４回にわたる講義で宇宙物理学者が立ち向かう未解決の謎にまで迫っていきます。 まずは ２０世紀前半に発見された「宇宙は膨張している」という驚くべき事実。 実は１９２５年ごろまでは宇宙には たった１つの銀河しかないと思われていた。 宇宙には 私たちの住む銀河系しかないと思われていたわけだからその後の宇宙観の変化が いかに大きなものだったか分かるだろう。 ではこの中の１つの銀河を選んでそこから 宇宙を眺めると一体 どう見えるのか。
ハッブルの観測結果は私たちが宇宙の中心ではない事いや 宇宙には中心がない事を明らかにしたとも言える。 楽観主義者なら 「どこもが宇宙の中心だ」と言うかもしれない。 ハッブルの この重要な発見は宇宙観を一変させた。 これは 「超新星爆発」と呼ばれる現象でいわば 宇宙で最も明るい花火だ。 超新星爆発で生まれた高い圧力によって 初めてこの宇宙の物質を形づくる原子が合成された。 およそ５０億年前私たちの銀河系の中で一つの超新星が爆発し そのチリやガスが再び集められて新しい星が生まれた。
その答えとなるべきものは私たちの宇宙の膨張率を表すハッブル定数なんだ。 上下の「長さ」は 消し合うからハッブル定数は 「時間分の１」の次元を持つ事が分かる。 ハッブル定数から 宇宙のおおよその年齢を出す事ができたわけだ。 ハッブル定数は さまざまな形で宇宙のスケールを特徴づけている。 １９世紀初頭物理学者 トマス・ヤングがエネルギーの概念に一つの定義を与えた。
前回 次元解析の話をした時距離を表す式を求めたのを覚えているか？物体が一定の速度で動いているならその平均速度は最終速度の半分だ。 質量はｍ 加速度は？これこそ ある物体に仕事をして速度を与えた場合の物体が得る エネルギーだ。 重力に逆らって 物体をある位置にまで持ち上げる事でこれは 重力と ちょうど同じ大きさの力を上方向に加え物体を この距離だけ移動させるための仕事量に等しい。 さて ある物体を地球の中心から地球の重力に逆らって…距離Ｒの所まで 移動させる場合の仕事量つまり 位置エネルギーを求めてみよう。
その物体が速度Ｖで動いていれば運動エネルギーを持つ。 更に 何か大きな質量が作る重力に引っ張られているなら位置エネルギーを持つ。 もし 私が何か物体を放り上げれば最初の運動エネルギーはだんだん 小さくなってやがて 止まりその分の位置エネルギーを得る。 この間 運動エネルギーと位置エネルギーが 入れ代わるがその総量は 変わらない。 エネルギーの総量は 一定に保たれ保存される という事だ。