honky tonk manの黙示録

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真空のゆらぎ

一般相対性理論だけでは、宇宙誕生の瞬間にせまれないと考えたホーキングは、「量子論」に目をつけた。
量子論とは、一般相対性理論と同様、20世紀初頭に誕生した大理論で、現代物理学の柱となるものだ。
この理論は、原子のようなミクロの物質のふるまいなどを説明する。
このため、極小の大きさだったと考えられる、誕生の時期の宇宙について考えるときは、必要な理論になる。
 
量子論によると、ミクロな世界では実に不思議なことがおきている。その中の一つで宇宙誕生の話とも密接にかかわるのが「真空のゆらぎ」である。
 
量子論の「不確定性原理」によると、ミクロな視点で自然界を見ると、我々が認識できなくなるようなごく短い時間(10のマイナス20乗秒程度以下)では、物質が「ある」、「ない」という存在自体も定まらなくなるという。
何もないはずの真空中でも、二つの粒子がペアになって生まれたかと思えば(対生成)、すぐに消滅するというのだ(対消滅)。
 
空間のエネルギーもゼロのままではいられない。ごく短時間で見ると、場所ごとのエネルギーの大きさの値はそれぞれ一つに定まることがなく(エネルギーと時間の不確定性関係)、非常に高いエネルギーをもつ場合もある。
このように、物理的な状態が一つに定まらないことを「ゆらいでいる」という。
 
相対性理論によると、エネルギーは物質の質量に転換可能だ。このため、瞬間的に高いエネルギーをもった場所では、そのエネルギーが粒子にかわり、粒子が生まれることができる。しかし、できた粒子はすぐに消滅して元の状態にもどる。
 
この真空での粒子の対生成、対消滅と同じことが宇宙が誕生するときにもおこっていたようなのだ。
宇宙の大きさがブランク長(10のマイナス33乗センチメートルより小さい)ときには宇宙の存在自体がゆらいでおり、宇宙自体が生成、消滅をくりかえしていたのではないかと考えられているのだ。
 
★対生成と対消滅

真空では、粒子が単独で生成されることはほぼないと考えられている。たとえば、電子を考えてみよう。電子はマイナスの電荷をもった粒子だ。何もなかったところに、突如マイナスの電荷が発生するのは物理学の法則上、おかしなことで、このマイナスの電荷をプラスの電荷で相殺する必要がある。そのため、電子とは反対の電荷をもつ陽電子(電子の反粒子)という粒子が、同時に生成されるのだ。粒子と質量が同じで、電荷が反対のパートナーを「反粒子」とよび、粒子と反粒子が同時に生成することを「対生成」という。
(なお、反粒子によって相殺されるものは電荷のほかに運動量などがある)。
対生成した粒子と反粒子はすぐに衝突して同時に消滅する。これを「対消滅」という。
 
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閉じる コメント(8)

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本人は数学者だと言っていたホワイトヘッドは、量子論のいう「生成・生滅」と仏教のいう「生成・生滅」とを結びつけるような思想を構築したが、所詮は有神論的哲学からは抜け出せなかった。

2013/3/21(木) 午前 11:52 [ honky tonk man ]

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数学が先にたどり着いている宇宙の真理をどう合理的に言語で記述しうるか。
宇宙の事実性に人間の実感がどこまで肉薄できるのか。
宇宙と人間知性との格闘のようです。
いずれにせよ、数学と物理学でいい点取ったことのないわしには手も足も出ないぜよ。

2013/3/21(木) 午後 9:34 [ poposan ]

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えーと、数学と物理というものはですね、言語表現の下手な人のためにあるのでして、だから、このブログでは分数程度の算数と言葉で記事にしていきます。

2013/3/21(木) 午後 9:57 [ honky tonk man ]

こんばんは
私はこの話題の方がついて行けます。
(^O^)/

2013/3/21(木) 午後 10:10 [ マキシミリアナ ]

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ホンキーさんの説明はわたしのような数学苦手者でもわかりやすいですよ。
なんとか趣旨についていっておもしろく読ませてもらってます。
ちなみにわたしは動体力学が苦手でも、ビリヤードは得意です。
(そうやって遊んでばかりいるから苦手だったのだ。)

2013/3/21(木) 午後 10:11 [ poposan ]

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では、マキシー、なんなりとツッコミしてください。

2013/3/21(木) 午後 10:12 [ honky tonk man ]

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分子や原子とは違い量子となると人間の精神までもが質量で量れるような気がしてきます。量子は<私>よりもミクロな存在なので時間論の話でも出てきます。

2013/3/22(金) 午後 11:35 [ エイミ ]

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はい、時間論も書く予定です。

2013/3/22(金) 午後 11:55 [ honky tonk man ]


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