2015年5月9日土曜日

村山斉さんの書いた、「宇宙は何でできているのか」を読んで、読書感想文を書きました。

村山斉さんの書いた
、「宇宙は何でできているのか」を読んで、
2011年1月、私は下の通り、読書感想文を書きました。
写真は、本の表紙を、撮ったもの。

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読書感想文(宇宙は何でできているのか・・・村山斉)
 
村山斉さんは、1964年3月に生まれ、
<東大で博士課程を修めた
<素粒子理論を専門とする物理学者です
 
村山斉さんは、1964年3月に生まれ、
東大で博士課程を修めた
素粒子理論を専門とする物理学者です。
東大を出て、東北大学の助手になりましたが、
2年でアメリカに行き最後は教授になりました。
 
そして2007年からは、
新しく出来た東大数物連携宇宙研究機構(IMPU)の
機構長になっています。
 
私はまったく、この人は知りませんでした。
が、帯に「すべての星と原子を足しても
宇宙全体の重さのほんの4%。では残り96%は何か?」と
書いてあり、私の目を引きます。
それで中身も見ずに、本を買いました。
 
まず、「宇宙の重さなんて分かるか」、と思います。
そして、「すべての星と原子の重さも分かるのか」と
思ったのです。
でもなんとなく、いい本だという予感がしました。
読んだらいい本でした。
 
中身は今のビッグバンを中心とした、宇宙の科学の話と、
陽子・中性子等を構成するクオークや
電子・ニュートリノの話等、素粒子の科学の話です。
 
現在、この分野でどんなことが議論されているか、
世界の科学者たちはどんなことを分かろうとしているか、
分かりました
(というか、この本は私を分かった気にさせました)
 
宇宙の大きさはM(メートル)で言えば、
10の27乗の極大の話ですし、
素粒子は、10の-35乗の極小の話です。
1乗違っただけで桁違いの大きさ、あるいは
小ささといいますが、この極大と極小の違いは、
その比ではなく気の遠くなるような違いですね。
 
読んでいると、私の価値観なんて
「小さい、小さい」と思いました。
この世界の理論は一つ一つはファジーのように見えますが、
世界の科学者は、それを理解し、またそれを新たな発想で、
1つの理論の中に納めようとしています。
 
そして私には、それは半ば成功しているように思えました。
追求しているときの人間(科学者)って、
素晴らしいなと思います。
 
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<現在の宇宙理解と素粒子理解を、
<私にそれなりに分かった気持ちにさせる、
<村山斉さんってセンスが良い
 
現在の宇宙の話や、素粒子の話は、ときどき読みますが、
その理論の基礎となる相対性理論や量子力学などには、
私の分からないことばかり出てくるので、
理解することにギブアップしていました。
 
しかしこの本は、それらを面白く、
「そうだこういう方向で考えれば、分かるかも知れない」と
思わせるように、書いています。
難しい学問の内容に、
私の勉強の方向性を示してくれているような気がしました。
 
難しい話に、まちがったことが書いてあると、
それだけで考える方向が間違ってしまうような、
恐怖感があります。
 
現代物理は、そういう常識から考えると、
理解できないことが理論化されているので、
頭をゆるゆるに緩めないと
理解できないのだと思って来ました。
 
そういう意味では、非常識を受け入れるような、
頭の体制を作っているところに、
間違いがあるとそれは疲れる。
 
しかし、この本は理論と人間世界の事実を
対照させて(実証的に)書いてあるので、
間違えても人間世界の
現実に戻れるような安心感がありました。
 
どういう実験からどういう理論が導かれているか、
そういう説明にエネルギーを割いていて、安心なのです。
それをこの難しい理論の世界で、
網羅的に行えるということに、
そうとうに書いている村山斉さんの、
理解の広さとセンスの良さを感じました。
 
しかし、一度目に読んだときは、
今まで聞いたことがある程度の科学の言葉
(言葉は聞いたことはあるけど、それは孤立した
固有名詞としての私の頭へのインプットだった)を、
私の知っている言葉と関連付けてくれるので、
 
