができるのです。宇宙はまだまだわからないことだらけですが、宇宙に打ち上げられた「巨大な望遠鏡」でその姿が解き明かされることを期待しましょう!

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引用元: 【相対性理論】世紀の発見「重力波」解明へ。宇宙望遠鏡の試験機「リサ」が実験成功 [無断転載禁止]c2ch.net

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