2019年1月3日木曜日

14  Theory of Relativity(Albert Einstein) #universe #relativity

14  Theory of Relativity(Albert Einstein) #universe #relativity

○The universe is a four-dimensional space-time consisting of three-dimensional space and time, and the space-time can shrink or elongate. (Special relativity [1])
○ The speed of light(electromagnetic wave) traveling space-time is constant. (Special relativity)
○ You can write the relationship of energy and mass and speed of light with following equation. (Special relativity)
E=mc^2
  ※c^2:raise c to the 4 power

   (E:energy(J)、m:mass(g)、c:speed of light(m/s))
○If the mass of the object which exercises reaches speed of light, it will become infinite. (Special relativity)

○The space-time is distorted. (General relativity[2])
○ The universe is expanding. (General relativity)
○ Black hole exists. (General relativity)

※ In accordance with Special relativity and General relativity, it is called Theory of relativity.
※ According to theory of relativity, the phenomenon in which an error becomes large if Newtonian mechanics describes (movement near the speed of light and movement in a big gravitational field) , can be described correctly.

【References】
1. Special relativity(1905)[Electromagnetic force ]
:The theory which dealt with the inertia system in the state where there is no gravity.
○The universe is the 4-dimensional world of time and space. The "space-time" seen from the watcher is a relative thing which is rectified by Lorentz transformation, and is extended or is shrunk.
○The length of a spacecraft is shrunk by a cross direction at a rate of.



(V: Motion speed, C:Light speed)
○At the system which exercises, compared with an external system, only is delayed in time. 




2. General relativity [Electromagnetic force + Gravity]
:Theory of gravity and space-time about the macro world such as the movement of the stars and the structure of the galaxy. (1915 - 1916)
• This theory described that gravity is generated by distortion of spacetime by mass.
・It is the extended equation of the Newton's law of universal gravitation, so that it can be applied to the strong gravitational field . By substituting the material and energy density such as a star on the right side, it is possible to estimate the curvature of the space-time around the star.
・Genera relativity can properly describe phenomenon(ex. exercise close to light-speed, or movement in a large gravitational field of such a black hole) more than Newtonian mechanics.
・Generally relativity predicts that black hole is formed where large mass is concentrated in a limited space.

○ Einstein’s equation: If you assign the mass of the material such as a star or energy in the right-hand side, it is possible to calculate the curvature of space-time around the star.

Gμν+Λgμν=κTμν

※ Left-hand side: Curvature of space-time (Geometrical quantity representing the bending of space-time):Total energy of the galaxy
※ Right-hand side: Density of matter and energy (causing a gravity) that exist in the universe 
⇒In the flat universe of curvature zero, the total energy for the entire galaxy becomes zero.
=In the flat universe, the sum of the negative energy due to gravity (repulsion) and the positive energy(kinetic energy) is zero.

・Gμν:Einstein tensor(Tensor represents the distortion)
・Λgμν : The cosmological constant
・κ :Einstein's constant of gravitation
(κ=8πG/c^4 (π:pi、G:Gravitational constant、c :Speed of light))
  ※c^4:raise c to the 4 power
・Tμν:energy-momentum tensor
・μ, ν: Identify the coordinates of space-time.

○As astronomical phenomena were discovered, such as the 3-kelvin microwave background radiation (1965), pulsars (1967), and the first black hole candidates (1981), General relativity explained their attributes, and measurement of them further confirmed the theory.


※Image of pulsar [2]

【Referendes】
1. Theory of relativity - Wikipedia
2. Dave Finley “Pulsars: The Universe's Gift to Physics”at National Radio Astronomy Observatory 20120219
https://www.nrao.edu/pr/2012/aaaspulsars/

【Change log】
20170430 Addition of figure etc.

