麻豆原创

日本时间12日の0时半、米国の研究グループが「重力波」を直接観测することに初めて成功したと発表しました。重力波とは、极めて大きな质量を持つ物体の动きによって生じる时空の歪みの波です。

1916年に発表されたアインシュタインの一般相対论によってその存在が予想され、1993年には、重力波の存在を间接的に証明した研究に対してノーベル物理学赏が授与されています。

间违いなく物理学の一大ニュースである今回の直接観测の意义について、北海道大学の物理学者にお话をうかがいました。

【川本思心?麻豆原创／理学研究院 准教授】

羽部朝男さん（理学研究院物理学部门　教授）：银河の形成と进化が専门

重力波とは何でしょうか

重力は时空を歪めます。その歪みが时空をわたっていく波を重力波と呼びます。今回観测された重力波の元は非常に大きな质量をもつブラックホールですが、ブラックホールがあるだけでは重力波は生じません。二つのブラックホールが近づき、衝突して一つのブラックホールになるときに重力波が発生し、それを今回観测することに成功したのです。重力波は光と同じ速度で进みます。今回観测したのは13亿光年先のブラックホールですので、13亿年前の现象を见た、ということになります。

今回の発表のインパクトは

重力波の観测で二つのブラックホールの质量までわかったというのはすごいですね。太阳の36倍と29倍の质量をもつブラックホールが合体して、62倍のブラックホールになったとされています。非常に高い精度での観测と、それを分析できる理论やこれまでの他の観测结果の蓄积の成果です。

また、観测対象がブラックホール同士の衝突だったのは意外でした。なぜなら、数が多くて観测できる确率が高い、连星パルサーの合体か超新星爆発を観测することになるかと思っていたので。恐らく今回の研究グループも、パルサーの质量で计算したら観测データとあわないのでブラックホールで计算してみた、という流れだったのではないでしょうか。

今回の强みは、二つの施设で観测したことで、ノイズを取り除き正确なデータを得ることができた点にもあります。ただし、13亿光年先という距离はわかりましたが、観测场所が2か所だと正确な方向まではわかりません。今后イタリアと日本の同种の観测施设が稼働して协力すれば、より精度の高い観测体制が确立するでしょう。

重力波による宇宙の観测が今后の主流になるのでしょうか

重力波によってこれまで直接観测できなかったことができるようになります。これまでブラックホールも、周囲に生じるガス円盘を齿线で観测することで、间接的に観测をしてきました。

とはいえ、これまでの电磁波による観测がなくなるわけではありません。重力波が生じる场所は必ずしも多くなく、确率も高くありません。电磁波は银河の形成初期などを観测するには适しています。今回のブラックホールについても、齿线を用いて调べると狈础厂础が発表しています。観测方法が増えたことで、宇宙をより正确に知ることができるようになった、ということでしょう。

一般相対论との関係は

アインシュタインが1916年に発表した一般相対论に関する论文が、重力波の存在を示したと言われています。実际に重力波について述べたのは后の1918年の论文ですが、すべての起点は1916年の论文です。私も学生のころに书库を探して见つけて感动しましたね。

アインシュタインが一般相対论で示したことが、実际に现象として确认できるのか、つまり正しいのかどうかについて多くの研究者が取り组んできました。水星の轨道のずれや、质量の大きな星の周りが歪んで见える重力レンズ効果など、弱い重力场については论じられてきました。しかしすべての现象が一般相対性理论で説明できるのかどうかは议论の余地がありました。

重力はこの世界の物理法则を司る四つの力のなかで最も弱い力です。そのため、その観测対象は极めて大きな质量をもつものである必要があります。重力が极めて强くないと、主要な効果であるかどうかを确かめることができないからです。そこで超新星やパルサー、ブラックホールが注目され、60年代から様々な方法で重力波の観测が试みられてきました。そして今回初めてその実在を捉えることに成功したのです。

アインシュタインは意外と「现実的」な人で、重力波が自然界で本当に确认できると确信していたわけではないようです。量子力学においても、理论だけを展开して、现実の観测事実と着しく乖离していく议论には不快感を示しました。今回重力波が実际に确认されて、アインシュタインはびっくりするでしょうね。そして「やはり物理学は伟大だ」と喜ぶのではないでしょうか。

近年の物理学の「大発见」と比べて今回の発见は

私が研究してきた时期の中では、1987年のカミオカンデによるニュートリノの観测、1990年代前半の颁翱叠贰卫星や2000年代初头の奥惭础笔卫星によるダークマターの観测などが大きなインパクトがありましたね。それに并ぶ、あるいはそれ以上の成果だと思います。

私が学生のころは「宇宙の成り立ちを研究したい」と言うと、そんな梦みたいな研究ではなくもっと确実な研究をしなさい、と言われてしまいましたが、今はそれができる时代になってきました。ますますこの分野は面白くなるでしょう。

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石川健叁さん（北海道大学名誉教授）：量子力学が専门

今回の発表のインパクトは

重力波の存在は理论的には全く惊きではありませんが、理论だけというのと、実际に観测されたのではまったく违います。正直なところ、私は観测はもう少し先だと思っていました。强い重力波が発生するイベントは频繁にあるわけではなく、いつ起きるか分かりません。弱い重力波だとノイズと混じってはっきりとしたことが言えなくなってしまいます。物理学では明快な结论を示すためには确実な结果を得ることが一番の决め手になります。

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今回の観测は昨年の9月に行われました。确実な検証に时间をかけたと思いますが、论文になったのは早いくらいですね。きわめてきれいなデータで惊きです。误差の见积もりを间违えると全く违う结果となってしまいます。こういった希なイベントを観测する场合、别の机器で同じイベントを観测するのが一番确実ですが、アメリカの2か所で観测できたのも大きいでしょう。

今回の意义は、物理の基本である一般相対论が正しい、ということがはっきり确认できたということです。谁もが正しいと思っていましたが、それを実际に确かめたのは大きいです。そこから新しい世界が开けるかどうかはこれからです。

厂贵めいていますが、重力波の応用はありえるのでしょうか???

1864年にマックスウェルが电磁波の存在を予言し、1888年にヘルツがその発见をしてから100年以上がたちました。発见当时は电磁波が使われるということは想像されなかったでしょう。

重力波が使われる、ということは考えにくいですが、物理の歴史を振り返ると、常识を超える、ということもありえます。将来的には重力波に関係した「何か」ができるかもしれません。絶対无理とも言えないし、できるともいえないですね（笑

いつ起こるか分からない宇宙のイベントを正确に捉えるためには多くの人と资金が必要ですね

日本の同种の装置である碍础骋搁础も今后稼働することで、より多くの知见が蓄积されていくでしょう。ただ、强い重力波の発生が今后10年以上起きない、ということもあり得るかもしれません。そうならないことを愿っていますが（笑。　そこが宇宙の研究の难しさですね。难しいからこそ面白いのですが。

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高エネルギー物理や宇宙物理は、必ずしも応用できるかどうかを考えて研究しません。分かっていないことほど面白いのですが、そういった研究にはお金も人もかかります。しかし、それをやらないと进歩はありません。多様な研究があることも大事です。今の时代、そういった研究は简単に进められるわけではありませんが、より必要になっているとも言えます。