宇宙論の展開
① 現代の天文学が描く宇宙像 約１４０億年前に開闢、膨張し、進化する宇宙 ② どのようにして到達したか 観測事実 銀河の後退 ⇒ 遠方の銀河ほど速い速度で遠ざかっている 宇宙の背景黒体輻射 ⇒ 宇宙の現在には温度が絶対温度2.7度の光 （電磁波）が充満している 宇宙の元素分布 ⇒ 宇宙に存在する通常の物質の９８％以上は 水素とヘリウムが占め、炭素より重い元素は 多くても２％で、それ以下のものもある。Big Bangの歴史
(Gamov 1946,1948)Big Bang 前史
＝Inflation
1. 宇宙膨張(Hubble 1927) 遠方にある銀河はすべて我々 に対して遠ざかっている。 2. 黒体背景輻射（Penzjas, Wilson 1963）現在の宇宙は， 等方的な分布をしめす電磁波 （絶対温度約２．７度Ｋに対応 する熱輻射）に満たされている。 3. 軽元素の起源現在の 宇宙には大量のヘリウムが存 在する（質量密度にして平均全 元素の約２５％）電磁波で見る最遠方の宇宙の姿
COBE衛星（CＯｓｍｉｃ Background Explorer） 1989年11月電磁波で見る最遠方の宇宙の姿
＝
１５０億年前の高温度・高密度状態
Cosmic Microwave Background （CMB) radiation COBE衛星（１９９２）
WMAP衛星（２００１） 温度分布
現在の宇宙の温度
（絶対温度２．７２６
K）
ヘリウム 重水素，ヘリウム３ リチュウム 核物質の密度宇宙初期の物質分布
（～１５０億年前） 原始物質組成（宇宙の温 度が１００億度のころ以降） １．水素（～３／４）とヘリウ ム（質量数４；～１／４）で 構成される ２．重水素と質量数３のヘ リウムが約１／１００００ ３．リチュウム（質量数７） は１兆分の１程度 ４．炭素以上の元素は存 在していなかった我々はどのような世界に住ん
でいるのか？
日常的な経験事実からの論理の積み重ね 思弁（神話） → 科学へ 世界の成り立ち・ 支配原理 についての思索 創世記神話・宗教 聖書、古事記．．．(I）アリストテレスの自然学
天界と地上の区別 天界 ・・永久運動 地上 ・・摩擦・抵抗が支配 プトレマイオスの宇宙モデル (紀元120年) １）天上と地上の区別 ２）地球中心（天動説） ３）空間的には有限 ４）時間的には無限 「天動説＋円運動の組み合わせ」天界
：月より上の世界
完全な世界＝永遠、球あるいは円で構成
天界に不変の世界で変化なし
彗星、超新星爆発： 大気の乱れとして 注目せず VS. 牡牛座のかに星雲（1054年） 中国の古典／宋書天文史 藤原定家の明月記 新星の記録 『客星現る』 （木星位のの明るさで23日は昼間でも見え、 22ヵ月で見えなくなった） マギーの礼拝（1301, ジョット、 スクロヴェーニ礼拝堂） 後冷泉院・天喜二年四[五]月中旬(1054年5月20日～29日[6月19 日～28日])以後の丑の時、 客星觜・参の度に出づ。東方に見(あ ら)わる。天関星に孛(はい)す。大きさ歳星(木星)の如し。オリオン座
ハレー彗星の記録
•紀元前240年…秦の始皇帝が見たと記録されている。 •684年10月 …日本書紀に記録あり。 •989年9月 …日本と中国で記録された。 このため、日本では永延3年から永祚元年と改元した。 •1066年3月 … ノルマン・コンクエストを記録したバイユーのタペストリー に記録されている。 •1145年4月 …日本で天養2年から久安元年に改元（「史料総覧」巻三より）。 •1222年8月 …貞応元年、幕府、彗星の出現に依り百日泰山府君祭りを 修す（「史料総覧」巻四より）。 •1301年10月 …ジョット・ディ・ボンドーネがパドヴァのスクロヴェンニ礼拝 堂 の壁画に描いた。 •1759年3月13日…ハレーの予言が実証された。 清(乾隆24年)と日本で記録あり。 •1910年4月20日…－３．３等級に達した。 •1986年2月 9日…地球からの観測条件が悪かった。惑星（太陽系）の運動
