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時空は粒々からできているのか?

時空は粒々からできているのか? 米国で進む検証実験計画
日経サイエンス (日経サイエンス5月号に掲載)
2012/3/24 7:00
http://www.nikkei.com/tech/trend/article/g=96958A9C93819595E0E1E2E28B8DE0E1E2E1E0E2E3E0E2E2E2E2E2E2;p=9694E3E7E3E0E0E2E2EBE0E2E3E2

 最近、物理学で新聞の1面に載るような大ニュースが相次いでいる。
スイス・ジュネーブ近郊にある世界最大の素粒子実験施設LHCでは、万物に質量を与える素粒子ヒッグスの探索が最終段階を迎えており、日本も加わる国際共同実験グループの昨年12月の発表によると、その姿がおぼろげに見えてきた。
「ハイゼンベルクの不確定性原理」は現代物理学の柱の1つ、量子力学を象徴している式だが、今年1月、名古屋大学とウィーン工科大学の共同グループは、その式に書き換えを迫る実験結果を発表した。
そして米国でも、将来、大ニュースが出るかもしれないユニークな実験の準備が進んでいる。


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時空は滑らかに連続したものだと考えられているが、実は非常に微小な粒々の集まりからできているのかもしれない。図はそうした時空のイメージ


 物質を細かく刻んでいくと分子、原子、原子核と次第に小さくなっていく。
原子核は陽子と中性子が集まっていて、陽子と中性子はクォークという素粒子が3つ集まったもので、今のところクォークはそれ以上は分割できないと考えられている。
もしかしたら私たちが存在する時空そのものも、細かく刻んでいくと、クォークのように、それ以上は分割不可能な単位が存在するのではないか。
私たちが滑らかなものだと考えている時空は、そうした超微小な粒々が集まってできたものなのではないか。
理論物理学者は現在、そんな仮説を真剣に研究している(イラスト参照)。

 では実際に調べてみようという研究者が現れ、シカゴ近郊にある米国立フェルミ加速器研究所で非常にユニークな実験の準備が進んでいる。
立案者は同研究所・素粒子天体物理学センターのクレイグ・ホーガン博士。
実験に用いるのは、内部を真空にした長さ40メートルのパイプ2本をL字型に組み合わせたものだ。
このL字の左下の角になっている部分からレーザー光を打ち込み、2つに分けて2本のパイプに送り出す。
それぞれのパイプの両端は鏡になっているので、レーザー光は両パイプの中を往復する。

 もし時空が微小な粒々からできているとすれば、その影響で空間に揺らぎが起き、両パイプ内の光の往復の仕方が非常にわずかだが違ってくると考えられる。
この違いを、光の干渉現象を利用して検出する。
もし揺らぎが観測されたら、時間と空間は私たちが考えていたようなものではないことになる。
「物理学の構造そのものが変わるだろう」とホーガン博士は話している。
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2つの不確定性原理を切り分け

小澤の不等式の実験、80年の混乱を解消 2つの不確定性原理を切り分け
日経サイエンス (日経サイエンス4月号に掲載)
2012/2/25 7:01
http://www.nikkei.com/tech/trend/article/g=96958A9C93819595E0E6E2E2808DE0E6E2E0E0E2E3E0E2E2E2E2E2E2;p=9694E3E7E3E0E0E2E2EBE0E2E3E2

 名古屋大学とウィーン工科大学のチームが発表した「不確定性原理を破った」とのニュースから40日。
当初は「量子力学が否定されたのか!?」との混乱が広がったが、それは誤解だった。
実は「不確定性原理」という言葉はもともと2つの意味で使われており、しかも両者が80年間にわたって専門家の間でも混同されていたことに、混乱の主な原因がある。
誤解の理由と小澤の不等式の実験実証の意味を、改めて探った。


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電子は位置がσq、運動量がσpの幅でゆらいでいる。電子を顕微鏡で覗いて位置を測ろうとしても像がぼやけ、測定誤差εqが生じる。光を当てたせいで電子が跳ね飛ばされて運動量がpからp’に変化し、運動量の乱れηpが生じる。小澤の不等式はこのすべてを考慮に入れて、誤差と乱れの不確定性関係を表している


 世の中には「不確定性原理」と呼ばれる式が2つある。物理学者ハイゼンベルクが約80年前に打ち出した

 εqηp≧h/4π(1)

と、同時代のケナードが導いた

 σqσp≧h/4π(2)

