[ノーベル物理学賞]重力波の観測は何が凄いのか?そもそもそれ何なん?

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出典:重力波をブラックホールから「観測」 アインシュタインが予言 - BBCニュース

  

ごきげんよう、バビです。

2017年ノーベル物理学賞を「重力波」というものを世界で初めて観測したというアメリカの物理学者3名が受賞しました。

めっちゃ文系のバビですが、私、宇宙大好きっ子です。

重力波って何なん?何が凄いの?」

と思っている方のために、できるだけ簡単に解説してみたいと思います。

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まずは「重力」について知らないといけない

重力波を知るためには、そもそも「重力」って何なのかを知る必要があります。

 

ボールを投げると地面に落ちるのは重力があるからだとよく言います。

これは地球が持つ重力にボールが引っ張られているためです。

重力を持っているのは地球のような星だけではありません。

物体というのはすべて重力を持っています。

そうです。ボールも私たち人間だって重力を持っています。

ただ、重力は質量が大きい(重い)ものほど大きくなるのですが、星くらい大きくないとほとんどゼロといって差し支えないくら小さな力しか持ちません。

 

重力波の観測は「アインシュタイン最後の宿題」なんて言われ方をします。

アインシュタインは「一般相対性理論」の中で、質量を持った物体は周囲の時空をゆがめていて、そのゆがみが重力の正体だと言っています。

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ん?よく分からなくなってきました。

時空がゆがむって、なんだかSFのようです。

物凄くわかりやすい解説があったので引用します。

よく使われる例えは、宇宙を一つの巨大なゴムシートに例えて、そこに重さ(質量)のある球体を落とすというもの。ゴムシートは球体の重さによってぐにゃりとへこみますが、これこそが時空のゆがみであり、重力が生まれる源となるものです。実際には宇宙空間はゴムシートのような平面ではないので理解が難しいのですが、「時空のゆがみ」というのはこういうものが3次元的に起こっていると思っておけばだいたいOK。

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 出典:「重力波とは何か?」が約3分でわかるムービー「Gravitational Waves Explained」 - GIGAZINE

 

重力波」って何なん?

そして、超新星爆発ブラックホールの衝突など、物体が動くことで急激にこの「時空のゆがみ」(重力)に変化が生じ、光と同じ速さで波のように拡散されていくものが「重力波」です。

とんでもなく簡単な言い方をすると、物凄く大きい物体が運動することで急激に「重力」が変化したときに発生する振動(波)です。

 

 

重力波を観測したから何が凄いの?

重力というのは先述のように実はとても弱い力です。

しかも重力波は距離とともに弱くなっていきます。

超新星爆発ブラックホール同士の合体といったとんでもなく大きなことであっても、それによって発生した重力波が地球に届く頃には、「地球から太陽までの間で、空間が水素原子1つ分ほどひずんだ」以下の揺れにまで小さくなってしまいます。

(観測するための精度は「10の21乗メートルあたり5ミリメートル」だそうです。わけわからん。)

これほど小さな揺れを観測しなければならないため、観測するための施設は、車の振動や雨の音といったあらゆる「ノイズ」を除去する必要がありました。

アインシュタイン重力波の存在を予言したおよそ100年前には、こんなに小さな揺れを観測する技術がなく、アインシュタイン自身もその観測は技術的に不可能なのではないかと思っていたそうです。

しかし、科学の進歩によって、ようやくこれを観測できる装置が開発されたのです。

しかも、2017年10月現在最初の観測も含めて計4回もの観測に成功しています。

 

重力波の観測は、宇宙を更に深く理解するための新しい「目」や「耳」となるものです。

これまで観測された重力波は何十億年も前にブラックホールの衝突で発生したものです。

もしかすると宇宙誕生の瞬間に起きたというビッグバンを感知することができるようになるかもしれません。

また、現在私たちが観測できている宇宙はごく限られた領域だけで、宇宙の大部分は天体望遠鏡(光と電波)では観測できませんが、重力波はあらゆるものをすり抜けるので、これまで観測できなかった宇宙の領域も観測可能になります。

つまり、「新たな次元で宇宙を観測できるようになったこ」が、凄いんです。

 

観測装置について

重力波は、要するに時空が歪んでないか、二つの物体の間の距離の変動を測ることで観測できます。

重力波が到達すれば空間が歪んで2点間の距離が短くなるはずです。

といっても、メジャーのようなもので測るわけではなく、光(レーザー)を鏡に反射させて帰ってきた時間を測定するのです。

光の速さは一定なので、レーザーが反射する時間が短くなったら、それは空間が歪んだことになります。

しかし、その変動はものすごく小さいので、検出しやすくするためには物体間の距離を大きくする必要があります。

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これが重力波を初観測したLIGOの施設です。

縦と横に長く伸びたパイプは4kmあり、このパイプの中でレーザーを反射させています。

 

初観測は重力波だけじゃない

重力波が初めて観測されたとき、同時に驚くべきものも初めて観測されました。

それは、隣り合う二重ブラックホールという存在、そしてその衝突です。

スティーブン・ホーキンス博士は以下のように話しています。

重力波によって、宇宙をまったく新しい方法で観測できるようになる。重力波を観測できるようになれば、天文学に革命がおこり得る。二重ブラックホールの観測はこれが初めてで、ブラックホールの合体が観測されるのも初めてだ」
「(アインシュタインの)一般相対性理論を検証するだけでなく、宇宙の歴史におけるブラックホールを観測できるかもしれない。極限のエネルギーを発しているビッグバンの最中の、最初期の宇宙の痕跡さえ見えるかもしれない」

出典:重力波をブラックホールから「観測」 アインシュタインが予言 - BBCニュース

 

重力波を観測したことが何の役に立つの?

もちろん、私たちの実生活の何の役にも立ちません!

が、宇宙を全く新しい角度からより深く知ることができるようになります。

 

 

私たちの住む宇宙がどのようにして誕生したのか、一体何なのかを知ることができるようになるかもしれないって、めっちゃ心が踊るのは私だけでしょうか?