コペルニクス以前の地球中心説
プトレマイオスのモデル
周天円 導円 地球 導円の中心 Equant （一様円運動の中心） 恒星天惑星の逆行
(２) 近代的な宇宙像への歩み
コペルニクス：｢天体の回転｣（1543年） 太陽中心説 + 地球の自転（日周運動） 反論 (1) 年周視差 夏と冬で星座の形が変る？ 夏：ABCの順、冬：BACの順 ⇒ 恒星までの距離が遠い 宇宙の大きさ（星の密度が低い） 年周視差の測定 ベッセル(1838) 白鳥座61星 0.314秒角 最も近い恒星 ケンタウルス座α星 0.742秒角＝4.4光年 太陽 地球 夏 冬 A B C反論
(2) 地表の風
⇒
慣性の発見：ニュートン力学
ガリレオ
(1564-1642)『星界からの報告』
― 望遠鏡で天体を初めて見た（1610年）
＝ コペルニクスを支持
（１）月のあばたの発見
-- 天界の完全性の否定（２）ガリレオ衛星の発見
-- 太陽系のモデル カリスト エウロパ イオ ガニメデガリレオの見た月
Tycho Brahe
(1546－1601)Tycho Nova：SN 1572
惑星の周期
会合周期
＝惑星、地球、太陽が一直線上にならぶ周期360
360 360
:
:1
:
A
E
P
A
E
P
会合周期、
年
⇒
惑星の周期
ケプラー
(1572-1630)の法則
１）惑星は太陽(正確には惑星と太陽との重心)を焦点とする楕円軌道を描く(1609) ２）惑星は楕円軌道上を面積速度一定となる速度で運動する(1609) ３）太陽系の各惑星には，軌道半径の３乗と周期の２乗で比が一定である(1618) M1 M2 E2 E3 E4 E1 火星軌道 地球軌道 面積速度が一定 惑星軌道の比 が決められた。 Tycho Brahe (1546－1601)の３０余年に亘る観測結果に基づいて導かれ、 Newton (1642－1721)の万有引力の基礎となった。1687年ニュートン「自然哲学 の数学的諸原理（プリンキピア）」楕円（２次曲線）軌道
近日点 遠日点 -ae ae 焦点 焦点 楕円：2焦点からの距離 の和が一定 2 太陽 惑星 アポロニウス「円錐曲線論」 （ギリシャ紀元前２世紀頃）ジョルダノ・ブルーノ（
1548～1600:ガリレオと同時代）
恒星がどこまでも分布する宇宙
『無数の恒星に各々惑星があって、人類がいて、それぞれの キリストがいる。』 宇宙に果てはあるか ルクレティウス (94-55BC) 宇宙の果て 槍が飛んでいく所はやはり宇宙無限に広がる宇宙へ
ティコ・ブラーエ： (1546-1601) 惑星運動の“精密”観 測 惑星運動の３法則 １）惑星の軌道は楕円 太陽を一つの焦点とする 2) 面積速度は一定 3)(周期)２/(長半径)３ は惑星によらないケプラーの法則
（1609-18年）
⇒ ニュートン力学の確立
（1687年）
ニュートンの
運動法則
1) 力が働かない限り物体は等 速度運動を続ける 2) 質量 × 加速度 ＝ 力 3) 作用と反作用は等しい万有引力の法則
重力は 質量の積に比例し、 距離の２乗に反比例する天界と地上とも
同じ法則に従う
月とりんごは ともに同じ重力 によって地球に 向かって落ちる 違いは地上 では空気の 抵抗や摩擦 が働くから。 ＝電気の力 物体が大きく なると正と負の 電気が打ち消 す。Newtonの法則
• 力
⁄
2• 速度
2
⁄
• 加速度
2 ⁄
4
/
2• 加速度 = 力
⇔
4
/
2⁄
2⇔
⁄
⁄
4
Kepler の第三法則 半径R 質量M 周期P 速度地球が動いている？
• 自転 ⇒ フーコーの振り子
台風の渦
• 重心の運動
潮の満ち引き