という式だ。

 この2つは一見よく似ているが、その意味はまったく違う。

 ハイゼンベルクの式は「物体の位置を測ったときの正しい値からのずれεqと、測定によって引き起こされる運動量の乱れηpはトレードオフの関係にある。
位置を正確に測れば測るほど運動量の乱れは大きくなり、両方を正確に知ることはできない」ということを意味する。

 一方、ケナードの式は「物体の位置のゆらぎσqと運動量のゆらぎσpは、ある一定以上に小さくすることはできない」と語る。
20世紀に登場した量子力学によれば、位置も運動量も決まった値にはならず、ある幅でゆらいでいる。
このゆらぎは物理量にもともと備わっているもので、測定とは関係なく存在する。

 2つの式のうち、一般社会によく知られているのはハイゼンベルクの方だ。
彼はこの式で「我々は原理的にすら現在のすべてを知ることはできない。
従って未来も予測できない」という新しい世界観を打ち立て、物理学を超えて注目された。
この主張は今も正しいが、式の方は今回、実験で破られた。

 だが発表を聞いた物理学者の多くは当初、ケナードの式が破られたと誤解した。
実は日々の研究では、ケナードのほうをずっとよく使う。しかもケナードの式は量子力学の式から数学的に導かれており、破られたら量子力学が崩れてしまう。
ハイゼンベルクの式は象徴的な意味合いは大きいが数学的証明はなく、反証されても量子力学は揺るがない。

 ハイゼンベルク自身を含め物理学者らの多くは、これまで2つの不確定性原理の区別をきちんとつけてこなかった。
今回の実験で実証された小澤の不等式は、誤差と乱れ、そしてゆらぎをきちんと区別した上で、かつてハイゼンベルクが追究した測定の限界を正しく語っている。
2003年に提唱され、これまでは一部の専門家にしか知られていなかったが、今回実験で実証されたことで、物理学界全体に知れ渡った。

 名古屋大学の谷村省吾教授は「誤差・乱れとゆらぎの区別が明確になったことは、特に実験において意義が大きい」と指摘する。
従来は誤差を小さくするにはゆらぎを小さくするしかないと考えられていたが、小澤の不等式は「わざとゆらぎの大きな状態を作り、誤差を小さくするという方法があることを示した」という。

 宇宙の背景放射やニュートリノ観測などの精密測定は、いずれ量子雑音が問題になる領域に近づき、誤差と乱れの限界値が問題になるだろう。
それに最も近いとされているのは重力波検出で、建設中の重力波望遠鏡「KAGRA」の研究チームは今後、小澤理論が重力波検出について持つ意味を検討することにしている。

光子の過去を変える!?

光子の過去を変える!? 量子力学の不思議な実験 日経サイエンス (日経サイエンス3月号に掲載)
2012/1/21 7:00
http://www.nikkei.com/tech/trend/article/g=96958A9C93819595E0E2E2E2818DE0E2E2E3E0E2E3E0E2E2E2E2E2E2;p=9694E3E7E3E0E0E2E2EBE0E2E3E2

 先日ハイゼンベルクの不確定性原理を破る測定で注目を集めた量子力学。
現代物理学の根幹である量子力学が語るミクロな世界は、常識を超えた不思議な現象にあふれている。
とりわけ奇妙なのが、今の現象を測定すると、過去が変化するかのような現象だ。


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通常のヤングの実験(上)、スリットに観測装置をおいたヤングの実験(中)、光子から観測の記憶を消去したヤングの実験(下)。谷村省吾氏より提供


 壁に開けた2つのスリットに光を当てると、背後のスクリーンに光の縞(しま)模様が映る。
2つのスリットを通った光の波が重なって強め合ったり弱め合ったりするためで、光が波であることを示す「ヤングの実験」として、よく教科書に載っている。

 一方で、光は1個2個と数えられる「光子」という粒でできていることが知られている。
ヤングの実験で光を極限まで弱めると、光子が1個ずつ2つのスリットに当たるようになる。
この光子をスクリーン上で検出してその場所に点を打ち、これを何度も繰り返すと、やはり光の点は縞模様を描く。

 粒である光子の1個1個が干渉を起こすというのも変な話だが、現在では、光子は観測されていない時には空間に広がる波として伝わって干渉を起こし、観測すると粒となって現れると考えられている。

 ではスリットで光子を観測し、光子がどちらを通ったかわかるようにしたらどうなるだろう。
2つのスリットにそれぞれ偏光板を置き、右を通った光子と左を通った光子が異なる偏光を持つようにする。
光子に目印がつき、どちらを通ったかわかるようにすると、干渉縞は消えてしまう。
光子はスリットのところで観測されて粒となり、スリットの一方しか通れなくなるからだ。と、これまで説明されてきた。

