光子もニュートリノもほぼ等速な理由

質問

光子は質量が無く、ニュートリノは質量が有り、でも両者がほぼ等速な理由は何でしょうか。

回答No.3

Tacochin · ベストアンサー

回答No.1の続きです。もう少し掘り下げたいと思います。

「ニュートリノ振動」ですが、先に述べたとおり、光速（質量0・時間停止）の状態と、光速未満（質量0・時間が未来へ稼働）の状態を行き来する現象です。

添付画像でいうと、光子が属する「第二粒子」と光速未満の「第一粒子」の間を変化することになります。

また、2011年9月に「ニュートリノが光速を超えた」という実験結果が発表されましたが、実験装置の不備を直した再実験では光速となり撤回されました。

https://www.nikkei.com/article/DGXNASDG08013_Y2A600C1000000/

https://natgeo.nikkeibp.co.jp/nng/article/news/14/4925/

ニュートリノが光速と光速未満だけではなく、超光速の世界をも行き来する粒子とすると、スゴイことが起こりそうです。

もし光速を超えることがあるとすれば、原因と結果からなる因果律が崩壊し、タイムマシンで過去へ行くように時間が逆行する状態となります。また、質量が虚数になります。

添付画像でいうと「第三粒子」の状態になります。第三粒子で実観測されている粒子は今のところ見つかっておらず、仮想上の粒子として「タキオン」と名付けられています。

宇宙創成期にエネルギーや素粒子の相転移が起こったとき、第二粒子（光や電磁波）から第一粒子（物質系）へ転移するときの過渡期にあたる粒子なのかも知れません。

何とも不思議な素粒子です。

回答No.5

Tacochin

度々申し訳ございません。回答3の訂正です。

>>「ニュートリノ振動」ですが、先に述べたとおり、光速（質量0・時間停止）の状態と、光速未満（質量0・時間が未来へ稼働）の状態を行き来する現象です。

誤：光速未満（質量0・時間が未来へ稼働）
正：光速未満（質量 正の実数・時間が未来へ稼働）

光速未満とき、質量 正の実数でした。誠に申し訳ございません。

お礼

ニュートリノ振動について何も知らなかったので、グラフでの丁寧な説明に感謝いたします。

回答No.4

Tacochin

すみません。添付画像を送信するのを忘れていました。

改めて送信します。

回答No.2

Nakay702

＞光子は質量が無く、ニュートリノは質量が有り、でも両者がほぼ等速な理由は何でしょうか。
⇒なるほど、「光子とニュートリノは、片や質量が無く、片や質量が有るのに、両者ともほぼ等速である」ということの理由を説明する文献は、（浅学のせいか）寡聞にして聞きませんね。そこで私は、例によって勝手な推測を巡らしてみました。結論を先に言えば、それら２つの粒子は、《宇宙開闢のごく初期に同じものから生まれたので、そこから受け継いだ同じ性質（物性）を分有しているからではないか》と考えた次第です。

推測の根拠はこうです。
かつて、全米スパコン応用センター所長のラリー・スマーが宇宙開闢（ビッグバン）をシミュレーションして、次のように報告していました。
A．ビッグバン：（1）ビッグバンの瞬間から10⁻³⁶秒後、温度は百兆度の百兆倍。大きさ１cm²。クオークと反クオークとが衝突すると二個のフォトンができ、二個のフォトン同士が衝突するとクオークと反クオークの対ができる。（2）10⁻³⁴秒後、温度は十兆度の百兆倍。もはやフォトン同士が衝突してもクオークは生まれない。クオークと反クオークとの衝突によってフォトンは生まれ続けるが、クオークが反クオークよりも多いので、クオークが残り、物質の元になる。（3）10⁻⁵秒後、温度は一兆度。クオークから陽子や中性子ができる。（4）３分後。温度は十億度。陽子や中性子が合体して水素やヘリウムの原子核ができる。

報告によりますと、フォトン（光子）やニュートリノは、この（1）～（4）の過程中で生まれた、と推測されます。これらの粒子はともに、超高温というエネルギーがその熱量を放射するのに伴ってできた、つまり、熱エネルギーからつくられた、ということのようですね。同じ親から生まれた兄弟が似ているのにも似た現象と言えるかも知れません。ここに、両粒子の共通性の源があったのではないか、と考えることができそうです。

お尋ねに対する私なりの（というより孫引き風）解釈を申しました。本件の回答そのものとしては、たったこれだけしか申せません。あまりにもお粗末ですので、恰好付けのためにラリー・スマーのシミュレ報告の続きを書きます。
B．宇宙の晴れ上がり：ビッグバンから十万年後。温度は四千度。電子が原子核に取り込まれて水素やヘリウムができる。それまで進路を妨害されていたフォトンが自由に飛び回るようになり、宇宙が膨張する。
C．銀河の形成：ビッグバンの十億年後くらいから銀河がつくられる。銀河は初めガス状で、回転しながら集まって中心（ブラックホールなどの高質量域）が形成される。たくさんの銀河ができて、拡散し続ける。各銀河は互いに引力を及ぼし合いながら運動を続け、次第に「泡構造」状に分布していく。交点に当たるところでは強大なブラックホールができ、グレート・アトラクターとなって周辺銀河を吸収する。（現在、我々の銀河は乙女座方向のグレート・アトラクターに引き寄せられて、秒速六百kmで接近しているという。なお、現在の宇宙はビッグバンの後百数十億年とされています。）

