2016年12月31日土曜日

10 Constitutes of the Universe

10 Constitutes of the Universe【What is the Universe?】Dialogue with the Universe

10-1 Constitutes of the Universe [1]
(1) Substance・・・・・4.83% by weight of the universe
・Heavy elements •  :0.03%
・Neutrino      :0.3%
・Stars        :0.5%
・Hydrogen・Helium :4%
(2) Energy・・・・・・・ 0.17% 
(3) Dark matter ・・・ 26.8% 
• Dark matter does not interact with the electromagnetic force. This means it does not absorb, reflect or emit light. In fact, researchers have been able to infer the existence of dark matter only from the gravitational effect. 
(4) Dark energy ・・・ 68.3%
・Dark energy is hypothetical energy to explain the accelerated expansion of the universe and result of observation that the the majority of the mass of the universe is unknown identity.
(Hawking suspects that it is vacuum energy.)
宇宙の構成(英語).png
Figure1 Constitutes of the Universe [2]

10-2 Observation of the total amount of substance [3]
○The total amount of the substance in the universe is estimated from the measurement of the gravitational lens effect and X-ray radiation of galaxy clusters.
• The total mass of the galaxy clusters are associated with the temperature of the gas in clusters of galaxies that emit X-rays.

10-3 Virtual particle [3]
:Particles which is assumed in the calculation without being observed.
・In calculating the reaction between the particles in accordance with the quantum field theory, by considering virtual particles, correct answer is obtained.
・For example, the fine structure of the spectrum of the hydrogen atom can be calculated with high accuracy.
・Electromagnetic force is mediated by photons and virtual photons.
・According to the quantum theory of electromagnetic, the electrostatic field occurs by the charged particles releasing virtual particles of zero energy.
・・・According to the quantum theory of electromagnetic, the electrostatic field occurs by releasing of virtual particles of zero energy from charged particles .
・・・Zero-energy particles may proceed even to the ends of the universe without disappearing.
※If zero-energy particles are released, law of the conservation of energy is not violated.

• In addition, inside the proton and the neutron, gluons and virtual gluons, that convey the strong force acting between quarks, constantly born and disappear.

○Features of virtual particles
・They are virtually and apparently "short-lived".
・Phenomena such as breaking the law of conservation of energy occurs.
・Positive and negative charge particles occur in pairs.

○ Energy of virtual particles 
・Energy of virtual particles can be calculated by following equation.
Energy of virtual particles = Total energy - Energy of real particles
※real particles:Consider actual particles to be divided into real particles and virtual particles
※Method of calculation
• Virtual particles disappear in infinitesimal time.
・The measured value of energy of a system is inversely proportional to the length of the measurement time.
• So, the particles that disappear in infinitesimal time have the energy of infinity.
・In order to obtain energy of virtual particles as finite value, we subtract energy of total energy and energy of real particles.

○Vacuume energy ⇔ Cosmological constant ⇔ Dark energy ⇔ Energy of virtual particles・・・Unresolved problem
・Vacuum energy behaves equivalent to the cosmological constant.(1967 Yakov Borisovich Zel'dovich)
・However, unfortunately, against empty space, the estimated value of the energy on the virtual particles are 120 orders of magnitude greater than all of the other energy in the universe!

空っぽの空間.png

【References】
1. Wikipedia:宇宙
2. Chris Blake”Dark energy and dark matter”
http://astronomy.swin.edu.au/~cblake/Talk-Blake.pdf
3.A Universe from Nothing. Lawrence M. Krauss -2012

10 宇宙を構成するもの

10 宇宙を構成するもの 【宇宙とは】宇宙との対話

10-1宇宙を構成するもの [1]
(1)物質・・・・・・・・・・・・宇宙質量の 4.83%
    ・重元素    :0.03%
    ・ニュートリノ :0.3%
    ・星      :0.5%
    ・水素・ヘリウム:4%
(2)エネルギー・・・・・・・・・宇宙質量の0.17%
(3)暗黒物質(ダークマター)・・・宇宙質量の26.8%
・暗黒物質は質量を持つが、電磁相互作用をしないため、光学的に観測できない(4)暗黒エネルギー(ダークエネルギー)・・・・・・・宇宙質量の68.3%
・現在観測されている宇宙の加速膨張や、宇宙の大半の質量が正体不明であるという観測事実を説明するための仮説的なエネルギー。
    (ホーキングは真空エネルギーではないかと思っている。)
宇宙の構成.png
図:宇宙の構造[2]

