図解入門 よくわかる 最新宇宙論の基本と仕組み[第2版]

概 要

我々が生きている宇宙137億年の歴史と謎を説明する「宇宙論」を図解でやさしく解説した入門書です。近年になり、宇宙論はハッブル宇宙望遠鏡やWMAP衛星による精密な天文観測によって飛躍的に進歩しました。その一方で、宇宙の96%が謎の成分でできていることがわかるなど宇宙の謎は尽きるところがありません。本書では、宇宙論についてアインシュタインやニュートンなどの古典からホーキングや超ひも理論などの最先端の理論までビジュアルでわかりやすく解説しています。また、日本の小惑星探査機「はやぶさ」などの宇宙開発の最新トピックや宇宙論についてのQ&Aも付いています。

著者 竹内薫
価格 本体1600円(税別)
ISBN 978-4-7980-2843-9
発売日 2010/12/23
判型 A5
色数 2色
ページ数 276
CD/DVD
対象読者 入門
シリーズ 図解入門
表紙イメージ
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目次

第1章 宇宙論入門

1-1 宇宙論とはなにか

宇宙という「箱」

宇宙論とは

どこまでわかっているのか?

1-2 宇宙論と天文学の関係

天文学との違い

星空はタイムマシン

1-3 宇宙の果てから届く波

ラッシュアワーの待ち合わせ

ぶつかる電磁波は「見えない」

1-4 巨大な宇宙と小さな素粒子の深い関係

宇宙はとてつもなくでかい

宇宙誕生のサイズはプランク長さ

量子力学のおでまし

1-5 「桁」でみる宇宙――ミクロから宇宙への旅

望遠鏡(顕微鏡)の倍率を変えて宇宙を実感

コラム 太陽のお隣さん

第2章宇宙:最新の数字!

2-1 宇宙のパラメーターを解読する

宇宙の数字いろいろ

密度・圧力

2-2 宇宙の温度

電磁波の温度

寄り道をやめた電磁波

2-3 宇宙はどんなカタチをしているのか?

宇宙の外側はどうなっているのか?

おおざっぱに宇宙をイメージすると…

コラム タイムマシンをめぐる衝撃的な新事実

第3章 ここまで解き明かした宇宙の謎

3-1 どんどんさかのぼる宇宙の年齢

3-2 名付け親もビックリ?大爆発から生まれた宇宙

始まりは火の玉だった

宇宙論にも憲法がある

定常宇宙論

3-3 ビッグバンは正しかった!――宇宙史上最古の写真

謎の雑音はハトの糞!?

熱い溶鉱炉の名残り

3-4 膨らんでゆく宇宙の謎

ハッブルの法則が意味するところ

ハッブル定数はちょっと考えるとおかしい

コラム ハッブル定数から宇宙の年齢を計算してみよう

3-5 ガンマ線バースト

宇宙を照らす灯台

コラム ドップラー効果と赤方偏移

3-6 宇宙をつくっているモノ

宇宙の部品

素粒子の見取り図

3-7 96パーセントの謎

物質はどこへ消えた?

捜査網にかからない犯人

3-8 謎の物質ダークマターの正体とは?

そこに「ある」のに見えない!

宇宙に潜む暗黒物質のミステリー

コラム ニュートリノには重さがあったというお話(ノーベル賞秘話)

3-9 宇宙を支配する力

自然界の四つの力

力は相変化によって分かれた

3-10 大型加速器で原始宇宙を再現する

加速器の原理

世界最大の大型粒子加速器

なぜ、高速加速器が宇宙の始まりを再現するのか

第4章 宇宙を測る・探る

4-1 宇宙の距離はどうやって測るのか?

三角測量の原理

人類最古の数学知識

コラム 星のカタログは改訂中

4-2 超新星が明かす宇宙の秘密

超新星は宇宙の灯台

超新星爆発と救急車のサイレン

コラム 超新星爆発ってなに?

4-3 巨大望遠鏡「すばる」

コラム ハッブルvs.すばる

4-4 ハッブル宇宙望遠鏡

コラム ハッブルがとらえたオーロラ

4-5 火星で生命の痕跡を探る

かつて火星に生命体は存在したのか?

火星無人探査機の仕組み

4-6 天文衛星がみつけた宇宙の皺

宇宙背景放射を「見る」

COBEがとらえた皺の正体

4-7 COBEからWMAPへ

初期宇宙を映した証拠写真

4-8 宇宙が奏でる音楽

まずは楽器の音色の原理から

宇宙初期の密度ゆらぎがハーモニーを奏でる

4-9 WMAPと宇宙のカタチ

宇宙の形と温度ゆらぎの微妙な関係

コラム 気球で宇宙観測(ブーメラン計画)

4-10 大宇宙の地図をつくる

大規模構造の「種」

SDSS(スローン・デジタル・スカイサーベイ)

コラム 宇宙はポアンカレの十二面体だった!?

第5章 古典宇宙論のおさらい

5-1 プトレマイオスの天動説はなぜダメなのか

プトレマイオスの宇宙体系

導円と周転円

逆行する火星の位置

5-2 コペルニクスと地動説

5-3 天動説と地動説の折衷案があった?

コラム ティコの星の「相棒」がみつかった

5-4 ケプラーと天体のハーモニー

ケプラーの法則

あながち間違っていない「天体のハーモニー」という思想

5-5 ニュートンの重力理論

万有引力の法則

コラム 天才アインシュタインは「学習障害児」だった?!