北極の振り子 地球の自転 低気圧 風 月の引力 月 地球 中心との差 を取ると引き 裂こうとする 力が残る 遠心力とつりあう 太陽の影響－大潮科学の発展
• 帰納主義 観察の収集/増加 ⇒ 説明する命題の累積的な発展 『帰納法では命題は証明できない』 （N羽のカラスは黒くても、N+1羽目は 白いかもしれない） • 反証主義 仮説の提唱と実験・観察による反駁 ⇒ 科学理論は実験・観察 でチェック（反証）可能でなければならず、反証されるまでは仮説を受け入れる。 • パラダイム論、リサーチプログラム論 事実により理論は反証できない ⇒ 理論は基本的な命題以外に 現象の説明のためには補助的な仮定を必要とし、反駁されても補助的な命題を 変えることですり抜けようとする。 もし発見できないかった場合 Newton力学は間違っている 補助仮説：第３の天体と地球の間に暗黒星雲があって光ではみえない科学の展開
海王星の発見をめぐる寓話（ラカトシュ） 観測：天王星の軌道がNewton力学による予言と合わない Newton力学は間違っている 補助仮説：第３の天体があって天王星の軌道に影響しているとして天体の位置を予言 アダムス（英）とルベリエ（仏）による予言に基づいてガレ （独）が海王星を発見（１８４６） ＝ニュートン力学の勝利 電波や赤外線で観測、発見 ＝ニュートン力学の勝利 発見できない Newton力学は間違っている 新たな補助仮説：第３の天体は重力のみの暗黒物質で電磁波を出さない ロケットを飛ばして暗黒物質からなる重力源を発見 ＝ ニュートン力学の勝利通常科学と科学革命
(T. クーン)
科学的な説明 ＝ 基本的な枠組み＋モデル
• 通常科学ー・ 既定の枠組み（＝paradigm）の中で現象に説明を与える。 ・ 説明のつかない現象は 変則事例（anomaly） として留保。 • 科学革命－anomalyが増加してくると発想の転換 ⇒ paradigm の転換科学の史的な展開は不連続＝
先行paradigmとは協約不可能
例えは、Newton の理論と Einstein の相対性理論 ただし、物理学者は異なった見方をする＝Newton 理論はEinstein 理論の近似 速度が光速に比して十分小さい場合、 あるいは 重力が静止質量に比して十分小さい場合の近似。前進的なリサーチプログラム
（I. ラカトシュ）
新たな研究課題を提起／未知の現象を予言し、 科学者をひきつける限り、研究プログラムが発展・持続する 新たな研究課題の提起／未知の現象の予言を生まない 後退的なプログラムは魅力を失って、忘れ去られていく。 Newton力学 ハレー彗星の出現の予言、海王星の発見 しかし、水星の近日点移動は説明できず （太陽内部の得意な質量分布を仮定すると説明できる可能性） Einsteinの一般相対性理論 水星の近日点移動に自然な説明を与えた。加えて、 重力場中での光の湾曲、重力場での時間の遅れ＝赤方偏移 の新たな現象を予言デカルト
（
1596-1650）
我思う。故にわれあり。「方法序説」
• 単純化し、明晰に分析： 仮説演繹
⇒ 要素還元主義
• 解析数学の導入 ⇒ デカルト座標系
• 慣性の法則 ⇒ 無限宇宙
• 近接相互作用 ⇔ 遠隔相互作用
ニュートン的な宇宙像
（近代的＝合理的）
(1)空間的に無限 ＝果てはない： ・等速度運動を続けられる ・万有引力で潰れない (2) 一様な宇宙（＝どこも同じ） 宇宙に特別な場所 ＝中心はない (3) 等方な宇宙 （どの方向を見ても同じ） (4) 時間的に無限 （宇宙に始まりも終わりもな い） ＝ 静的な宇宙 物質分布の無限で あることへの要請 果てがない場合にのみ任 意の点で左右の力を釣り 合わせることができる 無限に広がった虚空（空虚な空間）に 一様に分布した星が輝いている＝無窮の宇宙近代的な宇宙
⇔ 日常的な経験事実と矛盾
