みなさんこんにちは！　サイエンスライターな妖精の彩恵りりだよ！ 今回の解説は、宇宙の全ての物質を網羅したチャートについて詳しく解説するよ！ 普段解説しているニュースと違って、この論文は何か新しい科学的発見とかそういう話じゃないけど、全てを網羅した結果、宇宙そのものに関して中々面白い事実が分かってきた、というユニークな研究でもあるよ！ 宇宙の全ての物質を語れる理論は存在しない 私たちの宇宙には素粒子、原子、ウイルス、生物、惑星、恒星、銀河、ブラックホールなど、実に多種多様な物質が存在するよね？物質はどのように誕生したのか？というのは物理学の究極の課題の1つだよ。 また、それと関連する話題として、宇宙を正確に記述する物理学の理論が未完成だという問題もあるよ。現在の物理学は、「一般相対性理論」と「量子力学」の2本柱で構築されているけど、課題も存在するよ。 例えば、一般相対性理論は宇宙や銀河くらい

宇宙の「まとめ」です。 オーストラリア国立大学（ANU）で行われた研究によって、宇宙に存在するあらゆる物体のサイズと質量の関係を1枚の紙に並べた、最もスケールが大きい図表が作られました。 この図表を見れば、宇宙に存在するあらゆる物体のサイズと質量がどんな関係にあるかがわかり、私たちの宇宙の基本的な性質を視覚的に知ることができます。 ただ作られた図表は「素粒子から全宇宙」までを網羅する極スケールであるため、ぱっと見ただけではよくわかりません。 そこで今回は図表のどこに何があるかをわかりやすく説明し、「宇宙全体がブラックホールになる」ことを示唆する理由についても解説したいと思います。 研究内容の詳細は、2023年10月1日に『American Journal of Physics』にて「全ての物体といくつかの疑問（All objects and some questions）」とのタイトルで公

【▲ 図1: 宇宙における普通の物質、暗黒物質、暗黒エネルギーの割合。暗黒物質は普通の物質の4倍以上も存在する（Credit: 彩恵りり）】この宇宙に銀河が存在している以上、その回転速度は重力で恒星を引き留められる限界の速度よりも低いはずです。ところが銀河の回転速度を実際に調べてみると、恒星の数をもとに見積もった銀河の質量から推定される重力では、恒星を引き留めるの不可能なほどの高速で回転していることがわかっています。この観測データは、光 (可視光線) などの電磁波では観測することができず、重力を介してのみ間接的に存在を知ることができる「暗黒物質 (ダークマター、Dark matter)」の存在を示唆しています。暗黒物質は電磁波で観測できる普通の物質の4倍以上もの量があると算出されているにもかかわらず、その正体は現在でも不明です。 暗黒物質という名前は、この物質が光では観測することができない

超光速の視点から特殊相対性理論を拡張し、量子力学の基本原理を取り入れることが可能になるという理論の研究が発表された。超光速の世界は、3つの時間次元と1つの空間次元からなる時空で説明され、さらには超光速の物体が本当に存在する可能性もあるとしている。この研究は、ポーランドのワルシャワ大学と英オックスフォード大学によるもので、2022年12月30日付で『Classical and Quantum Gravity』に掲載された。 1905年に発表された特殊相対性理論によって、3次元空間に時間が4つ目の次元として加わり、これまで別々に扱われてきた時間と空間の概念がまとめて扱われるようになった。特殊相対性理論は、ガリレオの相対性原理と光速の不変性という2つの仮定に基づいている。 この2つのうち重要なのはガリレオの相対性原理だ。この原理では、全ての慣性系において物理法則は同じであり、全ての慣性観測者は同

毎年、世界中の研究者が、人類の知の蓄積に貢献している。 古生物学者や考古学者は過去の痕跡から、はるか昔に失われた生命や文明を明らかにする。生物学者や地球科学者は地球とこの星に暮らす生命の仕組みを解明し、天文学者は地球の外に広がる謎を追求する。そして医学者は、人体の複雑さとそれを脅かす病気を研究し、人類という種を守るための新たな手段を開発する。 人類の絶え間ない探求と実験からもたらされる発見は、予想もしなかったようなものであることも少なくない。今年、特に大きな驚きとなった発見を以下にまとめた。

