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2019 年ノーベル物理学賞に関して～ジェームス・ピーブルズ教授～高田昌広（東京大学カブリ IPMU）
1. はじめに授自身がすでに重力あるいはビックバン宇宙2019 年のノーベル物理学賞の 1/2 は、「物論の理論研究の大家であったが、1960 年代は理的宇宙論における数々の理論的発見に対し量子力学の隆盛の時代であり、一般相対性理て」（“For theoretical discoveries in physical論は「数学的産物」として主流からは外れてcosmology”）という受賞理由で、米国プリンいた。その背景であっても、ディッケ教授はス ト ン 大 学 のジ ェ ー ム ス ・ ピ ー ブ ル ズ 教 授

重力物理の重要性に着目し、宇宙背景放射を（Prof. James E. Peebles）に授与された。

はじめとする実験、観測の研究を進めていたより正確な情報は、ノーベル財団が配布してが、ピーブルズ教授には重力が主要な役割をいる受賞理由[1]にピーブルズ教授の分野の果たす膨張する宇宙の理論的研究を勧めたそ

物理的宇宙論に関する研究の進展の歴史、まうである。ピーブルズ教授自身、一般相対性たその歴史の流れのなかでのピーブルズ教授

理論は地球あるいは太陽系のスケールで検証の貢献、その意義について、非常に簡潔かつはされていたが、同じ理論がスケールがはる正確にまとめられているので、そちらを参照かに異なる宇宙全体も記述できるのか？といされるのをお勧めする。

う素朴な疑問もあり、その研究に関心をもっまた、ピーブルズ教授がノーベル賞を受賞たそうである。さらに、宇宙論自体が物理のされた日にプリンストン大学で公開記者会見分野でなかった時代なので、先行研究、論文があったが（著者は偶然にもその日にプリンもなく、自らの好奇心の赴くままに宇宙の物ストン大学にいた！）、その記者会見の模様の理を探ったそうである。ピーブルズ教授の才ビデオ[2]についても、ピーブルズ教授の人柄、 能は勿論であるが、知的好奇心の強さ、またまたご自身の研究分野を専門とした動機などよい意味での楽観的な思考に感心するが、自を知ることができるので、興味のある方はご由な発想・研究を推奨するプリンストン大学

覧になっていただきたい。の校風も後押ししたのかもしれない。

ここでは、物理学的宇宙論を専門とする研究者である著者が、ピーブルズ教授の業績について簡単に解説したい。

この背景の下、ピーブルズ教授は物理法則に立脚し、膨張宇宙の現象について次々と理論的定式化を成し遂げ、宇宙論の理論的枠組

2. ピーブルズ教授と宇宙論みの基盤を築き上げた。ピーブルズの理論的本題に移る前に、ピーブルズ教授がプリン研究のいくつかについては、後の観測的研究

ストン大学物理学科の大学院生時代に宇宙論で確認、立証された。例えば、宇宙背景放射の研究を専門に選んだ 1960 年代の時代背景は当時、学問的興味の研究とみなされ、ピーを述べておきたい。

ブルズ教授の予言は観測的に検証することはその選択の大きな理由は、指導教員のロバ到底不可能だと思われていたが、その後の技ート・ディッケ教授（Prof. Robert H. Dicke）術の進展により観測で確証され、現在では宇の勧めが大きかったそうである。ディッケ教

宙背景放射は最も精度の高いデータであり、天文教育 2019 年 11 月号（Vol.31 No.6）

2019 年ノーベル物理学賞に関して観測的宇宙論の強固な基盤になっている。つ－3－ておく。

まり、理論予言を提案し、後の実験・観測がさらに、ピーブルズ教授はダークマターのそれを確証する、という理論家としては最も存在の必要性を早くから認識しており、宇宙格好いい研究スタイルを実践したのである。の構造形成に関する先駆的な研究を成し遂げ自分に才能がないのは棚に上げておき、なんている。と羨ましい限りであろうか！
このように、ピーブルズ教授は現代標準宇（3）我々の天の川銀河の星が分布する領宙論を確立させた張本人の一人なのである。