「夜空はなぜ暗いか？」
－オルバースのパラドックス－
（
19世紀はじめ)
遠くの星（銀河）は暗い （距離の２乗に反比例） が、数は多い （距離の２乗に比例） 一定の厚み(dr)の体積中の星（銀河） 全体からの寄与は距離によらない⇒ 宇宙が無限に広がっていれば
夜空は無限に明るくなる
dr 2r 銀河 銀河 r 地球 dr ここの銀河の明るさは１／４ しかし銀河の数は４倍解決方法の可能性：
－パラドックスに至る仮定の吟味
－
1) 空間的に有限な宇宙：
ニュートン力学とはなじまない アインシュタインの有限宇宙 ニュートン力学の放棄2) 銀河分布の階層構造
密度が一様ではあるが、大きな尺度では小さくなる。 遠くの銀河の数が、少なくなる。3) 物理法則の変更＝宇宙と地上のスケールの違い
距離逆２乗則の放棄 遠方の銀河からの光が、逆２乗の法則より急激に暗くなる。4) 時間的に有限
⇔
宇宙に始まりがあった解決方法の可能性：
－パラドックスに至る仮定の吟味
－
解決案 １) 銀河の階層構造=各階 層内では一様に分布するが、階層が大く なると密度は下がる (シャリェ20世紀はじめ)解決案
1)
有限の宇宙
――アインシュタイン：一般相対性理論 （1915年） 万有引力の拡張 曲がった空間 ＝ リーマン幾何学、 フラット＝ユークリッド幾何学） アインシュタインの有限宇宙 (4次元空間の中の３次元球面) 万有力の強さ引力の効果を 打ち消すために 斥力 ∝Λｒ（宇宙項 or Λ項）を導入 球面上の世界＝ 閉じた空間 (2次元) 力の強さ 釣り合いの位置 重力 距離に比例する斥力 距離（宇宙の大きさ） この釣り合いは不安定可能な空間の種類
リーマン幾何学 上：正曲率の空間 中：負曲率の空間 下：平坦な空間 一般相対性理論 曲率と重力の強さを関係付ける Ω０：重力の強さと 膨張速度の比 2 0 0 2 0 3 8 2 / / H G v r GM
r H v 0 : Hubble 距離 膨張速度 の法則銀河系の発見へ（１）
ガリレオ：天の川は星の集合
W. ハーシェル(1738-1822)
天の面積の中にある星のcount
暗い星ほど遠い
太陽系 口径491/2inch（126 cm）銀河系の発見へ（２）
標準光源の発見 大マゼラン雲の セファイド型変光星の 周期光度関係 （エンリエッタ・ リーヴィット1912）セファイド＝標準光源
銀河系のセファイドを用い て距離の較正：シャプレイ 周期の対数 絶対光度天の川の2つのモデル
ーーシャプレイvs.カーティス大論争（1920）
モデル１.球状星団の分布 太陽系 モデル２．光で見える星の分布 暗黒星雲にさえ ぎられて見えない天の川の構造
アンドロメダ銀河 と月の見かけの大きさ の比較系外銀河の発見 ～もう一つの論点
( アンドロメダ星雲にセファイドを発見ハッブル1925)
輝線 や
吸収線 が
連続光に
重なる
線スペクトル
＝原子・分子の固有の光
分光観測 ー
ドップラー効果
赤方偏移 ｚ=（λ－λ０）／λ０＝ｖ／ｃ λ：観測波長、 λ０：固有の波長 ｖ：銀河の後退速度、 ｃ：光の速度Doppler効果
v
t
c
t
0 0 0 ( ) (1 ) ( ) (1 ) v t c t c t v c v t c t c t v c (固有波長) 光源 観測者:
:
:
f
c
c
振動数
( 光速、 波長)
実際に銀河が出している 光の波長地球で観測される波長
暗黒星雲は背景の星を隠せるか？
• Herschelの島宇宙:
銀河円盤の星の光が暗黒星雲 によってさえぎられる• Olbers’ Paradox:
