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Physics for the 21st Century

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  • 全11巻
  • DVD
  • 各巻25,000円
  • 各巻30分
  • 制作年月 2010年
英語スクリプト付
対象レベル:C・A(大学・一般、成人レベル)

米国PBS放送 Telecourses放映作品

制作
米国ハーバード・スミソニアン天体物理学センター メディアグループ
協力
米国ハーバード大学物理学科

日本語吹替版のご購入はこちらからご注文ください。
全11巻セット
¥247,500
個数
第1巻のみ
¥25,000
個数
第2巻のみ
¥25,000
個数
第3巻のみ
¥25,000
個数
第4巻のみ
¥25,000
個数
第5巻のみ
¥25,000
個数
第6巻のみ
¥25,000
個数
第7巻のみ
¥25,000
個数
第8巻のみ
¥25,000
個数
第9巻のみ
¥25,000
個数
第10巻のみ
¥25,000
個数
第11巻のみ
¥25,000
個数

Physics for the 21st Century

物理学研究の最先端を探検してみませんか?
ダークマター、弦理論、粒子加速器など、現代物理の重要なテーマが、11 巻の作品に納められています。アメリカの第一線の研究機関や大学から、それぞれの分野で突破口を切り拓いている22 人の研究者の研究内容をとりあげています。しかも、最先端の研究者に直接インタビューして・・・。素粒子物理学に始まり、原子・分子の物理学、そして宇宙論にいたるまで、幅広い内容となっています。

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第1巻 The Basic Building Blocks of Matter 物質の基本構成要素

20世紀に、物理学者たちは物質の新しい構成要素を発見しました。クォーク、グルーオン、ニュートリノ、他にも多くの素粒子が見つかっています。これらの基本構成要素は、ある理論的枠組みの中にまとめられ、この枠組みは繰り返し検証されています。それが素粒子物理学の「標準模型」です。しかし、この標準模型は不完全かもしれず、その背後にはさらに深遠な理論が隠れている可能性があるのです。イリノイ州バタヴィアのフェルミ研究所で働く2人の科学者、ボニー・フレミングとマーク・クルースの研究を紹介します。

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第2巻 The Fundamental Interactions 基本相互作用

物理学者が物理的世界の根底にある新しい理論をつきとめようとする際には、重力、電磁気力、核力(強い力と弱い力)の4つの基本相互作用の理解が重要となります。出発点は、自然界の力のミクロな機構を探ることです。欧州合同原子核研究機構にある大型ハドロン衝突型加速器は、過去最大のエネルギーと輝度での衝突に成功しており、加速器の中で1秒の間に数百万回も粒子が衝突します。最も興味深い事象を見つけようとしているブルックヘブン国立研究所のスリニ・ラジャゴパランや、これまで観測されたことのない相互作用を解明しようとしているデューク大学のアヤナ・アルセのような物理学者にとっては、またとない挑戦のチャンスなのです。

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第3巻 Gravity 重力

重力は、科学の歴史において中心的な役割を担っており、ガリレオやニュートンに始まり、20世紀のアインシュタインの一般相対性理論にいたるまで、研究されています。しかし、5世紀にわたる研究にも関わらず、多くの点が未だに解明されずに残っています。宇宙において色々な意味で影響力の強い力であるにも関わらず、自然界の4つの力の中で最も弱いのはなぜなのでしょうか。現在も活発に行われている重力物理の研究の中から、短い空間スケールで重力の逆2乗の法則を調べているワシントン大学のエリック・アデレバーガーと、時空でのさざ波である重力波をLIGO 検出器を使って見つけようとしているMIT のネルギス・マバルバラの研究を紹介します。

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第4巻 String Theory and Extra Dimensions 弦理論と多次元

20世紀における量子力学と一般相対性理論は、それぞれ、原子以下のスケールと宇宙のスケールで生じる現象に対して新鮮な見方をもたらしましたが、物理学者は、量子力学と重力を結びつける統一理論の構築に、いまだに悪戦苦闘しています。「量子重力」に対するアプローチの1つ、弦理論が目指すのは、素粒子物理、自然界の力、そして宇宙の非常に初期の状態を、斬新な理論的枠組の中で結びつけることです。コーネル大学のヘンリー・タイの初期宇宙の指数関数的な増大と、プリンストン高等研究所のフアン・マルダセナのブラックホールの存在によって物理学に生じたパラドックスの研究を紹介します。

