【一億Σヒストリー】銀河太陽系の法則 発見者たち
【一億ΣＧｉｎｇａ】銀河太陽系の旧定義 発見者たちガリレオ・ガリレイ（Galileo Galilei, ユリウス暦1564年2月15日 - グレゴリオ暦1642年1月8日）はイタリアの物理学者、天文学者、哲学者である。 パドヴァ大学教授。その業績から天文学の父と称され、フランシス・ベーコンと共に科学的手法の開拓者としても知られている。 天文学ガリレオは望遠鏡を最も早くから取り入れた一人である。オランダで1608年に望遠鏡が発明されると、すぐに10倍の望遠鏡を入手し、さらに20倍のものに作り変えた。これを用いて1610年1月7日、木星の衛星を3つ発見。その後見つけたもう1つの衛星とあわせ、これらの衛星はガリレオ衛星と呼ばれている。これらの観測結果は、1610年3月に、『星界の報告』（Sidereus Nuncius）として論文発表された。（この論文には、3月までの観測結果が掲載されているため、論文発表は4月以降と考えられたこともあるが、少なくとも、ドイツのヨハネス・ケプラーが4月1日にこの論文を読んだことが分かっている）この木星の衛星の発見は、当時信じられていた天動説については不利なものであった。金星の観測では、金星が満ち欠けする上に、大きさを変えることも発見した。当時信じられていた天動説に従うならば、金星はある程度満ち欠けをすることはあっても、三日月のように細くはならず、また、地球からの距離は一定のため、大きさは決して変化しないはずであった。さらに、望遠鏡での観測で太陽黒点を観測した最初の西洋人となった。ただし、中国の天文学者がこれより先に太陽黒点を観測していた可能性もある。形や位置を変える黒点は、天は不変で、月より遠い場所では永遠に変化は訪れないとする天動説には不利な証拠になった。これは、アリストテレス派の研究者と激しい議論となった。なお、ガリレオは晩年に失明しているが、これは望遠鏡で太陽を直接見たためだと考えられている。（ただし、1610年代には既に望遠鏡の接眼レンズの先にスクリーンを置く手法は開発されていた。この方法を発明したのはガリレオではないが、他の観測者があまり知らなかったこの方法を用いることによって、ガリレオはより詳しく太陽黒点を観測することができた）ガリレオは1597年にケプラーに宛てた手紙の中で既に地動説を信じていると記しているが、17世紀初頭までは公にそれを公言することはなかった。主にこれら3点（木星の衛星、金星の満ち欠け、太陽黒点）の証拠から、地動説が正しいと確信したガリレオは、この後、地動説に言及することが多くなった。ヨハネス・ケプラー（Johannes Kepler、1571年12月27日 - 1630年11月15日）は、ドイツの数学者、自然哲学者。天体の運行法則に関する研究でよく知られている。理論的に天体の運動を解明したという点において、彼は天文学者というよりも天体物理学者であると言う方がふさわしい。サー・アイザック・ニュートン（Sir Isaac Newton, ユリウス暦：1642年12月25日 - 1727年3月20日、グレゴリオ暦：1643年1月4日 - 1727年3月31日）は、イングランドのウールスソープ生まれ。イギリスの錬金術師・自然哲学者（物理学・天文学）・数学者。近代の大科学者の一人と評されている。主著"Philosophiae Naturalis Principia Mathematica"「自然哲学の数学的諸原理（プリンキピア）」（1687年7月5日刊）のなかで万有引力の法則と、運動方程式について述べ、古典数学を完成させ、古典力学（ニュートン力学）を創始。これによって天体の運動を解明した。またゴットフリート・ライプニッツとは独立に微積分法（流率法）を発明した。光学において光のスペクトル分析などの業績も残した。ニュートン式反射望遠鏡の製作でも有名である。（なお、反射望遠鏡の発明者だとする伝記は誤り。）ニュートンは、地球と天体の運動を初めて実験的に示し、太陽系の構造について言及した。また、ケプラーの惑星運動法則を力学的に解明した一人であり、天体の軌道が楕円、双曲線、放物線に分かれることを示した。また、光の粒子説を唱えたことでも知られている。また、白色光がプリズム混合色であるとして色とスペクトルの関係について唱えた。虹の色数を７色だとしたのも彼である。アルベルト・アインシュタイン（Albert Einstein、1879年3月14日 - 1955年4月18日）は、ドイツ出身の理論物理学者。相対性理論をはじめとする多くの業績のほか、特異な風貌とユーモアあふれる言動によって、専門分野を超え世界中に広くその存在が認知されており、しばしば天才の例としてひきあいに出される。光量子仮説に基づく光電効果の理論的解明によって1921年のノーベル物理学賞を受賞。従弟に音楽学者でモーツァルト研究者のアルフレート・アインシュタインがいる。