暗黒星雲が背景からの光に 照らされ、温度が上昇して輝きだす この違いは温度の違いによる （平衡条件） ⇔ 暗黒星雲もエネルギー（赤外線）を出している ・ 無限の（遠く）過去から光によるエネルギーが供給されて いる場合には宇宙全体が光源と同じ温度になる。 ・ 一方、現在の宇宙の温度は３Kであり、恒星の温度1000~ 100,000 に比して低いので光を吸収できる。この場合も十 分長い時間が経てば、星雲の温度は吸収と放射が釣り 合う温度になる。動的な宇宙へ
宇宙膨張の発見（ハッブル
1927年）
遠くの銀河ほど速く 我々から遠ざかる 銀河の後退速度は銀 河までの距離に比例 （ハッブルの法則）V
0= H × r
H: Hubble定数
1pc=3.26光年、 1Mpc=100万pc 後退速度 銀河までの距離Hubble の original 論文
Hubble 定数 V = H0ｒ H0= 500 km/s/Mpc (1931年米国天体物理学誌) 変光星に２種類あり 距離の測定の間違い 宇宙年齢 ＜Hubble年齢 = 1/H0 = 3×1019 (km) /500 (km/s) = 6×1016 s = 10９年= 10 億年 ↓ 定常宇宙論= 永続する宇宙 膨張すれども宇宙は不変 ⇒ 密度の減少を補う物質生成 （1950~1960年代 F. Hoyle ）宇宙膨張 -
一様等方な膨張
• 観測者からの距離に比例する速度で膨張し，しかも， 宇宙のどこにいる観測者からみても同じ膨張則に従う。 １次元宇宙 延びるひも ２次元宇宙 半径が膨張する球面 ３次元宇宙 膨れるパンの中の干し葡萄フリードマンの宇宙膨張則
一般相対性理論（1915）の解
（宇宙項=斥力なしの重力だけ）
V0（後退速度） = H0（ハッブル定数) ×r0 (銀河までの距離）宇宙年齢（
τ）
＜
r
0/ V
0= 1/H
0ハッブル年齢（τ
H）
H0=70 km/秒/Mpcとするとτ
H= 139 億年
銀河間の距離 （宇宙の曲率半径） E>0 E=0 （速度がゼロになる） E<0 現在 時間 Ｅ＞０：開いた宇宙 (無限空間） Ｅ＝０：平坦な宇宙 (無限空間） Ｅ＜０：閉じた宇宙 (有限空間）宇宙膨張と重力中での運動
無重力状態 自由落下運動する系 例えば、スペースシャトルの中 esc esc esc esc 2 = 2GM /R (1) < (2) = , = 0 (3) = , > 0 GM 1 : E = v 2 R (1) 0, (2) 0 , (3) > 0 v v v v v v v v v E E E 地上から物体を投げ上げたとき ○ 脱出速度： 再び落下 無限遠へ 無限遠へ ○ エネルギー － に対応 重力場中での物体の運動 (2),(3) (1) 紐を切ると 同じ速度で運動する宇宙の大きさの測り方
distance ladder
(宇宙の距離の階梯)
地球の大きさ
伊能忠敬
(1745~1818)
• 1795年（51歳） 幕府天文方高橋至時に弟子入り • 1980年（56歳） 第1次測量を開始 ～第10次測量(72歳) • 1801 緯度1°= ２８，２里（＝110.7 km） 地球の赤道半径= 6378.1km 極半径= 6357.2km (1°= 110.96 km) • 1818年(74歳) 死去、喪を秘して地図製作を続行 。 • 1821年 『大日本沿海輿地全図』完成、喪を公表。 Ｌ：距離 θ：緯度の差 : = R R L 地球の半径 井上やすし著「4千万歩の男」I~V講談社文庫太陽系の大きさ ⇔
小惑星
チチウス・ボーデの法則（１７７２年発表） 太陽 水星 金星 地球 火星小惑星 木星 土星 天王星海王星 冥王星 ０ ３ ６ １２ ２４ ４８ ９６ １９２ ３８４ ７６８ ＋ ４ ４ ４ ４ ４ ４ ４ ４ ４ ４ ４ ７ １０ １６ ２８ ５２ １００ １９６ ３８８ ７７２ 実際の軌道半径（au: 地球と軌道半径を１とする天文単位） 0.38 0.72 1 1.5 5.2 9.6 19.2 30.1 39.5 天王星：１７８１年発見（ハーシェル） セレス：１８０１年最初の小惑星の発見（ピアジェ[伊]） 軌道半径＝2.767 au、 直径：959.2×932.6 km、質量：9.445×1020kg 海王星：アダムスとル・ベリエが天王星の軌道のずれからの予言。 １８４６年ガレが予言われた位置の近くに発見 冥王星： １９３０年（トンボー）小惑星
