【最新更新日　：　2018年02月09日金曜日 】

２０１７年の読書履歴（2017-101）

★ 評価は、私の独断と偏見でつけたもので、読んだ時点で「ん、これは良かった！」と思った本です。
　　本そのものの良し悪しとはまったく関係ありません。☆はイチ推し、◎は、おすすめの本です。

№	了月	書籍名		著者	出版社	評価	コメント＆抜き書きへのリンク
101	17/12		宇宙は何でできているのか	村山　斉	幻冬舎新書	◎	第１章　宇宙は何でできているのかニュートリノは毎秒何十兆個も私たちの体を通り抜ける・ニュートリノは宇宙から大量に降り注いでいます。私たちの体は１秒間に何十兆個もニュートリノを浴びていますが、ほかの物質とはほとんど衝突せずにスルスルと通り抜けてしまうので、見つけるのは至難の業です。・カミオカンデがキャッチした１１個のニュートリノは、大マゼラン星雲で起きた超新星爆発によって生じたものでした。・この超新星爆発は、銀河全体よりも明るくなるほどの光を放ちましたが、その光エネルギーは、爆発によって生じた全エネルギーの１％にすぎません。・爆発で出たエネルギーの９９％を占めていたのがニュートリノです。・超新星爆発で大量のニュートリノが生じたことは、その星が地球や太陽と同じ「原子」でできていることを物語っています。・宇宙に存在するニュートリノをすべて集めると、宇宙にあるすべての星とほぼ同じ質量になるというのです。この発見は、１９９８年のこと。すべての星を集めても宇宙全体の重さの０．５％・私たちの目に見える星たちは、すべて足し合わせても、宇宙の全エネルギーの０．５％にしかならない。・ニュートリノを加えても、たった１％にしかなりません。・アインシュタインは、あの有名な「Ｅ＝ｍｃ²」（エネルキー＝質量Ｘ光速の２乗）という方程式によって、物質の質量はエネルギーに換算できることを示しました。ですから、星の質量もエネルギーに換算して比較できるのです。・星やガスなど宇宙にあるすべての原子をかき集めても、全エネルギーの４．４％程度にしかなりません。・実は「原子以外のもの」が、宇宙の約９６％を占めている――それがわかったのは、２００３年のことでした。宇宙全体の２３％を占める「暗黒物質」・では、原子ではない96%は、いったい何なのでしょうか。残念ながら、それはまだわかっていません。ただし、名前だけはついています。　その１つが「暗黒物質（ダークマター）」と呼ばれるものです。・正体は不明でも、それが「ある」ことはわかっています。・その存在を前提にしないと辻褄の合わない現象がいろいろとあるからです。・暗黒物質は宇宙全体に偏在しており、それが宇宙の全エネルギーに占める割合は約23%。原子のおよそ５倍です。・光り輝く星たちが主役だとばかり思っていた銀河系ですが、その星をつくっている原子は、宇宙の中ではマイナーな存在にすぎません。・「銀河」とは名ばかりで、実のところ、それは暗黒物質の溜まり場のようなもの。そこに星がちょっと混ざっているのが、銀河系の実体なのです。宇宙の大部分を占めるお化けエネルギーとは・原子と暗黒物質を合わせても、まだ27%。宇宙のほんの一部にすぎません。・それ以外の73%――つまり宇宙の大部分――は、「暗黒エネルギー（ダークエネルギー）」と呼ばれています。【宇宙が膨張していることがわかったのは】・光や音などの「波」は、光源や音源が近づいたり離れたりするときに、波長が変化します。・誰もが日常的に経験するのは、いわゆる「ドップラー効果」でしょう。・自分に近づいてくる救急車のサイレンは高く、遠ざかっていく救急車のサイレンは低く聞こえます。近づく音は波長が縮まり、遠ざかる音は波長が引き伸ばされるからです。・光の波長にも、それと同じことが起こります。音波は波長の変化によって「高さ」が変わりますが、こちらで変化するのは「色」です。・たとえば、遠ざかる星は赤く、止まっている星は黄色く、近づいてくる星は青白く見えるわけです。・その変化を観察したところ、たとえば黄色に見えるはずだった星が赤くなるなど、星や銀河が地球から遠ざかっていることがわかりました。・だからといって、地球が宇宙の中心にあって、ほかの星がどんどん離れているわけではありません。・空間全体が膨らんでいるから、それぞれの星が遠ざかっているように見えるのです。ビッグバンの証拠になった太古の残り火・本当に宇宙は「小さくて熱い状態」から膨張した――つまり「ビッグバン」は本当にあった――ことを示す証拠は、「マイクロ波宇宙背景放射の異方性」です。・「マイクロ波」とは、電子レンジや携帯電話などで使われているのと同じような電波のことです。・その電波が宇宙のあらゆるところから飛んでくるのが、「宇宙背景放射」です。