第6章 アインシュタインの宇宙論

6-1 エーテルを探せ!

マイケルソンとモーレーの実験

エーテルが見つからない……

6-2 「相対性」集中講義

まずは相対性原理から

光速度不変の原理

時間は遅れる

空間も縮む

時計が遅れたり物が縮む理由

6-3 ローレンツ変換をやってみる

ローレンツ変換は時空を翻訳する

エルビスとマイケルがみた殺人現場は!?

6-4 E=mc2の意味

魔法の数式あらわる

核分裂

核融合

6-5 アインシュタインの一般相対性理論

等価原理

加速する兄は年を取らない

ぐにゃぐにゃ曲がる空間

6-6 地球がまわると時空は引きずられる

レンズ・シリング効果とは?

人工衛星のブレで検証する

6-7 アインシュタインはやはり正しかった?

50億年前の真実

宇宙定数が復活したワケ

6-8 ブラックホールとワームホール

ブラックホールの原理

「毛」がない定理

ワームホールによるタイムマシンのつくり方

6-9 アインシュタインから派生した古典宇宙論のまとめ

宇宙モデルの基準

古典宇宙モデルの現在形

コラム 人間アインシュタイン

第7章 ポスト・アインシュタインの宇宙論Ⅰ

――インフレーション宇宙からホーキングまで――

7-1 量子論の導入――そもそもなぜ量子論が必要なのか?

量子とはなにか?

虚数の波

宇宙の始まりと量子のふるまい

7-2 インフレーション理論とは

平坦性問題

地平線問題

コラム インフレを起こした奴――未知の素粒子インフラトン

7-3 世にも恐ろしい「特異点」

特異点とはなにか

7-4 プランク長さ・プランク時間・プランク重さ

空間・時間・物質は一瞬にして生まれた

コラム プランク・スケールを計算してみよう

7-5 宇宙の初期の時間は虚数

ホーキングの虚時間仮説とは

虚数の時間・量子宇宙論

7-6 ホーキングが描く胡桃の宇宙

ロケットと重力ポテンシャル

トンネル効果で重力の井戸をすり抜ける

7-7 事の真相は「無の世界」

宇宙は時間も空間も存在しない「無」から始まった

コラム 宇宙はほかにもたくさんある?――赤ちゃん宇宙説

7-8 アインシュタインが夢みた大統一理論

四つの力を統合せよ

アインシュタインもお手上げ

7-9 失われた反物質の謎

かつて存在した「反物質」

反物質が存在すれば陽子が崩壊する!

第8章 ポスト・アインシュタインの宇宙論Ⅱ

――超ひも・ブレーン・ループ量子重力の仮説――

8-1 エレガントな「超ひも」の世界

究極の問いから出発する

超ひもの振動ハーモニー

コラム 超ひもの時空を覗く

8-2 ブレーン宇宙モデルで11次元をイメージする

超ひもの黒幕はブレーン

ブレーン(面)宇宙が衝突を繰り返す

8-3 宇宙膨張の鍵を解く第五の元素

犯人は負の圧力「クインテッセンス」か

8-4 「M」が超ひもを束ねる

超ひも理論を簡単な数式にたとえてみる

マジック、ミステリー、あるいはマザー

8-5 ループ量子重力が時空を消滅させる?

宇宙はノードとリンクでできている

すべては時空の泡

コラム ガンマ線バーストでループ量子重力理論を検証

8-6 膨張の果て、宇宙の終焉

宇宙はブラックホールだらけになる?

宇宙はいずれ収縮に転じ、100億年後に消えて無くなるだろう

コラム 巨大数仮説と人間原理

第9章 宇宙開発の最前線

9-1 日本の宇宙開発の歩み

ペンシル型ロケットから始まった

NASAの10分の1の予算で苦戦

9-2 「きぼう」日本実験棟

国際宇宙ステーション

筋ジストロフィの治療に応用――難病治療の手助けに

ガンを抑制する謎の遺伝子「P53」

マランゴニ対流――材料科学に貢献

9-3 小惑星探査機「はやぶさ」

最初はかなり無謀なプロジェクトだった

「はやぶさ」が誇るイオンエンジン

「はやぶさ」はじつは前座だった!?

なぜ、目的地にイトカワが選ばれたのか?

はやぶさの採取したサンプルは原始太陽系のヒントに

次世代プロジェクト「はやぶさ2」

9-4 宇宙ヨット「IKAROS」

推進力は太陽の光の圧力

ニッチな相乗りプロジェクトとして

スタート

金星を通り過ぎて太陽の周辺まで訪れるIKAROS

9-5 宇宙の全天を赤外線で見渡した「あかり」

宇宙の「全天(=all sky)」というインパクト

宇宙の国勢調査

9-6 期待の次期固体ロケット「イプシロン」

固体ロケットとは?

M-Ⅴロケットとどこが違うのか?

イプシロンに注ぎ込まれた日本独自のアイデアの数々

9-7 準天頂衛星「みちびき」

GPS衛星を持たない日本

足りないGPSを補完するシステム

8の字を描く軌道の苦肉の策

9-8 月周回衛星「かぐや」

なぜ、いま「月探査」なのか?

月は地下資源が眠る惑星?

コラム 金星探査時代の幕開け「あかつき」

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