Eros
宇宙の大きさの測り方
１光年 ＝ ３０万 km／秒 ×３千万秒 （１年） ＝ ９兆４千億 km 年周視差の1/2 = θ θ = 1秒角の恒星までの距離を １パーセック（pc）と定義する。 １秒角＝4.8×10－６ラディアン １天文単位＝1.5×10８km ⇒ １pc = 3.2×10１３km = 32兆 km = 約３光年 年周視差の測定 ベッセル(1838) 白鳥座61星 0.314秒角 最も近い恒星 ケンタウルス座α星 0.742秒角＝4.4光年 太陽 地球 夏 冬 A θ （年周視差の1/2） 地球軌道半径 θ=1秒角のとき この距離を１ｐｃ １天文単位 地球軌道を基線とする 三角測量３角測量
（ヒッパルコス衛星）
HR diagram
（ヒッパルコス衛星）
(恒星の三角測量) HR図上での絶対光度と見かけの光度の比較 ｍ（見かけの等級）－M（絶対等 級）＝５ log （ｄ／１０ｐｃ）Tully-Fisher Relation
銀河の回転速度と絶対光度関係
距離の測定の階梯
速度 標準光源 セファイド 最も明るい星 銀河団中の銀河 年周視差による３角測量 ｄ=1/θ （ラディアン） ｐｃ 約１００ｐｃまで測定可能 宇宙膨張ビッグ・バン宇宙
(1) 一様な宇宙（＝どこも同じ） (2) 等方な宇宙 加えて, (3)われわれの宇宙に始まりがあり，膨張している 一様等方な空間は ⇒ 空間には果てがない（まだ知らない） ⇒ ３種類のみ 一様等方 （＝ 宇宙原理） ⇒ 観測でチェック銀河の空間分布
2dF galaxy survey
距離の単位＝１０億光年
銀河の空間分布
距離の単位＝ １０億光年
銀河の空間分布
宇宙の物質分布についての描像：宇宙原理の観測的基礎 銀河の分布は小さなスケールでは疎密があるが、ある規模のス ケール以上でならすとほぼ一様な密度で分布膨張宇宙から火の玉宇宙論へ
ガモフ（１９４８）
元素合成＝ビッグ・バン宇宙論
断熱膨張
⇔ 密度・温度が 下がる ⇒ 過去は高温・ 高密度 物質の反応が活 発物質の存在形態 ⇔ 平衡状態
相変化
＝温度・密度による平衡状態の変遷
水の場合（１気圧） 核子(陽子,中性子）と電子に分解 原子核 ＋電子 プラズマ O → イオン化 H → ｐ(陽子)+e (電子) H２O (分子) → ２H ＋ O (原子) 気体（水蒸気） 液体 固体 温度 １０１０K １０６K １０４K １０３K １００C ０C ２７３K物質の構成
1 オングストロング（A) ＝１０－１０ m 1 フェントメータ(fm) ＝１０－１５ m 陽子 正の電荷(e) : 質量 1 中性子 電荷0 : 質量 1.0014 電子 負の電荷(e-) :質量 0.000545｝
核子 ハドロン バリオン （クゥーク３個で構成） 例） 陽子＝ uud、 中性子＝ udd周期律表
核図表
宇宙初期の元素合成
ガモフ： 初期の高密度のもとでは、物質 は中性子（←陽子＋電子）のみか らなり、膨張すると約１０分で 中性子→ 陽子＋電子 に崩壊 中性子と崩壊でできた陽子捕獲 反応で 宇宙初期に現存する全ての元素 宇宙初期に一挙に作る。 林忠四郎（1950）： 中性子⇔陽子＋電子 １ 対 ９ 自然に存在する物質 約300種類の原子からなる 原子 ＝原子核（陽子と中性子） ＋電子 原子番号： 陽子あるいは電子の数 質量数： 陽子と中性子の合計現在の宇宙空間に存
在する多様な元素
太陽系を構成する 元素の組成分布もうひとつの論争：
ビッグ・バン
vs. 定常宇宙論