・それがどうしてビッグバンの証拠になるかと言えば、これはもともと、宇宙が熱かった時代に出た「光」だったからです。宇宙は加速しながら膨張し続けている・「マイクロ波宇宙背景放射の異方性」の発見によって、宇宙がビッグバンから始まり、137億年かけて現在の大きさまで膨張したことが完全に裏付けられました。・つい最近になって、宇宙の膨張が「加速」していることがわかりました。・そうだとすると、「投げたボール」を透明人間のような何者かが後ろから押しているとしか考えられません。その「何者か」が、暗黒エネルギーだと考えられています。こんなにわからないことがあるとわかった21世紀・原子には原子核と電子があり、原子核は陽子と中性子で成り立っており、陽子や中性子はクォークという素粒子でできている……原子の発見からおよそ100年をかけて、物理学は宇宙の成り立ちをそこまで突き止めました。・しかし、かつて「すべて原子でできている」と思われた宇宙には、まだ私たちの知らない謎の存在がたくさんあったのです。・わからないのは、暗黒物質と暗黒エネルギーだけではありません。逆に、「存在しない事」が不思議なものもあります。「反物質」です。・すべての粒子には性質は同じで電荷だけが反対の「反粒子」が存在し、したがってすべての物質には「反物質」が存在します。・ビッグバンの瞬間には、それが物質と同じだけ生まれたはずでした。しかし現在の宇宙には、自然状態で存在する反物質が見あたりません。これも大きな謎です。・また、その存在が予言されているものの、まだ見つかっていない粒子もあります。・物質の「質量」がそれによって生まれていると考えられる粒子で、予想される量は、なんと宇宙の全エネルギーの10⁶²%。・これが「ヒグス粒子」と呼ばれるものです。第２章　究極の素粒子を探せ！なぜ見えない暗黒物質の「地図」がつくれるのか・一般相対性理論は、物質に「重力」が働く仕組みを説明するものでした。・「重力が空間を曲げるから引力が働く」と説明したのが、アインシュタインです。・物質の重さによって空間が曲がるから、物質がお互いに引き合っているように見えるわけです。・そしてアインシュタインは、空間が曲がる以上、光も重力によって曲がって進むと考えました。・ならば、大きな重力を持つ太陽の近くを通る星の光も曲がるはずです。・光が天体などの重力によって曲げられて、観測者からの見え方が変わることを、「重力レンズ効果」と言います。遠くの宇宙を見るとは昔の宇宙を見ること・宇宙で「遠くを見る」のが、「昔の光を見る」のと同じだということです。・地球からの距離が遠ければ遠いほど、私たちは時間を逆行して「昔の宇宙」を見ていることになります。・望遠鏡では見えない領域があるのは、それが「遠い」からではありません。そこが「古い時代の宇宙」だから見えないのです。・最新の研究成果によれば、宇宙の誕生はいまから137億年前と考えられています。・そして、誕生してから2億年間の宇宙は、まだ星ができていない時代でした。・そこにあったのは、バラバラの原子と暗黒物質だけ。したがって、そこには「光」というものが一切ありません。・「見る」とは「光をキャッチする」ということです。いくら性能のいい望遠鏡を向けても、光を発していない「暗黒時代」の宇宙からは、何の情報も得られないわけです。光も電波も届かない、宇宙誕生後38万年の厚い壁・暗黒時代を「見る」方法がないわけではありません。・可視光線は出ていなくても、そこに水素原子があれば、電波は出ます。その電波をキャッチすれば、いまつくっている「暗黒物質マップ」のように、どこにどれだけの原子があったかを調べることができるでしょう。・しかし残念ながら、その「見える」にも限界があります。その方法で見ることができるのは、宇宙誕生後38万年あたりまでです。・なぜなら、それより昔の宇宙はあまりにも熱いため、原子が原子の状態を保てず、原子核と電子にバラバラになってしまうからです。・ある空間が「熱い」状態のとき、そこにはエネルギーが充満しています。逆に言うと、エネルギーが高ければ高いほど熱くなるんですね。・たとえば、私たちが「寒い」と感じる日は、空気中の原子がゆっくり働いています。「暑い」と感じるときは、運動エネルギーが高まっているので、原子がビュンビュン動いています。光は波なのか粒子なのか――量子力学の始まり・ラジオの電波や可視光線など（総称して「電磁波」）には波長がある。・「電子」という粒子にもそれがある。・あらゆる「粒子」は「波」のように振る舞い、あらゆる「波」は「粒子」のように振る舞う。・それが「量子力学」の始まりです。・この新しい力学が生まれたきっかけは、波だとばかり思っていた「光」が「粒子」のように振る舞うとわかったことです。