同じ物体でも視点が違えば、全く異なる形にみえることがあります。 米国のハーバード大学で行われた研究によれば、これまで別物だと考えられていた「通過可能なワームホール」と「量子テレポーテーション」が、実は同じ現象に対して異なる解釈をしていたに過ぎないことが実験的に示されました。 現在物理学者たちの大きな悩みのタネの1つが、非常に小な世界を説明するための量子理論と、星が発する重力など非常に大きな世界を説明する一般相対性理論に、全く互換性がないということです。 しかし新たに行われた研究では量子プロセッサーに通過可能なワームホールの特性を疑似的に組み込むことで、量子力学と相対性理論の結び付けに成功します。 さらに「量子もつれ」の状態にある量子をワームホールの端と端に配置することで、量子の情報がワームホールの内部を一瞬で通過する「ワームホールを用いた量子テレポーテーション」つまり「ワームホールテレポー

https://www.nhk.jp/p/special/ts/2NY2QQLPM3/blog/bl/pneAjJR3gn/bp/pzwyDRbMwp/ (2022年4月10日の放送内容を基にしています) 2020年4月。「ａｂｃ予想」と呼ばれる数学の重要な未解決問題を、日本人が証明したというニュースが駆けめぐりました。論文を書いたのは、京都大学数理解析研究所教授 望月新一博士。世界的天才として知られてきた人物です。 ａｂｃ予想を証明した、博士の「宇宙際タイヒミューラー理論」。査読の完了と専門誌への掲載は、望月博士の偉業が、世界に正式に認められたことを意味しました。ところが…望月の証明はまだ受け入れられないと主張する数学者が多数現れ、今も激論が続いているのです。一つ一つ論理を積み上げていけば、誰もが同じ結論に達するはずの数学の世界。完全に正しいとする数学者がいる一方で、なぜ多くの数学者が理

宇宙はビッグバンによって始まり、それ以前は「無」だったというのが現在の定説となっています。 けれど、もしかしたら私たちの宇宙は常に存在していて始まりはなかった可能性が、新たな量子重力理論によって示されました。 イギリス・リバプール大学(University of Liverpool)の研究チームは、因果集合理論（causal set theory）と呼ばれる量子重力の新しい理論を使い、宇宙の始まりについて計算したところ、宇宙に始まりはなく無限の過去に常に存在していたという結果を得ました。 この結果に従うと、ビッグバンは宇宙が遂げた最近の進化の1つでしかないということになります。 この研究は『arXiv』で公開されたのみで、査読付き論文誌に掲載されてはいませんが、ビッグバン以前の宇宙は無だったという説明に納得できない人には、興味深い洞察になるかもしれません。 この研究成果は、2021年9月2

将来、人類が広い宇宙を旅することを望んだとき、光速を超える移動手段は避けることのできない必須の技術となるはずです。 アルクビエレ・ドライブは比較的現実味のあるワープのアイデアとされています。しかし、負のエネルギーを必要とする点が大きな問題となっていました。 科学雑誌『Classicaland Quantum Gravity』に掲載された新しい研究は、アルクビエレ・ドライブの物理法則に逆らう負のエネルギーの存在を取り払うことに成功したと報告しています。 これによって、少なくとも物理法則的には達成できるワープ航法の可能性が出てきました。

ブラックホールには一度入ったが最後、光さえも脱出できないほど強い重力がかかる領域の境界「事象の地平面」があるといわれている。しかし、理化学研究所はこのほど「ブラックホールは事象の地平面を持たない高密度な物体である」とする、これまでの通説とは異なる研究結果を発表した。 従来、ブラックホールに落ちたリンゴの情報がどうなるのかはよく分かっていなかったが、今回の研究を進めていけばブラックホール中の情報を追跡できるようになり、ブラックホールを情報のストレージにできる可能性も開けるという この理論を発表したのは、同研究所の横倉祐貴上級研究員らの共同研究チーム。従来のブラックホール理論が一般相対性理論に基づくのに対し、研究チームは一般相対性理論と量子力学に基づいて理論を組み立てた。 従来の理論では、光も脱出できない内側の領域をブラックホール、その境界を事象の地平面といい、ブラックホールの質量によって決ま

