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現代物理学が描く宇宙論

書籍情報
ISBN978-4-320-03605-5
判型B5 
ページ数242ページ
発売日2018年09月12日
本体価格2,300円
現代物理学が描く宇宙論 書影
現代物理学が描く宇宙論

新刊

本書は,教養レベルの学生を対象にした宇宙論の変遷を学ぶ教科書である。古代の宇宙観にはじまりニュートン力学が完成した近代宇宙論を述べ,そして相対性理論と量子力学の出現によって一変した現代物理が古典宇宙論の描像を大きく塗り替えた最先端の宇宙科学までを交えて解説する。数式は出来るだけ省き(必要な箇所には Advanced というコラム的な扱いをして,読み飛ばしても良い工夫をしている。話題性となる科学ニュースも多数のコラムとして記述し,読み応えのある内容となっている。 [本文2色刷り][口絵カラー2ページ]

目次

第1章 宇宙の階層構造
1.1 地球・月・太陽
  1.1.1 地球:地球の自転と公転
  1.1.2 地球:地球の大きさ
  1.1.3 月
  1.1.4 太陽
1.2 太陽系
  1.2.1 太陽系を構成する天体
  1.2.2 惑星探査
1.3 銀河系および銀河系以上のスケール
  1.3.1 天の川銀河
  1.3.2 銀河系以上のスケール

第2章 近代物理学の夜明け:宇宙はどう理解されてきたのか

2.1 コペルニクス以前の宇宙観
  2.1.1 地球中心説と天動説
  2.1.2 コペルニクス『天体の回転について』
2.2 ブラーエ・ケプラー・ガリレイ・ニュートンの時代
  2.2.1 ティコ・ブラーエと超新星の発見
  2.2.2 ケプラーによる惑星の運動法則の発見
  2.2.3 ガリレイによる地動説の支持
  2.2.4 ニュートンによる運動法則と万有引力の発見
2.3 近代物理学の発展
  2.3.1 ニュートン力学の勝利
  2.3.2 19世紀末までの物理学

第3章 現代物理学1:時間と空間の理論(相対性理論)
3.1 奇跡の年:1905 年
3.2 特殊相対性理論・・・光速に近いときの力学
  3.2.1 電磁気学をめぐる混乱
  3.2.2 アインシュタインの登場:特殊相対性理論
  3.2.3 時間の進み方が相対的になること
  3.2.4 時間の遅れとパラドックス
  3.2.5 光円錐と因果律
  3.2.6 もっとも有名な物理の公式・・・E = mc2
  3.2.7 原子核反応
  3.2.8 星の一生
3.3 一般相対性理論・・・強い重力場の力学
  3.3.1 一般相対性理論の出発点
  3.3.2 重力の正体は時空の歪み
  3.3.3 リーマン幾何学・・・曲がった空間の幾何学
  3.3.4 重力場の方程式(アインシュタイン方程式)
  3.3.5 一般相対性理論が予言する現象
3.4 相対論の産物:(1) ブラックホールと時空特異点
  3.4.1 ブラックホール
  3.4.2 ブラックホールの形成
  3.4.3 時空特異点の問題
3.5 相対論の産物:(2) 重力波
  3.5.1 重力波
  3.5.2 初期の重力波検出実験
  3.5.3 連星パルサー:重力波の間接的証
  3.5.4 レーザー干渉計による重力波検出
  3.5.5 重力波の直接観測
3.6 相対論の産物:(3) ワームホールとタイムマシン
  
第4章 現代物理学2:原子・素粒子の理論(量子論)
4.1 光は波なのか,粒子なのか
  4.1.1 溶鉱炉の温度の問題
  4.1.2 プランクの量子仮説
  4.1.3 アインシュタインの光子仮説
  4.1.4 光は波なのか,粒子なのか
4.2 原子の構造
  4.2.1 原子模型
  4.2.2 水素原子から出る輝線
  4.2.3 ボーアの原子モデル
4.3 量子力学の誕生
  4.3.1 パウリの排他律
  4.3.2 物質波
  4.3.3 量子力学の完成
4.4 確率解釈と不確定性原理
  4.4.1 確率解釈
  4.4.2 不確定性原理
  4.4.3 コペンハーゲン解釈
  4.4.4 シュレーディンガーの猫
4.5 アインシュタイン・ボーア論争