私たちの体は超新星爆発の星くずでできている・「超新星爆発」　寿命を迎えた星が爆発し、それによってバラまかれた物質を材料にして、また次の星が生まれる――宇宙ではそんなことが繰り返されてきました。・その結果、地球にもさまざまな元素があるわけです。・超新星爆発がなければ、私地の体をつくる炭素も地球には存在しなかったでしょう。・つまり、私たちの体は「星くず」でできているのです。原子が土星型であることを明らかにしたラザフォード実験・原子核を野球ボールだとすると、原子全体は山手線一周ぐらいの大きさになります。これ以上は分割できない素粒子、クォーク・100種類以上もある原子が、実はすべて陽子・中性子・電子の３種類でできている。・陽子と中性子はもっとバラバラにできることがわかりました。それが、「クォーク」という素粒子です。第１世代のクォーク、「アップ」と「ダウン」・原子をバラバラにすると「電子」と「クォーク」になるわけですが、素粒子はそれ以外にもたくさんあるのです。・地球に現在存在する原子の陽子や中性子などを構成するクォークには「アップクォーク」と「ダウンクォーク」の２種類があります。・陽子は「アップ」２つと「ダウン」１つ、中性子は「ダウン」２つと「アップ」１つ。・陽子も中性子も３つのクォークから成っている。・原子（電子、アップクォーク、ダウンクォーク）に、電子ニュートリノを加えた４つの素粒子のことを、標準模型では「第１世代」と名付けました。誰も探していないのに見つかってしまった謎の素粒子・第２世代以降の素粒子は宇宙の創成時に存在し、現在の地球には存在しません。・宇宙線とは宇宙空間を飛び交う高エネルギーの放射線のことで、地球にもたえず降り注いでいます。・第２世代で最初に見つかったのは、「ミューオン（ミュー粒子）」という素粒子でした。・ミューオンは私たちの体を毎分約1000個も通り抜けています。・ミューオンはのちに、中間子とまったく無関係でないことがわかりました。・湯川理論が予言した中間子（パイ中間子）が発見されると、それが崩壊してミューオンになることがわかったのです。クォークには３世代以上あると予言した小林・益川理論・「電子と電子ニュートリノ」というというペアとは別に、より質量の大きい「ミューオンとミューニュートリノ」という世代があることがわかりました。・「クォークには３世代以上あるはずだ」と大胆な予言をした物理学者がいました。それが、2008年にノーベル賞を受賞した小林誠さんと益川敏英さんです。・小林・益川理論の予言どおり、素粒子は３つの世代を繰り返すことがわかったのです。物質は構成せず「力」を伝達する素粒子もある・３世代の素粒子　◉第１世代　電子、電子ニュートリノ、アップクォーク、ダウンクォーク　◉第２世代　ミューオン、ミューニュートリノ、チャームクォーク、ストレンジクォーク　◉第３世代　タウオン、タウニュートリノ、トップクォーク、ボトムクォーク・いま挙げた12種類の素粒子は、すべて「フェルミオン（フェルミ粒子）」と呼ばれるもの。・それとは別に、「ボソン（ボース粒子）」という言葉で分類される素粒子が存在するのです。第３章　「４つの力」の謎を解く　　　　　　　　　　重力、電磁気力重力、電磁気力、強い力、弱い力・物が地面に落ちることや、自分が地に足をつけて歩けること、なぜ物と物が「くっつく」のか、その不思議な現象を、アインシュタインは「重力が空間を曲げるのだ」と説明したわけです。・もうひとつ、磁石のS極とN極、電気のプラスとマイナスが引き合う現象です。・重力とちがって、こちらは「引力」だけではありません。・S極とS極、マイナスとマイナスなどの場合は、逆に「斥力(せきりよく)」が働いてお互いが離れようとします。・かつて、電気と磁石の力はまったく別のものだと思われていました。それが同じ力であることを見抜いて「電磁気力」に統一したのは、19世紀の物理学者マクスウェルです。・自然界で働く「力」は重力と電磁気力だけではありません。・素粒子が活躍するミクロの世界には、それ以外に２つの「力」があります。・そのうち１つには、陽子と中性子（と、それを構成するクォーク同士）をくっつける力がそれです。これは重力や電磁気力とは違うもので、名前は「強い力」。・もう一つの名前は「弱い力」です。・弱い力はすべての粒子に働きます。・中性子のベータ崩壊が弱い力が起こす現象の代表例です。・重力、電磁気力、強い力、弱い力。私たち物理学者は、自然界に存在するこの４つの力を、たった１つの原理で説明したいと考えています。質量はエネルギーに変えられるという大発見・「光速度不変の原理」　光速に近い速度で移動すると時間が遅れる。・アインシュタインによれば、毎秒3億メートルという光の速度を超えて物体を加速させることはできません。誰も光を追い抜くことはできないのです。　　――　完　――