14 相対性理論 #宇宙 # 相対性理論

14 相対性理論 #宇宙 # 相対性理論

○宇宙は3次元の空間と時間という4次元の時空であり、空間と時間は伸びたり縮んだりする。(特殊相対性理論)
○時空を移動する光(電磁波)の速さは一定である。(特殊相対性理論)
○エネルギーと質量と光速の関係は次の式で書ける。
E=mc^2
  ※c^2:cの2乗
  (E:エネルギー(J)、m:質量(g)、c:光の速度(m/s))
○運動する物体の質量は光速に達すると無限大になる。(特殊相対性理論)

○時空は歪んでいる。(一般相対性理論)
○宇宙は膨張している。(一般相対性理論)
○ブラックホールが存在する。(一般相対性理論)

※特殊相対性理論と一般相対性理論の2つの理論をあわせて相対性理論と呼ばれる。
※相対性理論では、ニュートン力学で記述すると誤差が大きくなる現象(光速度に近い運動や、大きな重力場における運動)を正しく記述できる。

【参 考】
1.特殊相対性理論(1905年)[電磁気力]
:電磁気学の理論。重力のない状態での慣性系を取り扱っている。
○観測者から見た「時空」は、ローレンツ変換により補正され、伸びたり縮んだりする相対的なもの。
○宇宙船の長さは前後方向に



の割合で縮む。
  (V:運動する速度、C:光の速度)
○運動する系では、外部の系に比べて



だけ時間の進み方が遅れる。

2. 一般相対性理論(1915 - 1916年)[電磁気力+重力]
:星の運動や銀河系の構造などマクロな世界の重力と時空の理論。
・質量が時空間を歪ませることによって、重力が生じることを説明した。
・ニュートンが導いた万有引力の法則を、強い重力場に対して適用できるように拡張した方程式であり、星のような物質とエネルギーの密度を右辺に代入すれば、その星の周りの時空がどういう風に曲がっているかを推定することができる。
・ニュートン力学で記述すると誤差が大きくなる現象(光速度に近い運動や、ブラックホールなどの大きな重力場における運動)を正しく記述できる。
・限られた空間に大きな質量が集中すると、ブラックホールが形成されることを予測した。

○アインシュタイン方程式(重力場の方程式)を使うと、星のような物質またはエネルギーを右辺に代入すれば、その星の周りの時空がどういう風に曲がっているかを読みとることができる。

Gμν+Λgμν=κTμν

※左辺は時空の曲率(時空の曲がり具合):銀河の全エネルギー
※右辺は宇宙に存在する物質とエネルギー(重力を生じさせるもの)の密度
⇒曲率ゼロの平坦な宇宙では、全銀河についての全エネルギーは、ゼロになる。
 =平坦な宇宙では、運動が持つ正のエネルギーと重力(斥力)による負のエネルギーとの和はゼロになる。

・ Gμν:アインシュタイン・テンソル(テンソルとは歪みを表すもの。)
 ・Λ :宇宙定数。この項は宇宙項と呼ばれる。
    アインシュタインは1917年に定常な宇宙を導くため、重力場方程式に宇宙項(:万有斥力)を加えた。
 ・κ :アインシュタインの重力定数。
( κ=8πG/c^4 の関係にある(π は円周率、Gは万有引力定数、c は光速))
 ※c^4:cの4乗(raise c to the 4 power)
・ Tμν:エネルギー・運動量テンソル。
・ 添え字μ,νは、それぞれ時空の座標を特定するもの。

○一般相対性理論は、1960年代のマイクロ波背景放射(1965)、高速回転する中性子性のパルサー(1967)、最初のブラックホール候補(1981)などの発見により確証された。


※Image of pulsar [2]

【参 照】
1. Theory of relativity - Wikipedia
2. Dave Finley “Pulsars: The Universe's Gift to Physics”at National Radio Astronomy Observatory 20120219
https://www.nrao.edu/pr/2012/aaaspulsars/

【更新履歴】
20170430 図などの追加

2019年1月2日水曜日

13 Newtonian Mechanics #universe #Mechanics

13 Newtonian Mechanics #universe #Mechanics

 ・Three laws of Newtonian mechanics
1) Law of inertia・・・As for an object, unless power acts -- stillness -- linear uniform motion is carried out.
2) Equation of motion・・・At a mass point the acceleration(a) is proportional to the power(F) of acting then, and is in inverse proportion to the mass(m).
  F=ma
3) Action-reaction law
 ・Law of universal gravitation

○Newtonian mechanics can be used when treating movement of sufficiently later than the velocity of light in a macroscopic scale(0.1 mm or more). For example, in the space navigation in an artificial satellite or planetary exploration, it is calculable in sufficient accuracy using Newtonian mechanics in many cases.