これなら私も先端科学を理解できるかも知れないと、
張り切らせてくれました。
が、この本を二度目に読んだときは、
それらの理論の私の理解がこの本を読む前と変わらず、
私は分かってないとガッカリさせられました。
 
でも、ノーベル賞を貰った日本人の人たちが
使っている言葉の、それぞれの関係を理解できたことは、
やはり一定の進歩なのでしょうか。
 
だから、今回の読書は、
「この宇宙と素粒子の科学で、何が議論されているか、
私のレベルでですが、改めて分かった」ことと
「分からないことが何か、分かった」という成果を、
私に与えてくれたということになるのだと思います。
 
まだまだ私も死ぬまで先はありますが、
これらを考えていれば、
生きるのに飽きることはないなと思いました。
 
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<理解の原点に戻る>
 
「粒子であり波である」
「エネルギーと質量は同じである」
「不確定性の原理」
「光に近い速度で旅行できるなら、今浦島になれて、
自分は若いまま人が歳を取っているのが見られる」など、
 
今の先端科学には、
私の分からないことがいっぱい出てきます。
その分からなさは、
今回、読み終わっても同じでした。
 
ただ一つの違いは、その分からない難しい
(私達の常識とはかけ離れた)考えが、
新たな数式を生み、その数式が先端科学の現場や、
半導体の製造現場などで使われているという
事実を知ったことです。
 
先端科学は、単なる哲学、アイデアでは決してないことが、
この本から分かりました。
どれも実験結果を説明するために、
人が考え抜いて作った理論なのです。
 
私がいかに、古典力学(ニュートン力学)の世界に
とらわれているかを、思い知らされた読書でした。
古典力学は、私でも分かる(ような気がする)のです。
自分の普段の経験、世界理解は、
古典力学を前提にして作ってきました。
 
先端科学を理解するためには、
この自分の世界観を変えていく必要があります。
私ももう63歳だから、死ぬまでの自分の宿題には、
「ちょうどいいな」などと思いました。
 
自分の世界観が変われば、仏教も理解できるかも知れない。
般若心教も理解できるようになるかも知れない。
(そう考えるのは、甘いかも分かりませんが)。
 
私の20歳前は、岡潔
(1901年~1978年、有名な数学者)の随筆を
先生か友だちに勧められて読んで、面白かったので、
読んでいます。
 
そこに「数学の理論は多数決で決まる」と言った
内容がありました。
それを読んで以来、「人が考える」「法則が正しい」
というのは何かと、私は思い続けています。
 
岡潔さんは、多変数解析函数論の研究で有名な、
研究者でしたから、
自分で新たな理論を作っていったのでしょう。
そしてその理論を作る過程で、
 
「正しいこと」「世の中で使われること」について、
考えた結果が「数学は多数決」という
言葉になったと思います。
数学こそ、「世の中から独立した正しさ」を追及して来たと、
思っていた私はビックリしましたし、
それから私の世界を見る目は変わりました。
 
それで触発されたと思いますが、
ポアンカレー(1854年~1912年)の書いた
「科学と仮説」を読み、私の20代前半まで、
この本を繰り返して読んでいます。
 
結局、理解できませんでしたが、
「科学とは、自分達の作った仮説を
検証していくことである」ということだけ、理解しました。
そうか、「世の中でこれが絶対」なんてものはないのか。
 
カンで「仮説」を作って、
それで説明できることが多いかどうかを、
確かめていく作業が科学なのだ、と理解したのです。
だから、誰かが言った「科学の説とは予言の説である」
という言葉にも、素直にうなずけました。
 
私は以上のような、思考の遍歴を辿ってきたので、
先端科学に対する、心構えは前から出来ていると思います。
が、その先端科学は、
理論が私の常識をはるかに超えることで、
今まで私を拒絶していました。
 
最近、般若心教
(その内容は、先端科学に似ているらしいです)などを
読み出したのは、またこの先端技術に挑戦する、
自分(八木)の気持ちが蘇って来たからかも知れません。
この本を手に取ったのも、
そのせいかも知れないと思いました。
 
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すべての星と原子で、重さは宇宙のほんの4%。
<では残り96%は何か?
 