10-2 物質の総量の観測 [3]
○宇宙に存在する物質の総量は、重力レンズ効果と、銀河団のX線放射の測定から推定されている。(p.76)
・銀河団の総質量は、X線を放出させる銀河団内のガスの温度と結びついている。(p.77)

10-3 仮想粒子[3] (p.112)
:観測されることはないが、計算上では想定される(= virtual)粒子。 
・場の量子論に従い粒子(素粒子)間の反応を計算する際には、仮想粒子の実在を考慮することによって、正しい答えが得られる。
・例えば、水素原子のスペクトルの微細構造を高い精度で計算できる。(p.113)
・電磁気力は光子と仮想光子により媒介される。
・・・電磁気の量子論によれば、静電場が生じるのは、荷電粒子が、エネルギーがゼロであるような仮想粒子を放出していることによる。
・・・エネルギーゼロの粒子は、消滅することなく宇宙の果てまででも進むことができる。(p.221)
※エネルギーがゼロであるような粒子が放出されても、エネルギー保存則は破られない。(p.234)

・また、陽子や中性子の内部では、クォーク間に働く強い力を伝えるグルーオンと仮想グルーオンが絶えず生まれたり消えたりしている。

○仮想粒子の特徴
・極短い時間、何もないところから生成されたり消滅したりする。
・極短い時間、エネルギー保存則を破る様な現象が起きる。
・プラスの電荷の物質とマイナスの電荷の物質が対になって生じる。

○仮想粒子のエネルギーの計算 [3] (p.118)
仮想粒子のエネルギーは次の式で計算できる。また、計算結果は測定値と一致する。
仮想粒子のエネルギー=全エネルギー - 実粒子のエネルギー
※実粒子:実在粒子を、実粒子と仮想粒子に二分して考える。
※計算方法
 ・仮想粒子は無限小の時間で消滅する。
 ・ある系のエネルギーの測定値は、測定時間の長さに反比例する。
 ・従って、無限小の時間で消滅する粒子は無限大のエネルギーを持つ。
 ・無限大の全エネルギーと実粒子のエネルギーを引き算すると有限な値を仮想粒子のエネルギーとして得られる。

○真空エネルギー ⇔ 宇宙定数 ⇔ ダークエネルギー ⇔ 仮想粒子のエネルギー・・・未解決問題 [2] (p.120)
・真空エネルギーは宇宙定数と同等に振る舞う。(1967年 ヤーコフ・ゼルドヴィッチ)
・しかし、残念なことに、仮想粒子が空っぽの空間に及ぼすエネルギーの推定値は、宇宙における他のすべてのエネルギーよりも120桁も大きくなる!

空っぽの空間.png

【参 照】
1. Wikipedia:宇宙
2. AstroArts” 「プランク」が宇宙誕生時の名残りを最高精度で観測” 2013
http://www.astroarts.co.jp/news/2013/03/22planck/index-j.shtml
3. 「宇宙が始まる前には何があったのか?」ローレンス・クラウス(2013年11月刊)

9 The size of the Universe

9 The size of the UniverseWhat is the Universe?】Dialogue with the Universe

The size of the universe is more than 93 billion light-years(ly). [1]                              ・・・0.92×10ˆ11
Surface that the universe is expanding at the speed of light[2]
・・・0.36×10ˆ11
Distance to the Andromeda Galaxy(the nearest galaxy) is about 2.5 million ly                                                       ・・・2.5×10ˆ
By the way, the disk of the Milky Way galaxy is about 100 000 ly in diameter.                           ・・・1×10ˆ
Distance to the nearest star                ・・・4×10ˆ
Solar system is about 100,000 ly in diameter.             ・・・0.6×10ˆ-3
Distance to the Sun from the Earth             ・・・1.6×10ˆ-5
Diameter of the sun                         ・・・1.5×10ˆ-7
The Earth is about 13,000 km in diameter.              ・・・1.4×10ˆ-12
Human height is about 1.7m.              ・・・1.8×10ˆ-16
(The length of the DNA in the cell of the human is 1.8 m.)
The size of human cells is about 15μm.         ・・・1.6×10ˆ-21
The size of the atom                   ・・・1×10ˆ-26
The sizeof hadron (proton, neutron)                      ・・・1×10ˆ-31
The size of the atom and the nucleus is different enough human height and cell. So, the nucleus is not visible even look at the atom. (If atom is to be the size of Earth, nuclei is baseball field size, and electrons is smaller than ball.)
The length  of  "String" and "other seven spatial dimensions" contemplated in the superstring theory                    ・・・1×10ˆ-51

If the reference unit of the size of the universe is the speed of light, the size of the parallel universe is about 1×10ˆ51ly.
It may be there are the 82nd power piece of 10 universe in the parallel universe.

