宇宙の神秘
こんにちは！ 今日は上手く説明できるか分からないのですが、宇宙の神秘についてお話していきたいと思います。 宇宙って聞くと、とにかく膨大で暗くて・・・というイメージがあります。 しかし、私たちがその世界を知らないってだけで、ほんとは凄く可能性を秘めた場所じゃないかなって思います。
私たちがただ目に見えないってだけで、「夢や希望が沢山ある」、沢山パワーを貰えるようなそんな所って感じがします。 そんな宇宙のことについて今日はお話していきたいと思います。 それでは早速いってみましょう！
宇宙を構成するもの 「素粒子物理学」という観点から、宇宙を観ていきます。素粒子物理学は、宇宙誕生の瞬間へと時間を遡ります。 素粒子物理学と言えば、とても小さな粒子、私たちの目に見えないくらいの粒子という印象が強いです。
素粒子物理学は、宇宙創成の謎、また私たちの存在を含めた、万物の存在そのものの起源を解き明かしてくれるような存在です。遥か未来、宇宙の行く末をも見通せるような秘密を握っていそうです。
宇宙を構成する粒子
早速何だか難しそうな話にはなっていきますが、宇宙を構成している粒子というものがあります。 その粒子について、幾つか種類をご紹介していきたいと思います。 粒子には、素粒子というものがあります。 物質を構成する基本的な粒子のことです。
ここからは少し細かく宇宙の粒子の名前など取り上げていきますが、粒子の名前が数字やアルファベットであることから、少し難しく感じるかもしれません。しかし、こういうのがあるんだな、という位に読んでいただけると幸いです。
標準理論と言って、物質を構成する｢物質粒子｣と、それらの間に働く力を媒介する｢力の粒子｣、そしてすべての素粒子に質量を与えるという特別な役割を担う「ヒッグス粒子」で構成されています。 ヒッグス粒子は、暗黒物質と暗黒エネルギーともいわれてます。宇宙の大半は、未知の見えない物質「暗黒物質 (ダークマター)」と、真空に蓄えられた謎のエネルギー「暗黒エネルギー (ダークエネルギー)」から構成されています。
何だか名前からして怖そうな感じですね。映画にも出てくるワードです。 暗黒物質（ダークマター）は、天文学的現象を説明するために考えられた仮説上の物質ですが、暗黒物質（ダークマター）は、質量を持つとされています。 暗黒物質は物質とほとんど相互作用せず、光学的に直接観測できないとされてます。 また、暗黒物質は銀河系内に広く存在するとされています。 暗黒物質の存在は、銀河の回転速度や重力レンズ効果の観測結果から推測されています。
しかし、暗黒物質の正体についてはまだ不明なところがあります。 未発見の素粒子が暗黒物質である可能性が有力視されています。これらの素粒子を探すための研究が世界中で行われています。宇宙の全エネルギー組成の約27%が暗黒物質で占めているともされています。
以下は、暗黒物質の発見につながった主要な手法と研究です。
① 重力レンズ効果‐暗黒物質は光を発しませんが、その重力によって背景に存在する銀河の像が歪む「重力レンズ効果」という現象を起こすことから、存在を知ることができています。
② LHC（Large Hadron Collider）‐人類史上最高のエネルギーを生み出すLHCでは、これまで見つけられなかった重い素粒子を作り出せる可能性があるとされてます。
③ 岐阜県の神岡鉱山の地下1000mに建設されたXMASSは、暗黒物質直接探索を目的とした検出器となっています。 ・名古屋大学の研究チームは、暗黒物質の直接探索を行っています。
ヒッグス粒子について
ヒッグス粒子は素粒子の一種で、物質の質量の起源を説明する理論であるヒッグス機構において存在が予想されました。ヒッグス場と呼ばれるスカラー場が導入され、それに対応するスカラー粒子も同時に導入されています。これをヒッグス粒子と呼びます。 ヒッグス粒子の特性‐ヒッグス粒子はスピン0・電荷0のボース粒子であり、スカラー粒子の一種です。
ヒッグス粒子は、宇宙が生まれたばかりのときに起きた大進化と呼ばれています。 宇宙の誕生直後に光の速さで飛び回っていたあらゆる種類の粒子が、状態を変え、素粒子が質量をもつようになりました。 ヒッグス粒子の発見‐ヒッグス粒子の存在は、2012年にスイス・ジュネーブにある欧州原子核研究機構に建設された大型ハドロン衝突型加速器の実験により確認されました。この発見により、ヒッグス機構の正しさが示され、ピーター・ヒッグスとフランソワ・アングレールが2013年のノーベル物理学賞を受賞しました。
スカラー粒子について
スカラー粒子は、以下の特性を持つ素粒子の一種です。 スカラー粒子はスピンがゼロのボース粒子です。ボース粒子は整数の値のスピン（自転）を持つ粒子です。スカラーとは、その値が0に固定されているということです。
場の量子論‐スカラー粒子という名前は場の量子論から来ています。 また、アルファ粒子やパイ中間子などもスカラー粒子です。さらに、仮説上のさまざまなスカラー粒子、例えばインフラトンなども存在します。
ボーズ粒子とフェルミ粒子 量子力学における粒子の2つの主要な分類です。以下にその主な違いを説明します。 スピン‐ボーズ粒子はスピンが整数（0、1、2、…）の粒子で、光子や中間子などが該当します。一方、フェルミ粒子はスピンが半整数（1/2、3/2、…）の粒子で、電子や陽子、中性子などが該当します。 フェルミ粒子は同じ量子状態には1つの粒子しか存在できないという原則を持っています。
一方、ボーズ粒子は同じ量子状態に何個でも粒子が存在できます。 フェルミ粒子の性質は金属の電気伝導性や白色矮星の安定性に関わり、ボーズ粒子の性質はレーザーの動作や超流動性に関わります。
宇宙の次元について
私たちの住む地球は３次元です。 アインシュタインの相対性理論の基礎となる時空（縦・横・高さの空間３次元と時間の１次元）の他に、隠された次元「余剰次元」が存在する可能性があるとされてます。宇宙は広大で、まだ解明されていない謎が数多く存在しています。 凄いですね。４次元どころか、もっともっと上の次元がありそうです。無限に広がってるのでしょうか？
宇宙の最も重たい物体について
宇宙で最も重い物体は観測可能な宇宙そのもので、その質量は約8.4 × 10^53キログラムとされています。しかし、個々の天体としては以下のようなものがあります。
・R136a1‐現在知られている中で最も重い恒星で、その質量は太陽の315倍とされています。太陽の重さがどれくらいなのかが全く分からないのですが、とにかく凄い重さってことなんですよね。
・TON 618‐これまでに観測された中で最大の超大質量ブラックホールが存在する可能性があり、その潜在的な質量は太陽の66兆倍であることが示唆されています。66兆倍とは、既に私の頭では考えることができません。
最後に
宇宙を構成するさまざまな粒子が幾つかあること、そして、次元や暗黒物質のお話し、どれも私たちには未知の世界ですが、そんな世界があるのだと知ると、不思議な感じがします。 難しかったかもしれませんが、とにかく、宇宙に関しての研究は絶え間なく進んでいて、多くの方々の研究により少しづつ明らかになってるんだということが分かります。
あんな真っ暗な宇宙のことについて、少しでも発明ができるって、凄いことですよね。 しかし、私的には、どんなに研究が進んでいったとしても、最後まで解明できないような宇宙の秘密があるような気がしてます。とはいっても、まだ、宇宙の解明って、ほんの少しのような気がしますが。 宇宙の神秘について、また機会がありましたら、取り上げてみたいと思います。