本の質問の答えを、先に言ってしまえば、
「星(太陽や私達の住む地球を含む)や銀河の原子」
が0.5%、
「ニュートリノ」が0.1から1.5%、
「普通の物質(ガス雲のような形で宇宙空間を漂っている)」
が4.4%、
 
「暗黒物質」が23%、
「暗黒エネルギー」が73%、「反物質」が0%、
「暗黒場(ヒグス粒子)」が10%です。
暗黒物質より後ろの「物質」のことは、
総体的には重く、この本に説明が簡単に書かれていますが、
正確には私にも分かりません。
 
但し、宇宙空間は、太陽系の大きさと較べて、
桁違いに物凄く大きいので、
暗黒物質が総体で重いと言っても、
私達の住む地球上の物質よりは、
相当に(いや物凄く)軽いのです。
 
暗黒という“おどろおどろしい”名前がついていますが、
それは分からないということで、
暗黒という名前がついただけで、
多分、分かってしまえば、
それは暗黒でもなんでもなくなってしまうのです。
 
それでは、宇宙の重さはなんで分かるのでしょう。
それが分かるのは、公転速度のせいです。
 
地球が太陽の周りを回る速度
(太陽の周りを地球は、
秒速30kmという物凄い速さで回っています)と、
地球から太陽までの距離(1億5千万km)は
分かっており、それから、
地球を引っ張っている太陽の重さが分かりました。
 
同じように、太陽系は天の川銀河
(地球を含む太陽系はここに所属しています)の
重心の回りを、秒速220kmと言う
猛スピードで回っています。
これから天の川銀河の重心の重さを計算しました。
 
すると天の川銀河の星の重さを足したものより、
ずーっと大きいのです。
そこで天の川銀河のなかに暗黒物質を、
想定するしかありませんでした。
星の重さを足したものが分かるというのは、
星を見続けた人間の成果
(と私は分からないながら理解しました)です。
 
もう一つ、相対性理論から、
重力で光は曲がるということが分かっていますが、
星の方角での微妙なズレ
(計算した値と、実際に観測できた値の差)が、
宇宙区間の重さの分布を知らせます。
 
「暗黒物質より後ろに書いてある物質の重さ」を
推定するのに役立っているのは、その光の曲がりでした。
なんだかよく分かりませんが、
私達があまり理解できていないものが、
宇宙の重さの大部分だというのが分かります。
 
宇宙は静かな広い空間ですから、
密度は小さくても積分すれば大きなものになるのですね。
 
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<この本の構成>
 
この本の構成は、次の通りです。
( )内は説明されているページ数です。
 
-序章  ものすごく小さくて大きな世界  (14ページ)
-第1章 宇宙は何でできているのか    (34ページ)
-第2章 究極の素粒子を探せ       (46ページ)
-第3章 「4つの力」の謎を解く-重力、電磁気力
                                                                      (40ページ)
 
-第4章 湯川理論から小林・益川理論へ-強い力、弱い力
                                                                      (48ページ)
-第5章 暗黒物質、消えた反物質、暗黒エネルギーの謎
                                                                      (30ページ)
 
宇宙と素粒子の研究が紹介されています。
なるほど、専門家はこう見ているのだな、と思いました。
素粒子と宇宙は、ビッグバンで通じているのかと思います。
素粒子を研究することで、世界が分かってきました。
それらが、ノーベル賞に繋がっているのです。
 