Reference
1.   Wikipedia: 観測可能な宇宙(The universe/Japanese)

2.   The galaxies, 18 billion light-years more distant from the observer, go far off beyond the speed of light. So we can not observe them.

9 宇宙の大きさ

9 宇宙の大きさ【宇宙とは】宇宙との対話

・宇宙の大きさ直径約930億光年以上。[1]       ・・・0.93×10ˆ11
・宇宙が光速で膨張している面 [2]                           ・・・0.36×10ˆ11
・一番近いアンドロメダ銀河までの距離は約250万光年    ・・・2.5×10ˆ
・天の川銀河のデイスクの直径は約10万光年         ・・・1×10ˆ
・一番近い恒星までの距離は約4光年             ・・・4×10ˆ
・太陽系の直径は、0.6×10のマイナス3乗光年       ・・・0.6×10ˆ-3
・地球から太陽までの距離は、1.6×10のマイナス5乗光年  ・・・1.6×10ˆ-5
・太陽の直径は、約1.5×10のマイナス7乗光年       ・・・1.5×10ˆ-7
・地球の直径は約13,000km=1.4×10のマイナス12乗光年 ・・・1.4×10ˆ-9
・人間の身長は約1.7m=1.8×10のマイナス16乗光年 ・・・1.8×10ˆ-16
 (人間のひとつの細胞中のDNAの長さは1.8メートル。)
・人間の細胞の大きさは約15μm=1.6×10のマイナス21乗光年
・・・1.6×10ˆ-21
・原子の大きさは10マイナス10乗メートル
=10のマイナス26乗光年               ・・・1×10ˆ-26
・ハドロン(陽子・中性子)の大きさは10マイナス15乗メートル
=10のマイナス31乗光年               ・・・1×10ˆ-31
○原子と原子核の大きさは、人間の身長と細胞ほどに違う。だから、原子を見ても原子核は見えない。(原子が地球の大きさだとすると、原子核は野球場の大きさ、電子はボールより小さい。)
・超弦理論で想定する「ひも」と「他の7個の空間次元」の大きさは10のマイナス35乗メートル
=10のマイナス51乗光年               ・・・1×10ˆ-51

☆仮に光速が宇宙の大きさの基準単位であり、大きさについて宇宙は対照的と考えると、並行宇宙の大きさは、10の51乗光年かもしれない。     ・・・1×10ˆ51
☆この場合、並行宇宙が平坦にかつ密に広がっているとすると、並行宇宙には天の川銀河のある宇宙相当の宇宙が、10の82乗個あることになる。

【参 考】
[1] Wikipedia:観測可能な宇宙

[2] 観測者から180億光年以上離れた銀河は光速を超えて遠ざかるため、観測できなくなる。

8 Address of the Earth in the Universe

8 Address of the Earth in the Universe【What is the Universe?】Dialogue with the Universe

Somewhere in the parallel universe
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Address of the Earth in the universe:the "local group of supercluster, Virgo galaxies, local galaxies (Milky Way), Orion Arm, Solar system, third planets."
The universe with Milky Way 
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※ Radius of the observable universe is about 45 billion light-years. ( The theoretical value calculated from redshift.)
Space beyond that area, does not know whether infinite or finite.
※ The number of galaxies is about one trillion.
※ The end of the universe is moving away from Earth at a rate of about 3.5 times the speed of light. (Which appears to be viewed from any galaxy, other galaxies are uniformly distributed, as moving away at a speed proportional to the distance)
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銀河系(英語).png
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The Disk of the Milky Way 
※ The shape of the Milky Way galaxy is the disk about 100,000 light-years in diameter, and 15000 light-years in thickness.
※ In the Milky Way galaxy, there are about 200 billion~400 billion stars.
銀河系ディスク(英語).png
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The solar system
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※ Reference:Wikipedia “Solar System”

