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もののしくみ研究室

2016年02月27日 06:00  学び~理科

アインシュタインの宿題~重力波ってなにもの?

前回は、アインシュタインの相対性理論(そうたいせいりろん)について、紹介したよ。
今日は、その続き。

『アインシュタインの宿題~相対性理論ってなにもの?』
http://rakuto-toyota.jp/e354571.html

光のスピードで走ると体がちぢまっちゃったり、重たいものの横では空間がぐにゃっとまがったり。
よくわからないけど、面白そうな相対性理論。
そんな相対性理論をあみだしたアインシュタインが、100年前に「これ、あるはずだよ!」と予言したものがある。

予言はしたけど、じっさいにそれを見ることがむずかしい。
この100年間、それを見た人はだれもいなかった。
それは、重力波(じゅうりょくは)と呼ばれるもの。

『重力波 未知の窓開く』 朝日新聞

世界中の物理学者たちが、みたくてみたくてしようがなかった重力波。
いろいろな国のチームが、きそうように研究を続けてきた。
そしてついに、アメリカのチームが、重力波を見ることに成功したんだ。

ところで、重力波って、なにものなの?



・・・



今から100年前、1916年のこと。
天才アインシュタインは、「ぼくの理論が正しければ、こういうものがあるはずだよ!」と予言した。
重力波と呼ばれるものだ。

相対性理論によれば、重たいものがあると、時空(じくう)、つまり空間や時間がゆがむ。
そのゆがみが、波になって遠くまで伝わっていく。
それが、重力波だ。

池に、石をほうりこんだところを想像してみて。
まず、石のおちた場所の水がゆがんで、そこからまわりに波がひろがっていくよね。
これと同じことが、時空でもおこっているはず。
アインシュタインは、そう考えたんだ。


重力波は、重さのあるものがスピードを出して動くときに発生する。

たとえば、うでをブンと振ってみる。
うでには重さがあるので、そこでは時空にゆがみが発生する。
そのゆがみは、波のように、まわりに伝わっていく。
しかし、重力波は、とても弱い波なんだ。
だから、うでを振ったくらいでは、ほとんど波がおきていないと同じこと。

重力波をとらえようと思ったら、もっともっとめちゃくちゃ重たいものが、大きく動いた時に発生したものをとらえるしかない。
そこで、アメリカの研究チームLIGO(ライゴ)が注目したのは、ブラックホールだ。

地球からおよそ13億光年はなれた場所で、ふたつのブラックホールが合体した。
ブラックホールの重さは、はんぱではない。
めちゃくちゃ重い。
それがふたつ、どんとぶつかった。
その時には、とても大きな重力波が起こっているはずだ。

ただし、その波も、地球に届くころには、すっかり弱くなっている。
それを、目に見えるかたちでとらえるのは、やはり至難の業(しなんのわざ)だ。

そこでLIGOが用意したのは、2本のパイプ。
その長さは、それぞれ4キロメートルで、パイプのはしには、かがみがついている。

そのパイプの中を、光を通す。
光は、かがみで反射して、もどってくる。

それぞれのパイプで、もどってくるまでの時間を図る。
どちらかのパイプで、重力波による時空のゆがみが発生していれば、光のもどってくる時間に差ができる。
そんな実験をとおして、LIGOは重力波をとらえたんだ。

世界中の研究チームがいどんでいた重力波。
まずは、アメリカのチームが、その姿をとらえた。

次の競争は、宇宙が生まれた時に発生した重力波をとらえること。
それをとらえることができれば、今までわからなかった宇宙誕生のナゾにせまることができるはず。

日本でも、KAGRA(かぐら)という観測装置が、もうすぐ完成予定。
日本のチームにも、がんばってほしいね。

写真は、KAGRA公式ページ(リンク)より。
世界中の研究チームが、時には競い合いながら、時には協力し合いながら研究を進めているよ。
http://gwcenter.icrr.u-tokyo.ac.jp/




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