理化学研究所（理研）数理創造プログラムの横倉祐貴上級研究員らの共同研究チームは、量子力学[1]と一般相対性理論[2]を用いて、蒸発するブラックホールの内部を理論的に記述しました。 本研究成果は、ブラックホールの正体に迫るものであり、遠い未来、情報[1]を蓄えるデバイスとしてブラックホールを活用する「ブラックホール工学」の基礎理論になると期待できます。 近年の観測により、ブラックホールの周辺のことについては徐々に分かってきましたが、その内部については、極めて強い重力によって信号が外にほとんど出てこられないため、何も分かっていません。また、ブラックホールは「ホーキング輻射[3]」によって蒸発することが理論的に示されており、内部にあった物質の持つ情報が蒸発後にどうなってしまうのかは、現代物理学における大きな未解決問題の一つです。 今回、共同研究チームは、ブラックホールの形成段階から蒸発の効果を直

スイスのジュネーブ近郊にある欧州原子核研究機構（CERN）のATLAS検出器。ATLAS実験チームは今回、別の実験チームとともにヒッグス粒子の崩壊を観察した。（PHOTOGRAPH BY BABAK TAFRESHI, NATIONAL GEOGRAPHIC CREATIVE） 物理学者たちは数十年前から、「神の素粒子」と呼ばれるヒッグス粒子を探してきた。宇宙を満たし、物質に質量を与えると考えられてきた粒子だ。ヒッグス粒子は2012年にようやく発見され、存在を予言した物理学者がノーベル賞を受賞した。そして今回、物理学者らがヒッグス粒子のボトムクォークへの崩壊を観察し、新たな洞察を得た。（参考記事：「「科学の大発見」はもうない？」） この研究は、ヒッグス粒子の崩壊を予測していた理論素粒子物理学にとっても、数十年がかりで実験装置を建造した欧州原子核研究機構（CERN）にとっても、非常に大きな業

宇宙に関する話題になると、しばしば「ひも理論」という言葉を耳にしますが、その実体がどういうものなのかはあまり知られていないもの。そんな「ひも理論」について説明したムービーが、YouTubeで公開されています。 String Theory Explained – What is The True Nature of Reality? 宇宙の真理を知りたいがために、古くから人間はありとあらゆる理論を考えてきました。 人類は長い歴史の中でいろんな理論を考えて検証し、「この理論は正しいようだ」「この理論は間違っている」という取捨選択を行ってきました。しかし、正しいとされる理論ほど難解で複雑なものになってしまいがち。 「ひも理論」も多くの学者から支持されているものの、非常に複雑で誤解されやすい理論です。では、どのようにして「ひも理論」は生み出されたのでしょうか。 自然科学の研究者たちは、物事の本質を

ブラックホールに吸い込まれた物がもつ物理的な情報が消失することで生じる「ブラックホール情報パラドックス」と呼ばれる難問を解消するため、ブラックホールや情報についてどのように考えれば良いかというアプローチについてムービー「Why Black Holes Could Delete The Universe – The Information Paradox」がアニメーションで簡単に説明しています。 Why Black Holes Could Delete The Universe – The Information Paradox - YouTube ブラックホールは宇宙最強の存在で、すべての星を原子レベルにバラバラに分解できるほどのパワーを持っています。これだけでも十分、恐ろしいブラックホールですが、宇宙そのものを消し去ってしまうような恐ろしい側面があると考えられています。 ブラックホールは

「金環日食」などが大きな話題になった2012年に続いて、2013年も「ペルセウス座流星群」「アイソン彗星」といったさまざまな天文ショーが楽しめるそうです。普段は宇宙について学ぶ機会があまりないという人も、これらの“ショー”をきっかけに、宇宙の神秘さに触れてみたくなることがありますよね。宇宙の“すごさ”を体験できる6つのサイトを紹介します。 ■ 太陽系の惑星を知る「惑星の旅」 ▽ http://jvsc.jst.go.jp/universe/planet/ 独立行政法人科学技術振興機構が運営するWebサイト「JSTバーチャル科学館」では、太陽系の惑星を解説するコンテンツ「惑星の旅」を公開しています。探査機が捉えた200点以上に及ぶ惑星の写真を、ナレーターによる解説とともに楽しめます。フルスクリーンで見る惑星の写真は、圧倒的な迫力です。各惑星を目指した探査機の歴史や、「人類はなぜ土星を目指すの