域を取り囲むような大きな領域に重力のほとんどを支える大量のダークマターが存在しな

3. ピーブルズ教授の業績

ければ、天の川銀河の渦巻き（ディスク）構本題に戻ろう。ピーブルズ教授の業績は多岐に渡るが、ノーベル財団の資料によれば、造の「薄さ」が説明できないことを数値シミュレーションも用いて定量的に示した。

主に以下の五つの業績が受賞理由として挙げられている。

（4）「冷たい」ダークマターの存在を導入し、膨張宇宙における宇宙の大規模構造の形（1）ビックバン宇宙誕生から 3 分後に起成過程を定式化した。また、宇宙初期のインこった軽元素合成の物理過程、特に重水素、フレーション加速膨張のシナリオが予言するヘリウムの生成過程、その残存量に関する定宇宙の初期条件を仮定し、当時観測されてい量的な計算を行った。

た銀河の 3 次元地図による宇宙の大規模構造の統計量（2 点相関関数）の振る舞いを説明（2）膨張する宇宙におけるゆらぎ（物質できることを示した。の空間分布の非一様性）の進化の物理過程を定式化し、特に宇宙年齢で約 38 万年の宇宙（5）さらに、当時はその存在が信じられの晴れ上がり（電子、陽子が結合し、中性化ていなかったアインシュタインの宇宙定数をする過程）の以前には、宇宙背景放射の光子積極的に導入し、その冷たいダークマターのと熱平衡状態の電離プラズマのあいだに密度構造形成モデルが銀河分布の観測結果をよりの疎密波（音波モード）が励起され、特徴的良く説明できること、また検証方法を提案しな波長のゆらぎのパターンが形成される物理た。つまり、ピーブルズ教授の先駆的な研究過程を定式化し、実際に数値計算を行った。

により、現代宇宙論の標準模型（ΛCDM：ラ

この音波モードが、宇宙背景放射の温度非等ムダ CDM）の重要な前提になっている、イ方性の特徴的な角度スケールを与え、実際にンフレーションの初期条件、アインシュタイ

これが WMAP や Planck 衛星などの観測で確ンの宇宙定数（今はダークエネルギーとも呼認され、宇宙年齢、通常の物質（バリオン）ばれる）、冷たいダークマターの全てが 1984の存在量、ダークマターの存在量などの宇宙年までには提案されていたことを意味する。

論パラメータの高精度測定に繋がった。この

現在でもこのモデルは、様々な宇宙論データ

研 究 に つ い ては 、 ヤ ー コ フ ・ ゼ ル ド ビ ッ チを無矛盾に説明することに成功している。

（Yakov Zeldovich）、ラシード・スニャーエフ（Rashid Sunyaev）らのロシア（旧ソ連）の研究者らも大きな貢献をしたことを補足し

4. おわりに以上が、ピーブルズ教授の功績である。著

天文教育 2019 年 11 月号（Vol.31 No.6）

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者 自 身 も ピ ーブ ル ズ 教 授 が 執 筆 し た 教 科 書

文

“ The

[1] https://www.nobelprize.org/uploads/201

Large-scale

Structureofthe献Universe”（1980）を読んで、宇宙論を志し9/10/advanced-physicsprize2019-3.pdf

た一人であり、そのような研究者が世界中に[2] https://www.youtube.com/watch?v=JiP
ZrRcdgfU多くいるだろう。
最初に紹介した記者会見で、ピーブルズ教
授は、「 当時私が物理的考察から提案した最も単純な宇宙の構造形成の理論模型が、現在までの様々な宇宙論観測を無矛盾に説明できることは宇宙の神秘性を示し、感動的である。
しかし一方で、あまりに上手く出来すぎていて、つまらない。」とも仰っている。この標準模型を超える宇宙の物理を探るのが、ピーブルズ教授の影響を受けた我々の世代を含む、高田 昌広後生の研究者の使命である。

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