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20170501 Addition of a photo

13 ニュートン力学 #宇宙 #力学

13 ニュートン力学 #宇宙 #力学

・・・1687年
・ニュートン力学の三法則
1) 慣性の法則・・・物体は、力が作用しない限り、静止または等速直線運動する。
2) 運動方程式・・・加速度aは、そのとき質点に作用する力Fに比例し、質点の質量mに反比例する。
3) 作用・反作用の法則
・万有引力の法則

○ニュートン力学は、巨視的なスケール(0.1mm以上)でかつ光速よりも十分遅い速さの運動を扱う際には使える。例えば、人工衛星や惑星探査における宇宙航行では、ニュートン力学を用いて十分な精度で計算できる場合が多い。



【更新履歴】
20170501 写真の追加

12 History of the Universe[1] #universe #history

12 History of the Universe[1] #universe #history

0          The quantum fluctuation [2]
After 10^-36~10^-34 second  Inflation(10^-27→10^-3m、10^28→10^25K)[3]
~10^-32 second  Big Bang(10^-1m=10cm)[4]
After 10^-9 second The birth of mass(10^13K)[5]
After 1 second  The Universe had become the size of the solar system.
(10^13m、10^10K)
After 100 seconds   The birth of hydrogen and helium10^9K)
After 300,000 years  Transparent to radiation:The cosmic microwave background (CMB) is the oldest light in the universe.
(0^24m=82 million ly、3000K、Expansion rate of the universe: 60 times the speed of light)
After 0.5 billion years  The birth of stars
After 0.6 billion years  The birth of galaxies 
5 billion years ~     Second Inflation [3]
After 9 billion years   The birth of Solar system
After 13.8 billion years  Current    
(10^27m=90 billion ly、2.7K、Expansion rate of the universe: 3.5 times the speed of light)



※ Chronology of the universe [1]

【References】
1. Chronology of the universe- Wikipedia 
2. No.21-1 The Birth of the universe:Quantum fluctuation
3. No.21-2 Inflation cosmology
4. No.21-4 The Big Bang model
5. No.23 Higgs field and Higgs Boson

12 宇宙の歴史[1] #宇宙 #歴史

12 宇宙の歴史[1] #宇宙 #歴史

0          量子的揺らぎ [2]
10^-36~10^-34秒後  インフレーション(10^-27→10^-3m、10^28→10^25K)[3]
~10^-32秒後     ビッグバン(10^-1m=10cm)[4]
10^-9秒後       質量の誕生(10^13K)[5]
1秒後         宇宙が太陽系の大きさになる。(10^13m、10^10K)
100秒後        水素とヘリウムの誕生(10^9K)
30万年後       宇宙の晴れ上がり:マイクロ波背景放射で観察される
          (10^24m=8,200万光年、3000K、宇宙の拡大速度:光速の60倍)
5億年後        恒星の誕生
6億年後        銀河の誕生
50億年後~      第2次インフレーション [3]
90億年後       太陽系の誕生
138億年後       現在
(10^27m=900億光年、2.7K、宇宙の拡大速度:光速の3.5倍)



※ 宇宙の歴史 [6]

【参 照】
1. Wikipedia:宇宙の年表
2. No.21-1 宇宙の誕生:量子的ゆらぎ
3. No.21-2 インフレーション理論
4. No.21-4 ビッグバン理論
5. No.23 ヒッグス場/ヒッグス粒子
6. 三菱電機”宇宙創生時の急膨脹「インフレーション」の証拠写真を撮る日”

11 The Birth and Life of Stars #universe #life

11 The Birth and Life of Stars #universe #life

11-1 The Birth of Stars
In the universe, 
Stars are born from chaos.
Stars and intelligence are being born while increasing the entropy.

