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アインシュタインの人生で辿る宇宙物理
- 2. 留意事項 あくまで発信日時での公開情報を中心とした内容であることに留意ください。 所属企業ではなく、あくまで個人としての発信です。本情報に伴う結果に関して責任は 負いかねますのでご了承お願いいたします。 COPYRIGHT@ KOJI FUKUOKA 2
- 3. 本シリーズ共通の趣旨：３つの謎の解明をカジュアルに楽しむ COPYRIGHT@ KOJI FUKUOKA 3 生命とは？ 宇宙とは？ 知能とは？ 宇宙物理学 宇宙生物学 分子生物学 合成生物学 神経科学 コンピュータ科学 物理学 生物学 化学 生理学 数学 解きたい謎 関連する学問テーマ 学問テーマの大分類 今回の テーマ 【自己紹介】 IT企業でAIなど新技術を活用した 事業開発。 元々宇宙物理研究を志し、 今は１科学愛好家。
- 5. 幼年時代：革命児の片鱗 COPYRIGHT@ KOJI FUKUOKA 5 生地と6歳(隣は妹)・14歳時の写真 • 両親はユダヤ人で父親は実業家 • 5歳のころコンパスの針に興味を持つ • 16歳のころドイツの学校を退学して 家族のいるイタリアへ • 16歳のころ感じた人生を変える疑問 「光のスピードで進んだら鏡にうつらな いのだろうか？」 〇Wikipedia
- 8. アインシュタインの大学時代：好きなことに没頭 COPYRIGHT@ KOJI FUKUOKA 8 • ギリギリ入学 • 物理の成績も秀でていない • 好きなこと(電気技術)に没頭 • 卒業後に就職かなわず • 最初の妻との出会い マルセル・グロスマン チューリッヒ連邦工科大学 〇Wikipedia
- 9. アインシュタインがはまった電磁気学とは？ COPYRIGHT@ KOJI FUKUOKA 9 ジェームズ・クラーク・マクスウェル (1831–1879) 〇Wikipedia 電磁気現象 •磁石が鉄を引き寄せる •摩擦した琥珀が軽い物体を引き寄せる •雷や稲妻 電磁気学の重要年表 1785年 - シャルル・ド・クーロンが、2つの電荷間で作用する力は、距離の 2乗に反比例するというクーロンの法則を発見。 1826年 - オームが、電圧と電流、電気抵抗の関係を表したオームの法則 を発見。 1831年 - ファラデーが、導線を通り抜ける磁力線の数が時間的に変化す ると、導線に誘導起電力が発生するというファラデーの電磁誘導の法則を発 見。 1856年 - ジェームズ・クラーク・マクスウェルが、電磁気の第1の論文「ファ ラデーの力線について」を発表。これによって、電気現象を数学的に表現。 1861年 - マクスウェルが、第2の論文「物理的力線について」を発表。電 磁場理論を発表。 1864年 - マクスウェルが、第3の論文「電磁場の動力学的理論」で、電 磁波の存在を予言。
- 12. 大学卒業から就職へ 同大学助手を志望したが叶わず、グロスマン の斡旋で何とか特許技師に勤務： 発明の実用性を審査⇒懐疑主義の醸成？ COPYRIGHT@ KOJI FUKUOKA 12 アインシュタインハウス(当時の住居) チューリッヒ工科大学の最終成績スコア(6が最高) https://www.businessinsider.com/einstein-biography#at-21-einstein-earned-his-physics-teaching-diploma-5 German 5; French 3; Italian 5; History 6; Geography 4; Algebra 6; Geometry 6; Descriptive Geometry 6; Physics 6; Chemistry 5; Natural History 5; Art and Technical Drawing 4.