 ところが光子の行く手にもう1つ偏光板を置いてすべての光子の偏光をそろえ、どちらを通ってきたかわからなくすると、再び干渉縞が現れる。
光子は再び波になったのだろうか? 
だがスリットはもう通ってしまった後だ。
光子が第2の偏光板に当たったとたん、スリットに戻って干渉をやり直すというのだろうか。

 さらに高度で奇妙な実験も行われている。
まず互いに連動する光子のペアをたくさん作り、一方の光子を適当に飛ばしてスクリーンに当てた上で、他方の光子の経路を気まぐれに調べたり調べなかったりする。
スクリーン上の光子のうち、相手の光子がたまたま調べられなかったものだけを取り出してスクリーンを感光させると、そこには干渉縞ができている。
逆に相手の経路が調べられた光子だけを取り出すと、干渉縞は見えない。
相手のどれを調べるかは後から決めたのに、そのことが先に飛んできた光子の過去を書き換える。

 光子の運命はいつ決まるのか。
名古屋大学の谷村省吾教授は、光子が観測器に飛び込んだ時ではなく、それよりずっと後、「人間がいるマクロな世界で結果が確認された時」だと見ている。
それまでは光子の過去は変更可能だという。

「夢」! タイムマシンと超光速ニュートリノ

 アス研のアスカです。

 時間旅行が可能に成るのかについて、アイン博士にお聞きしました。
その結果、博士から次のような返事が返ってきたのですが、ニュートリノの話が中心となっていて私にははっきりとは理解が出来ませんでした。
しかし、以下にその内容を書いておきます。
 

 現在、私たちが認識している宇宙空間は、一般的に次のように説明されております。

 この宇宙の星と星の間には、極わずかの星間物質を除けばほとんどが何もない真空になっています。
そのため私たちは宇宙空間を移動する場合はロケットに乗り、完全気密になっている宇宙服を着て旅をします。
その宇宙服の中に一定の気圧の空気を満たさないと呼吸ができないのはもちろんですが、もし外の真空と同じ状態になってしまったら体はパンパンに風船のように膨らんで、内臓が飛び出し、表面の血管が切れ血が全身から飛び散ることでしょう。
真空といわれる宇宙空間がほぼ0気圧なため人間の体の中の圧力(通常は大気圧とつりあうように1気圧の圧力を外に向かって持っています)でそういう現象が起きてしまうのです。
それは宇宙空間の真空という状態には何も存在がないと信じられているからなのです。
しかし「真空」は本当に何もない空間なのでしょうか。
昔(アインシュタインより前)は、エーテルという架空の存在を真空にあてはめていたこともありましたが、「マイケルソン・モーリーの実験」で真空中には光の媒質となるようなものは存在しない(少なくともエーテルのような媒体は存在しない)ということが分かりましたが、現代の量子力学ではまた新たな真空の解釈が出てきています。
ここでは量子力学の中途半端な解釈ではなく、ダイレクトに真空の姿を解明していこうと思います(中途半端といういい方は少し失礼でしたね。解明途中といいかえます)。

 しかし、真実の宇宙認識は、この様な解釈で本当によいのでしょうか?

 私たちの宇宙の真空中には実は物質がぎっしりと詰まっています。
均一ではないのですがほとんど隙間なく満ちているのです。
それではその満ちている物とはいったい何なのでしょうか。
それは私たちが「魂魄体」といっているものです。
魂魄といいますのは、幽界、霊界と階層がありますが、その階層で最も物質界に近いところに存在する世界です。
私たちは真空に満ちている魂魄体を見ることは今はまだできませんが、ニュートリノという素粒子はすでに人類にはよく知られています。
このニュートリノは魂魄体と物質のちょうど中間位に位置するものなのです。
ですから素粒子としては古くから存在が知られていたわりには、その実体は中々観測されていませんでした。
しかし今後はこのニュートリノの科学的な解明が急速に霊的な方面への科学のアプローチを進めていくと思われます。
そういえばニュートリノは今はひとつの種類しか想定されていませんが、実は何種類も存在するものです。

 昨年、国際研究実験OPERAのチームが「ニュートリノは光よりも速い」という実験結果を発表しましたが、今年になって、測定距離に矛盾点があったということで、光速には到達しないとの発表が成されました。
現在ニュートリノは電子ニュートリノ、ミューニュートリノ、タウニュートリノの3種類が確認されています(これらの反物質を含めると6種類ですが)。
この中で光の速さよりも速い動きが可能なものは、ミューとタウの2種類です。