※ entropy: the degree of disorder
※ law of entropy increase: the laws of increasing of disorder in the universe



※The Carina Nebula (7,500 ly)  
(c)NASA,ESA,and M.Livio and the Hubble 20th Anniversary Team(STScI)

11-2 Life of Stars
○Big star burns out faster than small one.
 (Since stars have a limited supply of hydrogen in their cores, they have a limited lifetime as main sequence stars. This lifetime is proportional to f M / L, where f is the fraction of the total mass of the star, M, available for nuclear burning in the core and L is the average luminosity of the star during its main sequence lifetime. Because of the strong dependence of luminosity on mass, stellar lifetimes depend sensitively on mass.)
・The Life and Death of Stars NASA
○The lifetime of the sun is about 100 million years. The life of stars of 10 times weight of the sun is from 1 / 1000 to 1 / 100.
○The Sun formed about 4.6 billion years ago. It will exit the main sequence in approximately 5 billion years and start to turn into a red giant. [2]
・Sun -Wikipedia:
https://en.wikipedia.org/wiki/Sun#Life_phases

【Change log】
20180913 Organize diagram

11 星の誕生と寿命  #宇宙 #寿命

11-1 星の誕生
宇宙では
カオスの中から星が生まれる。
エントロピーを増大させつつ星や知性が生まれている。

※エントロピー:無秩序の程度
※エントロピー増大の法則:宇宙では無秩序が増大するという法則。



※カリーナ星雲(7,500光年)  
(c)NASA,ESA,and M.Livio and the Hubble 20th Anniversary Team(STScI)

11-2 星の寿命 【宇宙とは】宇宙との対話 [1]
○質量の大きな星ほど早く燃え尽きる。
(星の寿命は質量の 2 乗から 3 乗に反比例している。)
○太陽の寿命は約100 億年。太陽の10 倍の星の寿命はおよそ1/100 から 1/1000 の 1 億年から 1000 万年。
○太陽の推測年齢は46億年であることから、余命は約50億年。

【Refereces】
1. 星には寿命があるのでしょうか? 理科年表オフィシャルサイト
https://www.rikanenpyo.jp/FAQ/tenmon/faq_ten_004.html

【履 歴】
20180913 図の整理

11 星の誕生と寿命  #宇宙 #寿命

11 星の誕生と寿命  #宇宙 #寿命

11-1 星の誕生
宇宙では
カオスの中から星が生まれる。
エントロピーを増大させつつ星や知性が生まれている。

※エントロピー:無秩序の程度
※エントロピー増大の法則:宇宙では無秩序が増大するという法則。



※カリーナ星雲(7,500光年)  
(c)NASA,ESA,and M.Livio and the Hubble 20th Anniversary Team(STScI)

11-2 星の寿命 【宇宙とは】宇宙との対話 [1]
○質量の大きな星ほど早く燃え尽きる。
(星の寿命は質量の 2 乗から 3 乗に反比例している。)
○太陽の寿命は約100 億年。太陽の10 倍の星の寿命はおよそ1/100 から 1/1000 の 1 億年から 1000 万年。
○太陽の推測年齢は46億年であることから、余命は約50億年。

【Refereces】
1. 星には寿命があるのでしょうか? 理科年表オフィシャルサイト
https://www.rikanenpyo.jp/FAQ/tenmon/faq_ten_004.html

【履 歴】
20180913 図の整理

Does visceral fat decrease with muscle training for 5 seconds? #5secondsMuscleTraining #VisceralFat

Does visceral fat decrease with muscle training for 5 seconds? #5secondsMuscleTraining #VisceralFat

In order to reduce visceral fat, I tried 5 seconds muscle training.
https://youtu.be/BMfcw4BLbPM

5秒筋トレで内臓脂肪が減る? #5秒筋トレ #内臓脂肪

5秒筋トレで内臓脂肪が減る?  #5秒筋トレ #内臓脂肪

内臓脂肪を減らすために、5秒筋トレをやってみた。
https://youtu.be/BMfcw4BLbPM