Updated on 2025/07/03

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KOBAYASHI Tsutomu
 
*Items subject to periodic update by Rikkyo University (The rest are reprinted from information registered on researchmap.)
Affiliation*
College of Science Department of Physics
Graduate School of Science Doctoral Program in Physics
Graduate School of Science Master's Program in Physics
Title*
Professor
Degree
博士(理学) ( 京都大学 )
Research Interests
  • Gravity

  • Cosmology

  • Campus Career*
    • 4 2019 - Present 
      College of Science   Department of Physics   Professor
    • 4 2019 - Present 
      Graduate School of Science   Master's Program in Physics   Professor
    • 4 2019 - Present 
      Graduate School of Science   Doctoral Program in Physics   Professor
    • 4 2012 - 3 2019 
      College of Science   Department of Physics   Associate Professor
    • 4 2012 - 3 2019 
      Graduate School of Science   Master's Program in Physics   Associate Professor
    • 4 2012 - 3 2019 
      Graduate School of Science   Doctoral Program in Physics   Associate Professor

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    Research Areas

    • Natural Science / Theoretical studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics

    Research History

    • 4 2019 - Present 
      RIKKYO UNIVERSITY   College of Science Department of Physics   Professor

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    • 4 2019 - Present 
      RIKKYO UNIVERSITY   Graduate School of Science Field of Study: Physics   Professor

      More details

    • 4 2019 - Present 
      RIKKYO UNIVERSITY   Graduate School of Science Field of Study: Physics   Professor

      More details

    • 4 2012 - 3 2019 
      RIKKYO UNIVERSITY   College of Science Department of Physics   Associate Professor

      More details

    • 4 2011 - 3 2012 
      Kyoto University

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    • 4 2010 - 3 2011 
      The University of Tokyo

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    • 4 2007 - 3 2010 
      Waseda University   Faculty of Science and Engineering

      More details

    • 4 2006 - 3 2007 
      東京工業大学大学院   理工学研究科   日本学術振興会特別研究員

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    Education

    • - 3 2006 
      Kyoto University   Graduate School, Division of Natural Science

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      Country: Japan

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    • - 3 2001 
      Kyoto University   Faculty of Science

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      Country: Japan

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    Awards

    • 4 2020  
      文部科学省  科学技術分野の文部科学大臣表彰 科学技術賞 研究部門  最も一般的なインフレーション宇宙論の研究
       
      横山順一, 山口昌英, 小林努

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    • 12 2018  
      兵庫県西宮市  第33回西宮湯川記念賞  最も一般的なインフレーション宇宙論の構築
       
      小林 努

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    • 3 2014  
      日本物理学会  第19回日本物理学会論文賞  Generalized G-inflation: Inflation with the most general second-order field equations
       
      小林 努, 山口 昌英, 横山 順一

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    • 3 2012  
      日本物理学会  日本物理学会若手奨励賞 
       
      小林努

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      Award type:Award from Japanese society, conference, symposium, etc.  Country:Japan

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    Papers

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    Books and Other Publications

    • 相対性理論

      小林 努

      日本評論社  2017  ( ISBN:9784535806405

      More details

      Language:Japanese

      CiNii Books

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    Research Projects

    • The Natural Laws of Extreme Universe--A New Paradigm for Spacetime and Matter from Q uantum Information

      Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research 

      More details

      9 2021 - 3 2026

      Grant number:21H05182

      Grant amount:\136760000 ( Direct Cost: \105200000 、 Indirect Cost:\31560000 )

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    • Mathematical quantum cosmology based on quantum information and its application

      Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research 

      More details

      9 2021 - 3 2026

      Grant number:21H05189

      Grant amount:\73840000 ( Direct Cost: \56800000 、 Indirect Cost:\17040000 )

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    • Testing modified theories of gravity

      Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research 

      More details

      4 2020 - 3 2025

      Grant number:20K03936

      Grant amount:\4550000 ( Direct Cost: \3500000 、 Indirect Cost:\1050000 )

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    • 重力による余剰次元の自発的コンパクト化とその宇宙論的帰結

      日本学術振興会  科学研究費助成事業 

      小林 努, WEI HAN

      More details

      4 2021 - 3 2023

      Grant number:21F21019

      Grant amount:\2300000 ( Direct Cost: \2300000 )