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第5巻 The Quantum World 量子の世界

いま、私たちがいるのは、新しい量子の時代です。原子や分子、光を制御する技術が急速に発展したために、この「量子革命」の抽象的概念が、いまや現実のものとなっています。MITのマーティン・ズウィーレインの研究室では、レーザー冷却やトラッピングの技術を用いて、全く異なるさまざまなシステムのモデルとなりうる、新しい実験を試みています。原子核のスケールから中性子星のスケールにいたるまで、さまざまな現象についての洞察が得られるのです。また、デビッド・ワインランド率いるボルダーのアメリカ国立標準技術研究所(NIST)では、原子時計を使って、時間の経過とともに自然界の基礎定数がごくわずかに変化する様子を検出しようとしています。

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第6巻 Macroscopic Quantum Mechanics 巨視的量子力学

量子力学は、原子やそれ以下のスケールの自然現象を説明する場合に役立ちますが、レーザーや超低温の原子雲、超流動、超伝導といった、マクロなスケールの現象にも顔を出します。この様な現象の中でも、特に最近発見された高温超伝導体は、多方面での実用化が期待されています。この物質の働きを調べるために、科学者たちが2つの異なる手法を使ってアイデアを発展させる様子を紹介します。トップダウンのアプローチで物質そのものを精査する、ハーバード大学のジェニー・ホフマンと、ボトムアップのアプローチを用い、物質内の超伝導状態にある電子の量子的な相互作用を、モデル系を使って調べているアメリカ国立標準技術研究所のデボラ・ジンです。

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第7巻 Manipulating Light 光を操作する

量子力学を応用したツールによって、光を制御し操作する新しい可能性が拓かれました。イリノイ大学のポール・クウィアットは、量子的な性質を注意深く操作することで、「揃った」光子を作り出しています。また、2001 年に、ハーバード大学のリーン・ベスターガード・ハウは、原子雲の中で光のパルスを止め、その後で、もっている情報とともにその光を放出させました。この巻では、量子的なレベルで光がどのように物質と相互作用するのかを探索し、量子もつれと遠距離相互作用の概念を学びましょう。物質に情報を蓄えるこれらの実験は、新しいテクノロジーである量子コンピューターの基礎となるものです。

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第8巻 Emergent Behavior in Quantum Matter 量子物質における創発現象

要素還元主義とは、細かい構成要素に次々と分割することで、物の働きを理解しようという考え方で、物理において効果的なツールですが、実世界で生じる多くの事柄はこの考え方では解明しきれないものです。系のレベルで組織化の原理を見出そうとする創発の物理学によって、様々な複雑系が解き明かされてきました。超伝導体や流体の運動、さらには宇宙における構造形成まで、創発の物理学によって新たな理解が生まれるので、多岐にわたる現象が実り豊かな領域であったことに気づかされることでしょう。ここでは、ラトガース大学のピアズ・コールマンと、ニューヨーク大学のポール・チェイキンの研究を取り上げます。

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第9巻 Biophysics 生物物理学

広範な事象を扱い、急速に発展しつつある生物物理学においては、生物系に物理学を適用することで、いかにして花が咲くかといったことにも新たな理解が得られ、計算生物物理学によって、コンピューターによるドラッグデザインの手法が進歩し、脳のニューラルネットワークについて新たな発見がなされています。分子生物物理学(ハーバード大学のヴィノーザン・マノハラン)では、おそらく将来、生物活性分子のナノ加工への道が開かれることとなるでしょう。また、マサチューセッツ総合病院のハラルド・パガネッティは、生体内の組織の撮影や放射線療法のために古い加速器を甦らせて癌治療に利用するなど、医学物理学では新しい手法がすでに効果をあげています。

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第10巻 Dark Matter ダークマター

1933年にその存在が提唱されたダークマターは、今でも宇宙論における最大の謎です。望遠鏡で観測することはできませんが、目に見える物質に及ぼす影響を検出することはできます。宇宙の事象を計測することによって、ダークマターが全ての物質の4分の3を占めていることが分かっていますが、ダークマター粒子が直接観測されたことはありません。この巻では、ダークマターの証拠を求める2つの研究を取り上げます。ハーバード大学のダグ・フィンクバイナーはこの銀河系の中心を調べ、ブラウン大学のリック・ゲイツケルは、約1.5キロの地下で大規模な地下キセノン検出器(LUX)を使って、ダークマター粒子を観測しようとしています。

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第11巻 Dark Energy ダークエネルギー

宇宙学者たちは、1920年代から、宇宙があらゆる方向に膨張していることを知っていましたが、最近、新しい装置を使って、この問題をもう一度検証することにしました。測定の結果、宇宙の膨張は加速していることが分かったのです。加速の原因は「ダークエネルギー」というの空の空間そのものがもつ反発力です。ハーバード大学のロバート・キルシュナーは観測を通して宇宙の膨張の歴史をより正確に描きだし、プリンストン大学のデビッド・シュパーゲルは宇宙マイクロ波背景放射を細かく分析しています。ダークエネルギーの正体の解明に向けて、2人が新たな手掛かりに迫る様子をご覧ください。

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