• Big-Bang cosmology（火の玉宇宙論）
Alpha, Bethe, Gamov（1948），αβγ-theory
初期宇宙は宇宙全体がひとつの原子核= すべて中性子
⇒ 膨張初期に元素合成
林（１９５０） ⇒ 宇宙初期の高温化での物質状態
しかし，距離測定の誤差 ⇒ 宇宙年齢が短い～２０億年
• Steady-State Cosmology （膨張すれども時間的に普遍）
Bondi, Gold, Hoyle (1948)
= 物質創生(C場)を付加（Hoyle 1948）：１秒間に1立方pc(3光年)あたり水素原子1個
恒星内部での元素合成
・ 炭素の形成の３α反応の予想（Hoyle 1954） ・ 恒星内部での元素合成理論
（Burbidge, Burbidge, Fowler, Hoyle 1957）
B2FH理論
○α過程 （準静的な進化の過程） イオン反応（水素燃焼，ヘリウム燃焼， 炭素燃焼，酸素燃焼） ○ 光分解 ネオン，マグネシウム，シリコン燃焼 ○e過程 超新星時の爆発的な核種合成） ５６Fe のピークに属する元素 鉄のピークより重い元素○ 中性子捕獲過程 slow－process (ヘリウム燃焼の段階，漸近巨星分枝の恒星） rapid－process （超新星爆発時，高密度の中性子過多の内部の層） ○陽子捕獲過程 p－process（超新星爆発時） + x過程Li,Be,B 宇宙線による原子核の破砕核図表
陽子数(Z) 中性子数(A)宇宙の熱的な歴史
－ 原始核種合成
ヘリウム 重水素，ヘリウム３ リチュウム 核物質の密度
宇宙初期の物質分布
（～１５０億年前） 物質組成 １．水素（～３／４）とヘリウム （質量数４；～１／４）で構成され る ２．重水素と質量数３のヘリウ ムが約１／１００００ ３．リチュウム（質量数７）は１兆 分の１程度 ４．炭素以上の元素は存在して いなかった宇宙背景輻射
（Cosmic Microwave Background
radiation）
CMBの発見
• Penzias と Wilson (1９65)
衛星通信のため宇宙からの雑音を調べ る （１９６１年最初の通信衛星telstar1） １９７８年Nobel Prize for Physics
田中春夫（名古屋大学空電研究所） １９５１年 波長８cmで宇宙雑音を観測， 宇宙の雑音５度以下とした． それ以前は５０度以下といわれていた
光＝電磁波
ー われわれの世界のもうひとつ構成要素 ー
○全ての物質は電気磁気的な相互作用と通して光を放出，吸収 波長 １A 1nm １ｍ １ｃｍ １ｍ X線 可視光 ミリ波 テレビ ガンマ線 紫外線 赤外線 温度 1010 107 104 103 3 （絶対温度） 黒体輻射＝平衡状態の電磁はエネルギー分布 電磁波の性質 １． (波長) ｘ ｆ（周波数）＝c（光速） ２．エネルギー E=ｈｆ＝ｈｃ／ （ｈ：プランク定数） ３．ピークの波長は = ３０００／ T（絶対温度） ｍ （ミクロン） 温度 T K の 真空の箱 覗き穴輻射のエネルギー・スペクトル
プランク分布： 全エネルギー密度
（∝
T
４
）
周波数（1秒間の振動数） ピークの波長は = ３０００/ T ( ｍ) [Ｔ：絶対温度]黒体輻射
宇宙の背景輻射
（ベンジャス、ウィルソン １９６５）
～140億 年前 現在 時 間 宇宙最初の 核種合成最も遠くを見る＝宇宙初期の状態
（～１４０億年前）宇宙背景輻射
＝一様な約3000度のガス（水素とヘリウム） 温度分布（１万分の１以下の揺らぎ） ～140億年前 現在 時間 原始核 種合成宇宙からの電波
＝一様等方（あらゆる方向から同 じ強さで）WMAP 衛星
宇宙の背景輻射の温度
Cosmic Microwave Background Radiation
熱平衡状態の plank分布に 一致している