      余剰次元模型におけるモジュライと結合する物質を念頭に置き、スカラー場と物質がディスフォーマル結合した理論における星の解の性質を調べた。スカラー場はシフト対称であると仮定し、計量のコンフォーマル因子とディスフォーマル因子はスカラー場の運動項のみに依存するものとした。スカラー場が時間に線形に依存すると仮定して、一般的なシフト対称スカラーテンソル理論と、動径方向の圧力と熱流束の異方性を許容する物質エネルギー運動量テンソルの一般形式を考察した。これは、重力場方程式とエネルギー運動量テンソルがディスフォーマル変換の下でどのように変形するかを考慮すると、自然な出発点である。微分に依存するコンフォーマル因子とディスフォーマル因子の存在下で静水圧平衡方程式の構造を調べることにより、エネルギー密度と接線方向圧力が星の表面で消滅しなければならないことを示した。この事実を用いて、これまで微妙で不明であった星表面のディスフォーマル不変性を証明した。次に、物質とディスフォーマル結合したシフト対称なk-essenceに注目し、星の内外の計量関数とスカラー場のプロファイルをより詳細に研究した。その結果、スカラー場の速度に依存して解のブランチが2つ存在することがわかった。また、外側の時空の計量関数についても議論した。
      SU(2)ゲージ場あるいは互いに直交するベクトル場の3つ組が存在する場合の、一様・等方・正曲率の宇宙のダイナミクスも研究した。

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    • Exploring theories of gravity consistent with gravitational wave observations

      Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research 

      More details

      4 2020 - 3 2022

      Grant number:20H04745

      Grant amount:\2600000 ( Direct Cost: \2000000 、 Indirect Cost:\600000 )

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    • Creation of a non-singular universe

      Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research 

      More details

      4 2018 - 3 2020

      Grant number:18H04355

      Authorship:Principal investigator  Grant type:Competitive

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    • Exploring cosmology and astrophysics based on general scalar-tensor theories

      Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research 

      KOBAYASHI Tsutomu

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      4 2016 - 3 2020

      Grant number:16K17707

      Authorship:Principal investigator  Grant type:Competitive

      I have explored various aspects of cosmology and astrophysics based on general scalar-tensor theories called the Horndeski and beyond-Horndeski theories. Focusing in particular on modified gravity theories consistent with the latest gravitational-wave observations, I have studied the screening mechanism, the evolution of density perturbations, and the structure of relativistic stars in order to place new constraints on such theories.

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    • 初期特異点のない新しい宇宙モデルとその観測的検証

      日本学術振興会  科学研究費補助金 新学術領域 

      小林 努

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      4 2016 - 3 2018

      Grant number:16H01102

      Authorship:Principal investigator  Grant type:Competitive

      初期特異点のない宇宙モデルのひとつの可能性として、mimetic重力理論にもとづくものが提唱された。mimetic重力理論とは、ある種の高階微分理論に対し非可逆な場の再定義をおこなうことで生成されるような新しい重力理論である。先行研究では、具体的な特定の理論にもとづいて実際に特異点のない宇宙論解、さらには特異点のないブラックホール解が構築されていた。
      本年度は、この種の理論の拡張とその妥当性の検討をおこなった。
      既存のmimetic重力理論をすべて包含するような大きなフレームワークを考案し、拡張mimetic重力と名付けた。ある一般的な「種理論」に対し非可逆な場の再定義をおこなうことで生成されるクラスの総称である。拡張mimetic重力のハミルトニアン解析をおこない、それが計量2自由度、スカラー1自由度からなる3自由度理論であることを示した。すなわち、拡張mimetic重力が近年提唱されている縮退高階スカラー・テンソル理論のうちの未知のクラスとなっていることを示した。続いて、拡張mimetic重力における一様等方宇宙の安定性解析をおこなった。そして、スカラー型摂動とテンソル型摂動のどちらか一方に必ず勾配不安定性が現れることを指摘した。これは、ホルンデスキ理論とディスフォーマル変換でつながっていないクラスの理論における宇宙論解がすべて不安定であるということの状況証拠になっている。
      また、mimetic型の重力理論における宇宙論的摂動論の有効理論を構築し、上述のフレームワークからどのように外れれば安定な宇宙論解が可能かを議論した。

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    • Cosmology based on the most general single-field inflation model

      Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research 

      Kobayashi Tsutomu

      More details

      4 2012 - 3 2016

      Grant number:24740161

      Authorship:Principal investigator  Grant type:Competitive

      We have explored various aspects of gravitational theories beyond Einstein's General Relativity. We have focused on observational tests of such theories and gave a complete classification of cross-correlation functions of cosmological fluctuations. We have also addressed the stability of black holes in such theories.

