【歴史に名を残す人物】車いすの宇宙物理学者ホーキング博士の生涯

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難病を抱えた「車いすの天才物理学者」と知られているスティーブン・ホーキング博士が76歳でこの世を去りました。

英主要メディアが親族の話として、ケンブリッジの自宅で亡くなったと、2018年3月14日に報じました。

冥福をお祈りいたします。



車いすのホーキング博士

ホーキング博士は、21歳のときに運動ニューロン疾患(MND)の進行により、車いす生活を強いられました。

ただ、医師からは余命2年とも言われていたものの、幸いにも病状の進行が非常に遅かったため今日まで生き続ける事ができ、50年あまりにわたって研究を続けることができました。

その代表的な業績といえば、数学者で宇宙物理学者のロジャー・ペンローズ氏とともに一般相対性理論と関わる分野で理論的研究を前進させ、1963年にブラックホールでは一般相対性理論が破綻するという特異点定理を証明し世界的に名を知られた。

1971年には「宇宙創成直後に小さなブラックホールが多数発生する」とする理論を提唱、1974年には「ブラックホールは素粒子を放出することによってその勢力を弱め、やがて爆発により消滅する」とする理論(ホーキング放射)を発表そしました。

量子宇宙論という分野を形作る基を築き上げた第一人者であり、現代宇宙論に多大な影響を与えた人物であります。

このホーキング放射の発表では、科学誌Natureの表紙を飾ることになり、ホーキング博士は一躍全世界にその名前と姿を知られることとなりました。

ホーキング博士の人気は世界中にわたる

1988年に発表された書籍『ホーキング、宇宙を語る』はロンドン・サンデータイムズ紙で長年にわたってベストセラーとなり、20年のあいだに発行数1000万部以上を記録しました。

2014年には、ホーキング博士を献身的に支えた前妻ジェーンとの物語を綴った映画『博士と彼女のセオリー』が公開されました。第87回アカデミー賞では5部門にノミネートされ、博士を演じたエディ・レッドメインが主演男優賞を受賞しています。

ホーキング博士の警告!人類は100年以内に滅びる

近年発展を続けるAIについては博士は懐疑的で、2015年にはアップル共同創業者のスティーブ・ウォズニアック、SpaceX CEO イーロン・マスクらとともにAIを搭載する自律ロボット兵器の開発使用禁止を訴える書簡を国連に提出したりもしていました。

ホーキング博士は、新しい技術が間違った方向に進む可能性があることを強調し、それを扱う人類のあり方について警告を発していたようです。

天才物理学者のアルベルト・アインシュタインもそうだったように、彼と同様にホーキング博士は、科学技術が社会に与える影響を私たち人類が充分に考慮し、正しい方向を向いていることを確実に明確にしていくべきだと指摘しました。

つまり、私たち人間が科学に対する基礎的な理解を持ち、確かな知識に基づいて地球の未来を客観的に考え、意見を表明できる必要があるということです。

博士が、このような発言を繰り返していたのは、まさに、私たち人類に科学への感心を持ってもらい、地球の未来が破滅にならないように警告をしていたためであり、それが科学者としての責務であると自覚していたのだといえます。

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【分かりやすく説明】重力レンズとは ~アインシュタインの相対性理論~

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アインシュタインの相対性理論では、太陽や銀河などの強い引力をもつ「重力源」の周りの空間は曲がっていて、そこを通る光も曲がって進むとされています。

遠くにある天体と同じ方向に、銀河や銀河団などの大きな重力源があると、その天体がいくつもあるように見えたり、変形して見える事があります。

これは重力源によって、光が曲がってしまう為です。

このように、重力がレンズのように働く事を「重力レンズ」といいます。

この重力レンズの効果によって、私たちは、ゆがめられた宇宙の姿を見せられるのです。

重力レンズのしくみ

例えば、はるか遠くにある天体と私たちの間に重力源となる銀河があるとします。

すると光は、曲げられた進路を進む為、「私たちには天体はゆがめられた姿となって見える」というものです。

地球から50憶光年離れている位置にある銀河団が重力源となって、その2倍遠くにある銀河の像をいくつも宇宙につくりだしています。

遠くの暗い天体がより明るく見えるのも、重力レンズの働きのおかげだと言えます。

天然の天体望遠鏡ともいえる重力レンズは、様々な情報をもたらし、宇宙の研究に

役立っているのです。

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【相対性理論って本当?】アインシュタインの相対性理論は正しいと証明できるのか

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アインシュタインの一般相対性理論は、物理学を代表的な理論です。

アインシュタインが論文を出した当時は、それまでの考え方を覆すような理論だった為、議論が巻き起こりました。

現在は、その相対性理論は当たり前の理論になっていますが、なぜ当たり前になったのでしょうか。

どのような証拠があったからこそ当たり前の理論になったのでしょうか。

ここでは、一般相対性理論を裏付ける証拠となったものを紹介します。



皆既日食を利用して一般相対性理論を裏付ける

天文学者のアーサー・S・エディトンは、アインシュタインの一般相対性理論を知った時とても興奮し、研究チームに加わった後、1919年5月29日の皆既日食を利用してその裏付けをする計画を立てました。

