地震波には「縦波」と「横波」がありますが、重力波はどちらでしょうか？じつは、これが重力波観測の重要なカギなんです
謎の重力波が時空の歪みとして捉えられ、宇宙誕生に迫る最新の宇宙論が探求されている。
重力波の正体を解明するため、重力の謎に焦点を当て、地震波との比較を通じて重力波の性質について考察する。
一般相対性理論に基づき、重力波は横波であるとされるが、異なる重力理論には縦波成分も存在する可能性がある。
時空の歪みとして捉えられた謎の重力波の存在。世界に衝撃を与えたこの観測事実から宇宙誕生に迫る最新の宇宙論を紹介する話題の書籍『宇宙はいかに始まったのか ナノヘルツ重力波と宇宙誕生の物理学』。
この記事では観測された謎の重力波「ナノヘルツ重力波」の正体に迫るため、現代の物理学でも最大の謎の一つとされている「重力」について考察していきます。ここで問題です。地震波には「縦波」と「横波」がありますが、重力波はどちらでしょうか？ じつは、これが重力波観測の重要なカギなのです。
*本記事は、『宇宙はいかに始まったのか』(ブルーバックス)を再構成・再編集したものです。
まずは「重力波の特性」から紹介します。
これまでの記事で紹介したように重力波は時空の歪みが振動し、その振動が伝わる現象です。
日本における生活では、地震はつねに懸念される災害のひとつです。地震は文字どおり地面の振動で、その振動の伝搬は「地震波」とよばれます。地震波の振動には2種類あることが知られています。
震源で発生した振動が、まず最初に観測点に到達するものが「P波」です。これは、途中の物質を押し縮めることと伸び広げることを繰り返す波動現象で、地震波の進行方向(縦方向)に疎密が発生するため「縦波」です。
一方、少し遅れて届くのが「S波」です。この波は、途中の物質のねじれを引き起こし、進行方向に対して垂直方向(横方向)の変位を生じます。よって、S波は「横波」です。
では、重力波はどのタイプの波動現象でしょうか。
一般相対性理論におけるアインシュタイン方程式を調べると、静止している物体に対して重力波が通り過ぎるとき、重力波の進行方向に対して垂直方向に物体が移動することが知られています。
したがって重力波は横波です。ただし、一般相対性理論とは異なる重力理論のなかには、縦波成分の重力波を予言するものもあります。ここでは、簡単のため一般相対性理論にそって、横波である重力波を主に議論します。