ただひたすら感心しながら、
でも分からないことはたくさんで、分かるためには、
これからも沢山考えなくてはいけないと思いました。
 
以下に、各章で述べられていることのうち、
私が興味を持ったものだけになると思いますが、
短めに紹介して見ます。
 
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<ものすごく小さくて大きな世界>
 
宇宙の大きさはM(メートル)で言えば、
10の27乗の極大の話ですし、
素粒子は、10の-35乗の極小の話です。
 
この大きさの感覚はわかりませんので、
私達人間の大きさから極大にしたものと、
極小にしたものが、
この本に紹介されていましたので、
以下に紹介して見ました。
 
なお、桁数の違いを説明しているので、0.5~5までは
一つの大きさレベルに、くくります。
多少の誤差は許して下さい。
 
極大へ:
人間は1m→ 街のビルは10m→ 
東京タワーは100m→富士山は1000m→ 
地球の直径は10の7乗m(急に大きくなりました)→ 
地球から太陽までの距離は10の11乗m→ 
 
天の川銀河系の大きさは10の20乗m
(これも急に大きくなりました)→ 
天の川銀河を含む銀河団の大きさは10の23乗m→ 
銀河団をたくさん含み私たちが
観測できる限界の距離の宇宙の大きさが10の27乗m。
 
万が10の4乗、
億が10の8乗、
兆が10の12乗、
京が10の16乗。
宇宙の大きさはそれより十分に大きいのですね。
 
ちなみに光のスピードは、3×10の8乗m/秒です。
1年で進む光の距離は10の16乗mです。
 
極小へ:
人間は1m→ りんごは10の(-1)乗m→ 
原子1個の大きさ=電子の軌道の大きさは
10の(-10)乗m→ 
原子核の大きさは10の(-15)乗m→ 
 
原子核を構成する陽子や中性子を、
また構成するクオークの大きさは10の(-19)乗m→ 
超ひも理論で期待されている
素粒子の大きさは10の(-35)乗m
 
この極大と極小の世界を、この本は、
大きいほうを追いかけていったら、
小さいほうの尻尾が見えてきた、
「ウロボロスの蛇」になぞらえています。
 
極大を追求すると、極小が見えてくる。
極小を追求すると、極大が見えてくる。
 
この世も同じことで、
宇宙と素粒子は、両方とも同じものを見つけているのですね。
これぐらいの大きさや、小ささを追求すると、
私達の哲学も変わってくるのでしょう。 
 
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<宇宙は何でできているのか>
 
宇宙を見ることは、観測することから始まります。
ガリレオは、望遠鏡を覗くことで
「それでも地球は回っている」という言葉を、
異端裁判で幽閉されても吐きました。
 
太陽の構成元素は、その光スペクトラム分析から分かります。
宇宙の重さは、衛星、恒星等の公転から分かりました。
また、重力の星の原因物質分布が、
星の光の曲がり具合(見え方の歪み)から分かります。
 
私達にとって意外なところで、世界が見えてくる。
その結果が、この本の帯の質問になって、出てくるのです。
私は、この章を読んで感心するばかりでした。
 
大きいほうを調べていって、わからなくなくなったら、
小さいほう、つまり素粒子を調べる。
高エネルギーを使って。小さいほうを調べれば、
大きいほうも見えてくるはずだ・・・の信念のもとに。
 
この極大と極小を持つ現実世界が、
1つの理論で説明されるのですから、面白いですね。
その信念は、結局正しいことが証明されると思います。
しかし、どの大きさが行き止まりなのかは、分かりません。
 
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<究極の素粒子を探せ>
 
この章は、宇宙の始まりのビッグバンの説明から始まります。
もの凄い高温からスタートしていますが、
それは私達の常識を超えた世界で、
私など考える気もおこりません。
しかし、そこを追求しているのが、現代の科学者たちです。
 
そして、ビッグバンを知ることを狙って、(精度の高い)
高エネルギーを使った素粒子研究に邁進しています。
もう一つ、宇宙から降ってくる宇宙線の分析や観測も、
人間に智をもたらします。
でも、もうこの辺になると、私もさっぱり分かりません。
 