8 宇宙における地球の住所

8 宇宙における地球の住所 【宇宙とは】宇宙との対話

並行宇宙の中の某所
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銀河系のある宇宙の中での地球の住所は、「局部超銀河団 おとめ座銀河団 局部銀河群 銀河系(天の川銀河) オリオン腕 太陽系 第3惑星」。

銀河系のある宇宙
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※観測可能な宇宙の半径は約450億光年。(赤方偏移から計算された理論上の値)
 その領域を超える宇宙は、有限なのか無限なのか分かっていない。
※銀河の数は、約1兆個。(10の12乗個)
※宇宙の果ては光速の約3.5倍の速度で地球から遠ざかっている。(いずれの銀河から見ても、他の銀河が一様に分布していて、その距離に比例した速度で遠ざかっているように見える。)
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天の川銀河(Milky Way galaxy)
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銀河系のディスク
※天の川銀河の形状は、直径は約10万光年、厚さ1.5万光年のディスク。
※天の川銀河には、約2000億個の恒星がある。
※銀河の中央には巨大なブラックホールがある。
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太陽系
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※一番内側が火星の軌道。
参照:Wikipedia「オールトの雲」

2016年12月30日金曜日

7 Solar System

7 Solar System【What is the Universe?】Dialogue with the Universe

○The Solar System is located in the Orion Arm, 26,000 light-years from the center of the Milky Way (100,000 light years in diameter).
○There are 200 billion stars in the Milky Way galaxy.
○The solar system is orbiting in the galaxy at a speed of 220km / s, for about one orbiting of the galaxy about 225-250 million years. [1]
○Revolution speed of the Earth is 30km per second.

○The brightness of the sun was only about 70% of the current in 4.6 billion years ago when the solar system was born, that has been increasing the brightness gradually thereafter. 
○The sun continues to increase the brightness at a rate of 1% in about 100 million years now. [2]
Solar-System.png
Zooming out the Solar System [1]

○The earth revolves in Milky Way Galaxy while drawing a spiral.<You Tube [3]>

【References】
1. Wikipedia:Solar System
2. Wikipedia:スノーボールアース
3. You Tube:The helical model - our Galaxy is a vortex
https://www.youtube.com/watch?v=C4V-ooITrws&ebc=ANyPxKpN2IVUNbkZQH_I0UWh1cGk_Yz4d3Xz4-vd2Np7c1cYC

7 太陽系

7 太陽系 【宇宙とは】宇宙との対話

○太陽系は、直径約10万光年ある天の川銀河の中心から26,000光年ほどの位置にあると考えられている。
○天の川銀河には、約2000億個の恒星がある。 
○太陽系は秒速240km程度の速度で銀河系内を周回しており、約2億2600万年で銀河系内を1公転する。[1]
○地球の公転速度は秒速30km.

○太陽の明るさは、太陽系が生まれた46億年前には現在の約70%しかなく、その後徐々に明るさを増してきている。
○太陽は現在でも約1億年で1%の割合で明るさを増し続けている。[2]

太陽系.gif
太陽と惑星 [3]
※一番内側が火星の軌道。

○地球はらせんを描きながら銀河の中を公転している。<You Tube [4]>

【参 照】
1. Wikipedia:太陽系
2. Wikipedia:スノーボールアース
3. Wikipedia:オールトの雲
4. You Tube:The helical model - our Galaxy is a vortex
https://www.youtube.com/watch?v=C4V-ooITrws&ebc=ANyPxKpN2IVUNbkZQH_I0UWh1cGk_Yz4d3Xz4-vd2Np7c1cYC4gBbdYbCEsT_5Fo-V1zZCgSF1PALLZyeq041CWHdx1_PTFDdA

6 Aurora(version4)

6 Aurora(version4) 【Prologue】Dialogue with the Universe

Rather than seeing the aurora, it is important thing to know.

6 オーロラ(その4).jpg


※オーロラ - Wikipedia

6 オーロラ(その4)

6 オーロラ(その4)【プロローグ】宇宙との対話

大事なことは、オーロラを見ることではなく、知ることなのです。

6 オーロラ(その4).jpg

 
※オーロラ - Wikipedia