20世紀最大の理論物理学者である。1905年に特殊相対性理論を発表。ニュートン力学とマクスウェルの方程式を基礎とする物理学の体系を根本から再構成した。特殊相対性理論では、質量、長さ、同時性といった概念は、観測者のいる慣性系によって異なる相対的なものであり、唯一不変なものは光速度cのみであるとした。一般相対性理論の解として、宇宙は膨張または収縮をしているという結論が得られる。アインシュタインは重力による影響を相殺するような宇宙項Λを場の方程式に導入することで、静的な宇宙が得られるようにした。しかし、エドウィン・ハッブルによって、宇宙の膨張が発見されたため、アインシュタインは宇宙項を撤回した。後に宇宙項の導入を「生涯最大の失敗」と述べている。しかし、宇宙望遠鏡による超新星の赤方偏移の観測結果などから、宇宙の膨張が加速しているという結論が得られており、この加速の要因として、宇宙項の存在が再び注目されている。エネルギー(E) ＝ 質量(m)×光速度(c)の2乗この公式で、質量1キログラムをエネルギー変換すると次のようになる。89,875,517,873,681,764 J（ジュール）と等価 24,965,421,632 kWh（キロワット時）と等価 21.48076431 Mt（メガトン）のTNTの熱量と等価 特殊相対性理論の誕生20世紀初頭の物理学では、力学の理論的な帰結であるニュートン力学と、電磁気学の理論的な帰結であるマクスウェルの方程式が矛盾することが理論面での大きな問題となっていた。ニュートン力学によると、一定速度 V で動いている電車を座標系 R とし、地上を座標系 S とすると、電車の中で静止しているボールは、電車の中からみたボールの速度 VR は 0、地上からみたボールの速度 VSは V で運動しているように見える。すなわち、VS = VR + V の関係が成り立つ。この関係をガリレイ変換とよぶ。電車の中の座標系 Rでも、地上の座標系 Sでも、同じ力学の法則が成り立つことから、「ニュートン力学から導かれる力学の法則はガリレイ変換に対して不変である」（ガリレイ不変）ことが知られていた。これに対し、マクスウェルの方程式では真空中の電磁波（光）の速度が、座標系の採り方によらずに一定であることが示されていた。上記のボールの代わりに電磁波（光）を使うとすると、マクスウェルの方程式からは、電車の中からみた光の速度 VR と、地上から見た光の速度 VS は等しい、つまり、VS = VR でなければならない。これをもとにヘンドリック・ローレンツ (Hendrik Lorentz) は1900年に「マクスウェルの方程式から導かれる電磁気学の法則はローレンツ変換に対して不変である」（ローレンツ不変）ことを発見した。力学の法則はガリレイ不変であるが、電磁気学の法則はローレンツ不変であるという矛盾に対し、数学者のアンリ・ポアンカレはローレンツ変換に対して不変とした力学の法則を提示した。この力学では、光速に近い速度では物体の長さが減少するという「ローレンツ収縮」が導入されているなど、後の特殊相対性理論の萌芽的なものであったが、統一的な理論を創りあげるまでには至らなかった。このような背景のもと、アインシュタインは、次の二つの仮定（公理）のみをもとに思考実験によって新しい理論を考え出した。力学法則はどの慣性系においても同じ形で成立する（相対性原理）。 真空中の光の速さは光源の運動状態に無関係に一定である（光速不変の原理）。 この仮定を満たすために、それまで暗黙のうちに一様で変化しないとみなされていた空間と時間が変化するという結論が導かれた。「光の速度に近い、加速していないロケットから、光の速度が c に見えるようにするためには、どうすればよいか。」 アインシュタインの答えは、「ロケットの時間が地上と同じように進むとすると、ロケットからは光の速度がのろく見えてしまい、不自然である。ロケットの中の時間の進み方が遅くなるとすれば、ロケットの中から見ても光速度(即ち"距離÷時間")は変わらないだろう。」 というものだった（静止していない慣性系での光速度不変についてはマイケルソン・モーリーの厳密な光速度測定において考えられていた）。このように考えると、確かに、ロケットからも光の速度が地上と同じ c に見える。これが1905年にアインシュタインが提示した特殊相対性理論である。ハッブル宇宙望遠鏡（-うちゅうぼうえんきょう、Hubble Space Telescope、HST）とは地上約600km上空の軌道上を周回する宇宙望遠鏡である。長さ13.1メートル、重さ11トンの筒型で、内側に反射望遠鏡を収めている。主鏡の直径2.4メートルのいわば宇宙の天文台である。大気や天候による影響を受けないため、地上からでは困難な高い精度での天体観測が可能。
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