 今回の実験結果からは、ミューニュートリノについては光速に近い速度であることは間違いのない結果に落ち着くのでしょうが、あと一つのタウニュートリノに関しては光速を超える可能性は残されているのかも知れません。
そして、先ほども書きましたように、本来ニュートリノはまだ発見されていないだけで、三桁の種類があるのです。
つまりすべてのニュートリノが「光速よりも速い」ということはないのですが、今回の実験結果があまり正確には伝わっていないようです。
現代の科学が革新的な進化を遂げるには、まだまだ地道な基礎実験や理論の整備を行っていく必要があるのかもしれません。

確かにニュートリノの中には光速よりも早く進むものが存在しています。
しかし私たちはその速度という属性を調査する前に、ニュートリノの存在そのものをもっと知らねばならないようです。
一般的に素粒子を調べる時には量子力学が適応されますが、このニュートリノを扱うには、これまでの不確定性原理を土台にした量子力学では扱えないようになっています。
そして、不確定性原理は人間の「認識」の限界を定めたものです(あるいは認めたものです)。
ニュートリノを扱うにはさらにその上の人間の「恣意(しい)」を含むカテゴリー(世界)を記述する数式が求められています。

 先ほど、このニュートリノは魂魄体と物質のちょうど中間位に位置するもの、と書きましたが、魂魄体と物質体を物質波動という数値を使って表してみましょう。
そして、この波動レベルの基準は地球霊界の最下層を1とし最上位の神界のレベルの波動を1000として、その間を割り振った指標で表してみます。
すると、真空の魂魄体の物質波動は300~380であり、ニュートリノの物質波動は300~700になります。
これから解りますように、ニュートリノの物質波動は魂魄体のレベルよりも遙かに高位レベルにも存在可能となっております。
現在人間の観測にぎりぎりかかって来ているニュートリノは物質波動が300レベルのものです。
また、肉体界(物質界)の波動帯域は250~450となっています。

 ここから地球にある「物質」と真空中の基本物質の関係を見ていきます。
地球の物質は非常に特殊な形で存在しています。
それはどんな形なのでしょうか。
基本的には真空中を満たす基本物質が振動することにより、私たちの知る「物質」となります。
その基本物質が自らの波動を下げていくことにより、物質として顕現します。ただこの時、通常は波動を下げるわけですから、エネルギーを放出しますが、逆に下げるためにエネルギーを使うという作業もしています。
たとえていいますと冷房装置を動かすとき部屋の温度をさげるわけですからエネルギーを下げていくのですが、そのためにはエアコンを動かさなければなりません。
つまりエネルギーを下げるためにエネルギーを使っているという状態がそんな感じです。

 しかしここでただ単に基本物質の波動を下げていけば私たちにおなじみの「物質」ができるのかといいますと、そう単純でもないのです。
まず現象界(地球界)に物質としてあるには、時間と空間の特殊な限定を受けます。
他にも色々な制約や規則を含められて物質波動として現れています。
この制約、制限のことを「因果律」といっています。
通常因果律は事象(時間)の不可逆性をいいますが、この場合はこの世のあらゆる規則・制約・禁止事項をまとめて「因果律」としています。
しかし時間に逆行できないという本来の意味の因果律が、物質波動という在り様が「物質」であるための重要な役目をしていることも事実です。
時間に逆行できないから実体化しているということもできるのです。
ですから地球の現象界(肉体界)の物質は、波動自体はそんなに変わったものではないのですが、現れ(実体)として出たときには他にはない特殊な形をしているということができます。それがこの物質界の理、ルールなのです。
ですから真空物質の周波数が300で地球界の物質帯域が250~450あるにもかかわらず真空物質を見ることができないのは、そこに因果律という固定枠があるかないかという問題なのです(この原則はニュートリノに関しても適応されています)。

因果律に関わる構造は(時間はその一部ですが)、厳格を極めて存在しています。
時間の正体はそれを解明いたしますと、ほぼこの宇宙の謎が解けてしまうというようなものかもしれません。
このニュートリノを解明できれば実際にタイムマシンも可能だということです。
夢が出て来ましたね。
タイムマシンの事をお話しするには、ここでは少しスペースが狭いようです。
実際のタイムトラベルを深く探求しますと、そこには宇宙全体を巻き込んで展開する壮大な構造が明らかになってまいります。
プロフィール

toto

Author:toto
「時間旅行」とは?・・・過去と未来が「今」と繋がっているとすると、過去を替えることが出来るならば、未来も替える事が可能と成るはずです。
地球にとっての、「良き未来」を創るために、「今」を一所懸命に生きて、良き未来を目標として生きてみたいですね。

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