シミュレ報告の引用は以上で終わりですが、さらに私は、ラリー・スマーから離れ、個人的関心（宇宙史）の部分について、独断と偏見による主張を続けさせていただきます。
㋑.ベル研究所のアンソニー・タイソンは、光の曲がり方を分析して、ダークマター（暗黒物質）を初めて確認した。彼によると宇宙に存在するダークマターは、目に見えるものの十倍以上と計算されるという。つまり、我々の見ているものは全体の一割にも満たないというのです。現在、宇宙は加速度をつけながら膨張しつつあるとされますが、タイソン説に従えば、莫大なダークマターの存在がその膨張を停止させるのに必要な物質の密度（臨界密度）が充分満ちているということになります。
㋺.これにより、不明とされる「永久膨張論」（ビッグリップ）は廃棄されるかも知れません。かつてホーキングも、「今から数十億年後に膨張運動は停止し、収束が始まる」と言いました。私もこの説に共感したいのです。一方、現代天文学は暫定的に永久膨張論を主張していますので、この点（のみ）、私は現代天文学の所説に合点がいきません。私は、宇宙が０°ケルビン（絶対零度）になって全ての粒子が運動停止しても引力は、未知のグラビトン（重力子）によるのでなく重力場によるので、消えないと思います。ゆえに、膨張は一旦停止したあと収縮に転じてビッグクランチに至り、再度ビッグバンが繰り返されるのではないかと想像している次第です。
㋩.もし宇宙膨張が停止し、収縮に転じると、その運動速度は、当然ながら最初遅くだんだん速くなります。その過程で銀河やブラックホール同士の吸収合体が繰り返されることでしょう。したがって、我々の天の川銀河も遅かれ早かれ大小マゼラン銀河やアンドロメダ銀河と合体しているに違いありません。こうして蜂の巣にも似た「泡構造」の被膜部分に分布する銀河は「交点」に集結してゆくと同時に、その交点間の距離も縮まって、グレートウオールが形成されていくという推測が不可能ではないと思います。
㊁.現在、我々の銀河は乙女座方向のグレート・アトラクターに引き寄せられて、秒速約600kmで接近しており、白鳥座X1のブラックホールに落ち込む星の速度は秒速3万kmと言われます。宇宙全体が一点に向かって収縮する場合の中心的ブラックホールはさらに強力でしょうから、そこへ落ち込む銀河や星はさらに速く、光速に近い速度になるのかも知れません。最終的には、すべてが10⁻²³mmの一点（ラリー・スマーの提示による）に凝集し、想像を絶するような強力なエネルギーの塊と化し、次回のビッグバンが引き起こされる…と、私はこのように想像しています。

なお、申しそびれましたが、ニュートリノの詳細につきましては、https://ja.wikipedia.org/wiki/をご参照ください。
関係部分を一部引用しておきます。
《光速より速いとされた実験結果とその撤回：2011年9月23日CERNで、観測したニュートリノが光速より速かったという実験結果が発表された。「国際研究実験OPERA」のチームが、人工ニュートリノ1万6000個を、ジュネーブのCERNから約730km離れたグラン・サッソ国立研究所に飛ばしたところ、2.43ミリ秒後に到着し、光速より60.7ナノ秒（1億分の6秒、ナノは10億分の1）速いことが計測された。1万5000回の実験ほとんどで同じ結果が示された。この発表は「質量を持つ物質は光速を超えない」とするアインシュタインの特殊相対性理論に反するため世界的な論争を呼んだ。光より速い物質が存在しないのは、粒子を光速にまで加速するためには無限のエネルギーが必要だということが理由だが、もしこの実験結果が本当だった場合、このニュートリノはエネルギーを必要としない何らかの相転移で超光速になってまた戻ったとする仮説なども考えられた。OPERAチームは、光速を超える物質が存在しないことを証明する特殊相対論がこれまでの実験と理論でしっかり確立された理論であり、自分たちの実験結果は誤りだと考えていた。そのため結果を発表するのに数か月の内部討論を重ね、実験結果の誤りを探したが、内部討論では誤りを発見できず、科学界での検証を呼びかけた。OPERAは声明の中で「この結果が科学全般に与える潜在的な衝撃の大きさから、拙速な結論や物理的解釈をするべきではない」としていた。11月18日、OPERAは、ニュートリノビームの長さを短くした再実験によってもほぼ同様の結果が見られたと発表した。ただ時間情報は前回と同様GPSを使ったとしている。その後、ニュートリノの到着側で地上と地下の時計をつなぐ光ケーブルの接続不良やニュートリノ検出器の精度が不十分だった可能性が見つかったため、2012年5月、実験不備を解消した上で再実験を行った。結果、ニュートリノと光の速さに明確な差は出ず実験結果を修正、6月8日にニュートリノ・宇宙物理国際会議で「超光速」の当初報告の正式撤回を発表した。》

以上です。長々と失礼しました。

お礼

2011年のニュートリノ光速超え???脳内混乱状態でサッパリ理解できず何となく感心して驚くだけでしたが、物理に関心が深まったので、私には良かったです。詳しい説明に感謝いたします。

回答No.1

Tacochin

これではないでしょうか？
↓
https://sci.kyoto-u.ac.jp/ja/academics/programs/scicom/2015/201510/05

「ニュートリノ振動」
通常、ニュートリノは光速で動き、質量はゼロであるという前提だが、地球などの物体を通り抜けるときに、種類が変化し、光速未満になる。光速未満になったときだけ質量が発生する。

変化するということは、時間が停止していない＝光速未満＝質量ありです。