一般相対性理論では、重力が光の進路を曲げるとされています。

はるか遠くの星からの光が太陽の近くを通ると、太陽の重力に引っ張られる為、私たちの地球から観測すると、その星は本来の位置とは少しずれた位置に見える事になります。

それまで、この現象は観測不可能でした。

なぜなら、太陽の周りに見えるはずの星は、太陽の光に妨害されて観測が出来ない為です。

しかし、皆既日食の時には、太陽の光が月によってさえぎられる為、少しの時間ですがそれらの星は観測出来るのです。

皆既日食の時に撮影された写真と、異なる時期の夜間に撮影した写真を比較し、位置のずれをチェックするというわけです。

ニュートン力学によれば、星の光の重力によるずれは、0.87秒曲がると予言されていました。

一方、アインシュタインは1.75秒と予言していました。

(円周の360度の1度分を60等分したものが1分です。1秒は、360度を60等分したものを更に60等分したものとなります。)

観測当日の様子

皆既日食が見られる地点での観測は、ブラジルのソブラルと中央アフリカの西のギニア湾に位置するポルトガル領のプリンシペ島に決定されました。

観測当日、ブラジルは朝のうちは曇りでした。

月が太陽を隠し始めた時も、空の9割は雲で覆われていました。

その後、雲は徐々に消えていき、太陽が完全に隠れる時には雲は完全に消えていました。

太陽が隠れると、観測班はメトロノームを動かし始め、メトロノームが10回拍子を刻むたびに観測員の一人が合図の声を出しました。

このようにして、露出時間を計ったのです。

一方、プリンシペ島の当日は激しい雷雨でした。

太陽が完全に隠れる1時間前には、流れる雲の合間から太陽を見れるようになり、観測班はやっとの思いで写真撮影をしたのだといいます。

観測結果と結論

観測結果は下記のようになりました。

ブラジルのソブラル ⇒ 1.98秒±0.12秒

プリンシペ島 ⇒ 1.61秒±0.30秒

どちらの結果も、ニュートン力学の0.87秒よりは、一般相対性理論から計算されていた1.75秒に近い値となり、アインシュタインの理論の強い裏づけとなったのです。

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【分かりやすく説明】アインシュタイン特殊相対性理論 ~動いている物体は長さが縮む

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時間の事を考えた事はありますか?

時間は絶対的だとの認識をしている人も多いのではないかと思います。

しかし、物理学的には、時間は絶対的ではなく相対的なものなのです。

特殊相対性理論

等速運動する物体において、物理法則は互いに不変であるという原理(相対性原理)と光速度不変の原理から導かれたのが、1905年にアルベルト・アインシュタインが提唱した特殊相対性理論であります。

①時間と物体の長さが縮む

特殊相対性理論は、時間と空間にする相互間の変換が、相対速度が光速に近づくとアインシュタインの「特殊相対性理論」により、光速に近い速さで進むと時間が縮みます。

そして、同様に光速に近い速さで動いている物体は、長さも縮みます。

 

わかりやすく例を挙げてみます。

例えば、全長100mの飛行船があるとします。

この飛行船が光速の90%の速さで移動したとしたら、全体の長さは40m程度になります。

同じ飛行船が今度は、光速の99.9%の速さで移動したとしたら、なんと全体の長さは4mに縮むのです。

とはいえ、飛行船の中に居る人が、縮んだ分、ギューギューに窮屈になるかと言えば、そうではありません 。

中に居る人達は、なんら変わりなく元の長さのままです。外から見た人には縮んで見えており、中に居る人にはそのままの長さというのは、どういう状態なのでしょうか。

それは、中に居る人達の長さも、同じ縮尺で縮んでいるのです。

 

そして更に、光速に近い速さで移動すると、時間と長さが縮む他、物体の質量が増えます。

「質量が増える」とはどういう事でしょうか。

②物体の質量が増える

この私たちの宇宙で一番速い物質は光です。

あらゆる物体は光の速さを超える事は出来ません。

物体が光速に近づけば近づくほど、物体の質量は急激に増え無限大に近づきます。

加速する為に質量がエネルギーに変わってしまいます。

光は質量がゼロなので、何があろうと光速は越えられないという事ですね。

 

特殊相対性理論 「E=mc2」の有名な式がそれです。

エネルギー(E)= 質量(m)✕ 光速(C)の2乗




③時間と長さの相対性

物体は光速に近い速さで動くほど、時間はゆっくり流れ、物体の長さは縮みます。

 

例として、光速に近い速度で走る新幹線があるとします。

そして、その新幹線に乗っているAさんと新幹線が通り過ぎるのを見ているBさんがいます。

お互いは、すれ違う時に手を振るという約束を交わしたとします。

この時、Bさんから見たAさんは、時間がゆっくり動いている為、手の振り方までもが異常にゆっくりした動作に見えます。

また逆に、Aさんから見たBさんは、「Bさんが光速に近い速度で走り抜けている」という事になりますので、Bさんのての振り方はゆっくりに見えるのです。

速さと同じく時間も相対的なものなので、2人がすれ違う時は、お互いが相手の動きを遅く感じるのです。

どちらか片方だけが正しくて、どちらか片方は間違いだとか思い込みだとかいう事はないのです。

AさんもBさんも、両方ともがゆっくり動いているのです。

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