【連載】コズミックフロント「アインシュタインの知られざる予言 重力レンズ」その1
表記の放送の備忘録と感想。なおリンク先では「初回放送日: 2022年3月3日」となっているが、実際は2019年3月の再放送であり、そのような字幕が表示されていた。
ウィキペディアに説明されているように、重力レンズとは、
重力レンズ（じゅうりょくレンズ、英: gravitational lens）とは、恒星や銀河などが発する光が、途中にある天体などの重力によって曲げられたり、その結果として複数の経路を通過する光が集まるために明るく見えたりする現象である。
光源と重力源との位置関係によっては、複数の像が見えたり、弓状に変形した像が見えたりする。【以下略】
という現象であるが、最近では超新星爆発を時間差で観測したり、増光効果を利用して最遠の銀河を発見したり、といった新たな研究にも利用されているという。
番組の前半では、重力レンズ予言の経緯について面白いエピソードが紹介された。重力の不思議な効果を理論化していたのはアインシュタインであるが、レンズのような効果によってリングのような像が見えるはずだというアイデアは、アマチュア科学者のルディ・マンドル (Rudi W. Mandl) によって着想された。マンドルは当時、ニューヨークでレストランの皿洗いをしながら生計を立てており、独学で相対性理論を学び、そこからレンズのような効果を予想した。そのアイデアは1936年の春、当時科学雑誌を発行していたサイエンスニュース社に持ち込まれたが、応対にあたった担当者は判断ができず、代わりにアインシュタインへの紹介状と旅費を渡したという。その後、アインシュタインとのやりとりの中でアインシュタインも重力レンズの存在を確信した。但し、アインシュタイン自身は論文発表には消極的であった。その理由は、星と星が一直線に重なる状態が稀であることと、重力レンズ効果は極めて僅かであるためリング状の光が生じても手前の星と区別されないと予想したためであった。論文には「Of course, there is no hope of observing this phenomenon directly.」と書かれてあり、またウィキペディアにも、
- 論文の冒頭に、「しばらく前に、ルディ・マンドルが訪ねてきて、ちょっとした計算結果を出版して欲しいと私に依頼した。本稿は彼の希望に応じたものである。」
- アインシュタインは、論文発表後、『サイエンス』誌の編集者ジェームズ・マッキーン・キャッテルに宛てた1936年12月18日付の手紙の中で、「あの論文はマンドル氏をなだめるために書いたのです。マンドル氏が私に強いたあの小論を雑誌に載せていただいて感謝しています。ほとんど価値のない論文ですが、あの可哀想な男は喜んでいるでしょう。」と書いている。
という逸話が紹介されていた。なおウィキペディアでは、上記の論文より前の1924年に、オレスト・ダニーロヴィッチ・フヴォリソン（Орест Данилович Хвольсон）が重力レンズ効果を論文に発表していたという記述があるが、今回の放送では言及されていなかった。またマンドルについては、阿部文雄先生によるこちらの解説記事（『天文月報、2017年3月）が参考になる。
ここからは私の感想・考察になるが、3月6日の日記にも記したように、光子は電荷を持たず、質量はゼロであると考えられている。質量がゼロであれば重力の影響は一切受けないはずなのに、なぜ曲げられるのか？ということが素朴な疑問として浮かんできたが、ウィキペディアによれば、「光は重力にひきつけられて曲がるわけではなく、重い物体によってゆがめられた時空を進むために曲がる。」というのが本当のところであるようだ。
「光が曲がる」と言えば屈折がすぐに思い浮かぶが、こちらは「界面において波が進行方向を変える」現象である。ではなぜ光が屈折するのか？という疑問が浮かぶが、これはファインマンの経路積分で説明されるらしい【といっても私には理解困難】。なので、重力レンズと光の屈折は全く別の現象であるようだが、光学レンズの性質をアナロジカルに適用するとけっこう似たような現象が起こるようであった。じっさい、今回の放送の中でも、ワイングラスの底の部分の厚い部分と薄い部分を重力の大小に喩えると、そのグラスを通して1つの点を見ると、重力レンズと同じような現象を確認することができるという。また後述の「重力レンズによる増光効果」も光学レンズからのアナロジーで予想できるようだ。
次回に続く。
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