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SDGsの分類
研究テーマ
自然科学
学科の分類
工学部一般教育科

一般相対性理論の数理構造の解明

工学部

一般教育科

宇宙物理研究室

野澤真人 講師

一般相対性理論ブラックホール

Einstein の提唱した一般相対性理論は、Newtonの万有引力では謎であった多くの現象を説明することに成功し、最も予言能力の高い重力の理論としての地位を確立しています。さらに宇宙自身の膨張やブラックホールといった天体など、私たちの宇宙観に大きなパラダイムシフトをもたらしました。 このように大きな成功を収めた一般相対性理論ですが、私がこの理論に惹かれる理由は、何と言ってもその数理的な美しさにあります。時空の安定性を保証する正質量定理やブラックホールの唯一性定理の見事な証明は、その端的な例でしょう。これらをさらに一般化して、より汎用的な形式にするための研究を進めています。

ブラックホール

重い星が核燃料を使い果たし自らの重力に対抗することができなくなると、重力崩壊を起こしてブラックホールができると考えられています.ブラックホールが形成されると,重力波によるエネルギー散逸により星が持っていた情報は失われ、最終的には質量・角運動量・電荷という3つの保存量のみで特徴付けられると考えられています。この予想はブラックホールの無毛仮説として知られています。物質として電磁場のみが存在する場合には、定常時空でのKerr-Newmanブラックホールの唯一性定理が無毛仮説を支持する後ろ盾となっていますが、その他の物質場を含む場合への拡張や動的に毛を失うプロセスの統一的理解には至っていません。これらの研究を推し進めることで、ブラックホールに潜む数理的な構造を解き明かしたいと思っています。

正エネルギー定理

一般相対性理論における最も重要な定理のひとつに、「漸近平坦時空において 物質場がエネルギー条件を満たしているとき、時空の全質量は非負であり、零となるのは平坦時空に限られる」という正質量定理があげられます。この定理の威力は凄まじく、重力ソリトンの非存在定理やブラックホールの唯一性定理においても強力なツールとなっています。正エネルギー定理は、基底状態であるMinkowski時空の安定性の裏付けとなっており、一般相対性理論そのものが良い振る舞いを示す重力の理論だということを意味しています。

現在の宇宙の加速膨張は、一般相対性理論の枠内では何がその原因になっているのかわかっていません。そこで宇宙論的な長距離で重力の法則を変更することで、加速膨張を説明しようという試みがあります。しかしこのような修正重力理論は、太陽系近傍の実験結果や強重力場中の重力現象まで説明できるとは限りません。また真空の安定性に関しても問題を抱えていることがあり、我々は正エネルギー定理の視点から理論を絞り込むことにも使えると考えています。

研究者INFO: 工学部 一般教育科 宇宙物理研究室 野澤真人 講師

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大森 勇門

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スマート農林業のための自律走行型クローラロボット「アグリムーバ」

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森内 隆代

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吉田 準史

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我々の周りには声や楽器、飛行機の音など様々な音があり、同じ音でも心地よい音もあれば騒音と判断される音もあります。自動車走行中の音などのような製品が稼働することで生じる音は一般的に騒音と捉えられやすいですが、時には製品の状態を知る有効な手がかりになります。このことを踏まえ我々は製品音に着目し、その音全てを低減対象とせず、必要な成分と下げるべき成分に分別しようとしています。また下げるべきには、そのメカニズムを的確に把握する技術を構築しています。そして必要な音に対しては、その音を選び出し状態認知を手助けする方法も検討する等、音が持つ可能性を踏まえた技術開発を進めています。

杉川 智

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