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    • Modified Gravity and the Accelerated Expansion of the Universe

      Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research 

      KOBAYASHI Tsutomu

      More details

      4 2010 - 3 2012

      Grant number:22840011

      Authorship:Principal investigator  Grant type:Competitive

      We have explored modified theories of gravity as an alternative to dark energy that would be the origin of the current cosmic acceleration. We have studied observational and experimental consequences of modified gravity, and considered how one can distinguish different theories of gravitation. We have also proposed the most general model of inflation in the early Universe, based upon some generic class of modified gravity theories.

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    • 高次元宇宙モデルにおける揺らぎの進化と観測的検証の可能性

      日本学術振興会  特別研究員奨励費 

      小林 努

      More details

      4 2007 - 3 2010

      Grant number:07J04199

      Authorship:Principal investigator  Grant type:Competitive

      宇宙の加速膨張の起源は未解明の謎であるが、それを余剰次元模型の枠組みで重力の法則を変更することにより説明しようという試みがある(DGP模型)。私は、DGP模型の4次元有効理論に動機づけられた、非線形微分相互作用項を持つようなスカラー・テンソル理論の研究をおこなった。この種の模型はガリレオン模型と呼ばれ、スカラー的な重力の自由度が宇宙を加速膨張させる源になる一方、太陽系などの小スケールでは物質との相互作用が実効的に弱くなるという機構を有しており、実験・観測からの制限を逃れることができるという点で非常に興味深い。私は、密度揺らぎの進化が一般相対論にもとづいた標準的な宇宙模型とガリレオン模型とでは異なる点に着目し、模型の観測的検証につなげることを目的として、ガリレオン模型における宇宙論的摂動論の定式化をおこなった。加速膨張背宇宙を実現させる様々な模型を観測的に区別するために有効なツールのひとつとして、マイクロ波背景放射の積分ザックス・ウォルフェ効果が知られているが、私は、積分ザックス・ウォルフェ効果と銀河分布の相関を実際に計算することで、標準的な宇宙模型では正の相関が見られるのに対しガリレオン模型では負の相関が見られることを示し、そのような観測によりガリレオン模型が検証可能であることを主張した。ここでの摂動論の定式化はかなりの程度一般的になされたため、今後、既存の観測データを利用しながら、模型に具体的な制限をつけていく研究に適用していくことができる。

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    • ブレーン宇宙論における摂動の進化と観測に対する予言

      日本学術振興会  特別研究員奨励費 

      小林 努

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      4 2005 - 3 2007

      Grant number:05J01642

      Authorship:Principal investigator  Grant type:Competitive

      ブレーンワールドと呼ばれる、弦理論から示唆される高次元宇宙モデルに関する研究をおこなった。特に、摂動のふるまいを中心とした重力の性質に注目し、以下のような成果をあげた。
      5次元の重力がガウス・ボンネ項という高階微分補正項を含む理論で記述される場合のブレーンワールドについて研究をおこなった。ブレーン上の重力場の有効方程式は、形式的には非常に複雑なものになることが知られている。これに対して微分展開法を適用することで方程式を簡略化し、バルクの曲率半径[エネルギースケール]と比べて長距離[低エネルギー]ではアインシュタイン重力が実現されていることを示した。また、このモデルにおける宇宙論的摂動を計算するための定式化をおこない、得られた一般的な摂動方程式について、いくつかの極限的な場合に摂動がどのようにふるまうかを解析した。その結果、(1)低エネルギーにおいて長波長の摂動のふるまいはアインシュタイン重力におけるものと同じである(2)低エネルギーにおいて短波長の摂動のふるまいは4次元のスカラー・テンソル理論で記述される(3)高エネルギーでは、通常の直観とは反対に高次元効果は効かなくなり、摂動は4次元的な方程式で記述されるということが明らかになった。
      磁束によって2次元がコンパクト化されている6次元のブレーンワールドにおいて、弱重力場の研究をおこなった。ブレーンに1次元余分な拡がりを持たせることで任意の物質場をブレーン上に置くことができるというアイデアに着目した。ブレーンに局在した物質を源とする線型摂動を解析し、ブレーン上の重力は形式上スカラー・テンソル理論で記述されるが、長距離ではスカラーモードの寄与は抑えられているために、結果として4次元の通常の重力理論が再現されていることを示した。

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