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重力波の検出でアインシュタインの理論が証明される・時空の歪みを追う「LIGO」に続く日本の「KAGRA」


重力波って何?


化学の世界では日々、様々なニュースが発表されていますよね。

この数日、「いよいよか?」と、Xデーがささやかれていたのが「重力波」の発見。

この「重力波」とは、一体何なのか・・・

今回、重力波の発見を発表した「LIGO」に続けとばかりに、日本では「KAGRA」がスタンバイ中です。

アインシュタインが約100年前に提唱していた「一般相対性理論」


計算上は証明されていたのですが、実際に「時空の歪み」が観測されたのは初めての事です。



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「時空の歪み」重力波を追う超巨大な観測設備・極僅かな振動を追う



重力波とは、「宇宙を構成する物質の振動」と言えます。

・・・すでに、こういった言い回し自体が、私たち一般人には難しい(笑)

例を挙げてみますと、超新星の爆発とか、ブラックホールの合体とか、宇宙の中でおきている原書によって、重力波が発生します。

重力波=時空の歪み、となります。

宇宙空間で発生する重力波ですから、当然地球にも影響があります。

ごくわずかですが、その衝撃によって、私たちが暮らしている地球そのものも、私たち自身も、常にちょっと揺れていることになります。

宇宙空間で重力波を生み出すエネルギーは、地球上で生活する私たちから較べると「超巨大」なわけですが、そのパワーが地球に届くまでには、極僅かな揺れとなってしまいます。

いちいち重力波の揺れを私たち自身が感じとっていたら、生活などできないですからね。

実際には、重力波が地球に届くころには、「原子の10億分の1」レベルの振動になってしまうそうです。

そのくらい微々たる現象を観測するために、世界中の科学者たちが競って観測をつづけているのです。


このような「極わずかな振動」である重力波を観測するためには、どうしても相対的に大きな規模の観測設備が必要になります。

小さなものを捉えるためには、その現象をすこしでも大きく確認できる設備が必要ですよね?

今回、重力波の観測に成功したと発表した「LIGO」は、一辺の長さが4kmもある装置です。


・・・4kmですよ?

一般的に、人が普通に歩く速度が時速4kmといわれていますから、装置の端まで歩いて一時間かかるような、巨大な設備になります。

4kmもあるアームを二本、90度に直角に設置し、それぞれのアームの端に鏡を設置します。

直角に接合されている部分から、各アームの先端にある鏡へ向けてレーザー光線を発射。

各アーム上を、レーザー光は数往復して戻ってきます。

その時、二つのレーザー光線が重力波の影響を受けていると、戻ってくるタイミングにズレが生じることになります。

・・・時空に歪みがあるのですから・・・

その、二本のレーザー光線の僅かな差異を観測できれば、「時空に歪みがあった」=「重力波の発見」となるわけですね。

規模が巨大な割に、ミクロ、マクロの世界を追いかけている研究なんですね。





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日本の「KAGRA」がスタンバイ・「地下&冷却」の観測精度で「LIGO」に続く



「一般相対性理論」で有名なアインシュタイン。


アインシュタインは、自身が提唱した一般相対性理論のなかで、「時空は物体の重さでたわんでいるネット(網)に例えることができる」と述べています。

池に石を投げ入れたときにできる「さざ波」のようなイメージでしょうか。

要は、宇宙空間で起きている、このような「さざ波」が重力波のこと。

数学的には存在は認められていたのですが、一般相対性理論の発表から約100年間に渡り、実際にその観測はできずにいました。

今回、「重力波」の観測に成功したのは、「LIGO」という国際チーム。

現在進行形で、他にも世界規模で観測がすすめられています。

日本ではどうか?といいますと・・・

岐阜県飛騨市、旧神岡鉱山跡の地下に大型低温重力波望遠鏡「KAGRA」があります。


まだ完成したばかりとのことで、3月の試運転にむけて調整中のようです。

「LIGO」は地上にある観測設備でしたが、日本の「KAGRA」は鉱山跡の地下200mの深さに建設されています。

重力波の観測方法は、「LIGO」と同様で、L字型(90度)のレーザー光線照射。

レーザー光は二本各々の真空ダクト内を光速で進み、端に置かれた鏡で反射して戻ってきます。

日本の「KAGRA」のダクトの長さは3キロメートル。

「LIGO」よりも1km短いですが・・・

「KAGRA」のアドバンテージは、地下200mにある設備である事と、レーザーを反射する鏡が「マイナス20℃」であること。

地下にあるだけで、地震による「揺れ」や、生活ノイズによる影響を受けにくくなります。

また、鏡を冷やすことで、原子レベルの振動を抑えているそうです。

・・・より、「重力波」に対して敏感になるようにつくられています。

そういえば、「スーパーカミオカンデ」も地下でしたよね。


重力波の発見は、時間や空間が伸び縮みすると考える「相対性理論」を証明する決定打となります。

光では観えないといわれている「ブラックホール」などの天体観測についても、これまで以上に進むことになるでしょう。

そして、宇宙の成り立ちが、さらに精妙に研究されてゆくきっかけとなるのではないでしょうか。

日々進化していく科学の世界。

「時空の歪み」が証明されるとなると、「タイムマシン」が現実になってくるかもしれません。

ついに、そのような時代に突入するかもしれません。

・・・楽しみでもあり、ちょっと怖い気もしますね(^^)


ここまでお読みいただき、ありがとうございました。



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