この章の最後のほうで、
素粒子の標準模型が説明されていました。
標準模型では、フェルミオン(実態)と
ボソン(力の素)があります。
 
フェルミオンは、
さらにクオークとレプトンの2つに別れます。
その第1世代は、クオークでは
アップクオークにダウンクオークです。
その第2世代、第3世代もありました。
 
この世代の違いが何を意味するのか、私には分かりません。
ただ、はっきりしていることは、
それらが順に発見されていることでした。
 
レプトンの第1世代は電子と電子ニュートリノです。
これにも第2世代、第3世代がありました。
私は、理解なんかしなくても、
こういうことが議論されているということが分かることで、
「理解したことにしよう」と矛先を納めます。
 
ボソンには、4つがあります。
それらは、フォトン(光子、電磁気力)、
グルーオン(強い力)、
Zボソン(弱い力)、
Wボソン(弱い力)です。
 
弱い力が2つ、素粒子の標準模型に入って、
グラビトン(重力)が
この標準模型に入らないのは、何故でしょう。
グラビトンが入れば、世にいう4つの力が、
すべてこの標準模型に入ることになるのに。分かりません。
 
この本では、分からないことが沢山出てきましたので、
1つや2つ分からないことが増えたからと言って、
私はビックリしません。
そういえば、力を統一して説明するのに、
重力だけが、まだそこに入ってないと聞きましたが、
そういうことも関係しているかも知れません。
 
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<「4つの力」の謎を解く-重力、電磁気力>
 
電磁気力は、良く耳にしています。
マックスウェルの電磁方程式もありました。
光子は、電磁気であるという話も聞きます。
だから、まあ電磁気力は、
私達のそばでいつも議論されているものでしょう。
 
重力も、ニュートンのりんごが出てきたり、
天体の運動の説明に利用されたり、良く議論されています。
だからこれらの概念は、
私にとって身近なのでしょうが、
でもやっぱり分かりません。
 
E=M・c(の自乗)(これは原爆の説明でも使われるし、
太陽の熱の発生もこれで説明されています) 
なんていう公式で、質量保存の法則が破られるとか。
フーンとうなります。
 
ここには、「不確定性理論」や、
「パウリの排他律がフェルミオンでは成り立って、
ボソンでは成り立たない」等、
不思議な話が沢山出てくるのです。
私の常識的頭では、理解できないことばかりです。
 
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<湯川理論から小林・益川理論へ-強い力、弱い力>
 
簡単に言うと、強い力と弱い力は、
原子核内の力のことをさします。
2つとも近場(この場合の近場は、原子核内のことなので、
極小の世界の近場です)でだけ働くという特徴がありました。
 
原子核内では、水素は別にして他の原子では
2つ以上の陽子が、1つの原子核内に収まっていますが、
陽子と陽子はともに+で、電磁気力だけでは斥力が働きます。
しかし、複数の陽子が同じ原子核に留まっていますから、
その電磁気力を凌駕する、強い力が原子核内にあるはずです。
それが、「強い力」です。
 
「弱い力」は「強い力」よりさらに
到達距離が1/1000らしい。
その弱い力が、中性子を陽子に変えたり、
陽子を中性子に変えたりして、
太陽の燃えるのを手伝っているらしい。
 
らしいらしいというのは、
本当は私も分かっていないからですが、そのようです。
「弱い力」は、そのふるまいで
「パリティの保存則」を満たさないらしく、
だから、色荷という概念が導入されたらしい。
 
「パリティの保存則」を満たさないのは
ビックリなのだそうですが、
それを説明するため、色荷の概念が導入され、
それがノーベル賞をもらった
小林・益川の理論に繋がっているそうです。
 
++++++++
<暗黒物質、消えた反物質、暗黒エネルギーの謎>
 
もう疲れて来て、
私なりに理解する努力もする気がなくなりました。
専門家が謎といっているのですから、
「私がわからなくても良いな」などと勝手な理屈をつけて、
理解しないままこの本の読書を終わります。

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