第5章 宇宙論:宇宙の誕生と進化の理論
5.1 宇宙が膨張しているとわかるまで
  5.1.1 宇宙原理:宇宙論を考える出発点
  5.1.2 未来永劫不変な宇宙を信じたアインシュタイン
  5.1.3 膨張宇宙の解
  5.1.4 膨張する宇宙の発見
5.2 ビッグバン標準宇宙論
  5.2.1 火の玉宇宙モデルの誕生
  5.2.2 ビッグバン宇宙論 vs 定常宇宙論
  5.2.3 宇宙マイクロ波背景放射(CMB)の発見
  5.2.4 宇宙の熱史
  5.2.5 力の分化
  5.2.6 宇宙図
5.3 インフレーション宇宙モデル
  5.3.1 ビッグバン宇宙モデルの問題点
  5.3.2 インフレーション的な宇宙膨張
  5.3.3 インフレーション宇宙の観測
5.4 宇宙のはじまり
  5.4.1 量子宇宙論
  5.4.2 量子重力理論
  5.4.3 ブレーンワールド(膜宇宙)モデル
5.5 宇宙論のモデルを決める最近の観測結果
  5.5.1 ダークマター(暗黒物質):見えていない質量の存在
  5.5.2 宇宙の加速膨張
  5.5.3 宇宙マイクロ波背景放射(CMB)の観測
5.6 第2の地球はあるのか
  5.6.1 太陽系外惑星の探査
  5.6.2 地球外生命探査

付録A 宇宙を理解する数学と物理
A.1 物理で使われる単位と基本定数
  A.1.1 指数を用いる計算
  A.1.2 基本単位:MKS 単位系
  A.1.3 基本となる物理定数
  A.1.4 プランク長さ
  A.1.5 天文学で使う距離の単位
A.2 天文学的な距離の測定
  A.2.1 距離のはしご
  A.2.2 宇宙膨張と距離
A.3 波のもつ性質
  A.3.1 波の特徴
  A.3.2 ドップラー効果
  A.3.3 光・電磁波
A.4 原子・原子核
  A.4.1 周期表
  A.4.2 原子核
  A.4.3 原子核反応
  A.4.4 電子の軌道
  A.4.5 スペクトル
  A.4.6 素粒子と4 つの力
A.5 ノーベル賞受賞者

コラム一覧
コラム1 望遠鏡の視力
コラム2 月の裏側に『海』がないのはなぜか
コラム3 月に関する豆知識
コラム4 太陽に関する豆知識
コラム5 冥王星の降格に反対したアメリカ
コラム6 『Powers of Ten』
コラム7 超新星
コラム8 正多面体と惑星軌道
コラム9 西洋物理学が日本に伝わったのはいつ?
コラム10 振り子の等時性
コラム11 天体望遠鏡
コラム12 ガリレイ裁判の顛末
コラム13 銀河中心には超巨大ブラックホール
コラム14 若い頃のアインシュタイン
コラム15 相対性理論の本当の発見者は誰?
コラム16 浦島効果:未来へ行くタイムトラベルは可能!
コラム17 不思議の国のトムキンス
コラム18 酸素がない宇宙で太陽が燃えているのはなぜ?
コラム19 空間の曲がる度合いの測り方
コラム20 アインシュタインも信じなかった一般相対性理論の帰結
コラム21 一般相対性理論はどこまで正しいのか
コラム22 命名の達人 ホイーラー
コラム23 ブラックホール脱毛定理
コラム24 パーソン・オブ・ザ・センチュリー
コラム25 光は波である:2 重スリットの実験
コラム26 光は粒子である:星が見えるのは粒子的エネルギー
コラム27 コペンハーゲン精神
コラム28 EPR 論争の決着
コラム29 多世界解釈
コラム30 宇宙膨張はハッブルの発見か
コラム31 オルバースのパラドックス
コラム32 エピソードがたくさんのCMB発見
コラム33 相転移と位相欠陥
コラム34 余剰次元は存在するか
コラム35 もし月がなかったら
コラム36 計算するときの定石
コラム37 幾何学的単位
コラム38 日本のニュートリノ観測