- 13. 1905年「奇跡の年」 COPYRIGHT@ KOJI FUKUOKA 13 3月 光電効果 ブラウン運動 特殊相対性理論 5月 6月 9月 E=mc2 追加論文 金属等に一定条件での光を照射 すると光電子が飛び出す現象を、 光量子仮説で解明（光は粒でも ある） ⇒量子力学発展の基礎 〇Wikipedia ミクロな不規則な運動(植物学者 ブラウンが発見)は、熱運動する媒 質の分子の不規則な衝突による ものであると提唱 ⇒分子/原子の存在証明へ ガリレオ変換（相対性原理）とマ クスウェル理論(絶対静止系の エーテル仮説)の齟齬を満たすべく、 下記2つを導入 光速度不変の原理 相対性原理：全ての慣性座標 系は等価 ⇒時間は絶対でなく相対的 距離＝速さ×時間
- 14. アインシュタインの日の出 COPYRIGHT@ KOJI FUKUOKA 14 量子論の父マックス・プランク(1858-1947) 〇Wikipedia • 特殊相対性理論を擁護⇒「相対性理論」名付け親 • 光量子仮説に関心をもったが慎重派 • アインシュタインのベルリン大学招聘へ尽力
- 16. 時空・物質/エネルギーの再定義 COPYRIGHT@ KOJI FUKUOKA 16 物体(エネルギー)は周囲の時空を歪ませる。重力とは時空の歪みである Gμν (時空の歪み)= κTμν(物質場の分布)(1916) Gμν + Λgμν (宇宙定数)= κTμν(1917) アインシュタイン(または重力)方程式 ※曲面も扱える数学(リーマン幾何学)を 土台としているため難解・・・(右は数学の助っ人) 一般相対性理論の検証・応用として宇宙への関心が広がる 宇宙への考察を基に方程式を修正して再提案 1917年 論文『一般相対性理論についての宇宙論的考察』 1918年 論文『重力波について』 〇Wikipedia
- 22. 一般相対性理論の予言２：ブラックホール 1965年：ペンローズの特異点定理 重力崩壊がある程度以上進行し、また物質のエネルギー密度と圧力が適当な条 件を満たせば、ブラックホールの内部で必ず特異点が存在。その後、スティーブン・ ホーキングも加わり、物質が適当なエネルギー条件を満たす限りビッグバン宇宙論で 初期特異点が存在することを証明。 ⇒ブラックホールの実観測に成功した科学者と共に2020年ノーベル物理学賞受賞 （ホーキングは2018年に死去） COPYRIGHT@ KOJI FUKUOKA 22 The Royal Swedish Academy of Sciences has decided to award the Nobel Prize in Physics 2020 with one half to Roger Penrose University of Oxford, UK “for the discovery that black hole formation is a robust prediction of the general theory of relativity” （ブラックホールの形成が、一般相対性理論 から導出できることを証明） and the other half jointly to Reinhard Genzel Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching, Germany and University of California, Berkeley, USA and Andrea Ghez University of California, Los Angeles, USA “for the discovery of a supermassive compact object at the centre of our galaxy” （超大質量コンパクト天体が我々の天の川 銀在中心にあることを発見（＆一般相対性 理論の検証にも） ※出所：ノーベル賞公式サイト https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2020/summary/ https://www.nobelprize.org/uploads/2020/10/advanced-physicsprize2020.pdf
- 25. アインシュタインと戦争・国家 COPYRIGHT@ KOJI FUKUOKA 25 〇アインシュタイン その生涯と宇宙 １９２１〜３９年に書かれたドイツのヒトラー台頭と、 ユダヤ人の抵抗の書簡(2019年にオークション出品) 1933年：名誉市民をはく奪され、賞金首(5万マルク)に 1939年：ヒットラー首相就任後にアメリカ亡命 ルーズベルト大統領へ原子爆弾について警告 1940年：アメリカ国籍取得 ルーズベルト書簡への署名 • 原爆反対の立場をとり「ラッセル・アインシュタイン宣言」を実現 し多くの科学者が署名 • ユダヤ人独立国家を目指すシオニズム指導者ワイズマンとも活 動し、1948年イスラエル国家建設にも貢献。初代大統領ワ イズマン死去後の1952年に大統領への就任依頼が届いたが 固辞（遺産はイスラエル国立大学へ寄贈）