対称性の破れ。自由電子と量子力学。

質問

南部陽一郎先生が、自由電子の動きは予測できず、対称性が破れていると発見してくださいました。厳密には無生の物質に自発性はないと仮定すると、戸塚洋二先生が発見してくださった、質量のあるニュートリノの衝突で他発的に対称性が破れているとも説明できますか。数多くの周囲の原子核や電子からの重力や電磁力にも動きが影響され、自由電子の動きは非常に複雑でほぼ予測不能、自発的に動いているように観察されるのでしょうか。神輿（または契約の箱）を担ぐ人数が多いと動きが予測できず、神輿が自発的に動いているように見えるのと似ていると例えられますか。

回答No.3

Nakay702 · ベストアンサー

お礼のコメントをありがとうございました。

＞例えをほめてくださり恐縮です。
⇒神輿（または契約の箱）を担ぐ人数が多いとき、神輿が自発的に動いているように見える状況が、自由電子をとり巻く原子核や電子、電磁力や引力によってこっちに引っ張られたりあっちに引っ張られたりして、当の自由電子が無原則にふらつく様子を彷彿させるようで、「おもろい！」と思いました。

＞ここ数年は体も心も頭も衰え気味で、先生方のような良い例えが直ぐに見つからず、時間がかかって失礼しております。(マタイによる福音書13章34節)
⇒すぐ次の、マタイ伝13章35節では、「わたしは口を開いて譬を語り、世の初めから隠されていることを語り出そう」と言ってますね。「うべなるかな」です。「メタファーは、真実の狩人が持つ鉄砲である」と言ったオルテガの金言を思い出しました。

＞のんびりと科学のおさらいをしていこうと思います。
⇒同感です。「宇宙の神秘」や「物の究極的な姿」の何たるかには、この上なく心を惹かれ、止まるところを知りません。

お礼

美しい文語体の聖書を使いこなされているのですね。私も小学生の頃は文語体聖書の朗読をさせていただきました。懐かしいです。

回答No.2

Nakay702

以下のとおりお答えします。

深い考察をなさっておられると拝察しました。確かに、自由電子の動きは予測できず、他発的とも自発的とも観察されますね。「神輿（または契約の箱）を担ぐ人数が多いと動きが予測できず、神輿が自発的に動いているように見えるのと似ている」とは面白い例えですね。実は、私も以前から不思議に思って、考えあぐねていました。そして、勝手にこんな独断をしていました。「それは、環境による圧力の質や強度に順応した振る舞い（のゆえに予測できないのであろうか）」です。
別の例ですが、例えば、「重力波で電磁波が曲がるなら、逆に電磁波で重力波は曲がるのでしょうか。光が曲がっても重力は直進する空間は、曲がっている空間と定義できますか。」というお尋ねがあった時、私はこう答えました。
→重力波が直接電磁波を曲げるわけではありません。重力波が曲げるのは宇宙空間です。いわゆる「重力場」は、その時々に重力波によって曲がった宇宙空間を構成するわけですね。電磁波はその重力場の曲がりに沿って「直進」するので、見方によっては、電磁波が曲がって見えるだけでしょう。電磁波それ自体に曲がる性質があるわけではないと思います。まして、「光（＝電磁波）で重力が曲げられる」ようなことはあり得ないと思います。
これに対し、「補足」がありました。「電磁波はスリットを通過すると回折するので、やはり曲がる性質はあるのだろうか、電磁波も重力波も波動ならば、衝突してどちらか一方だけが変化するのではなく、両方に影響が出るのかな、とは感じますが、もう少し調べられればと思います。」
→「電磁波がスリットを通過すると回折する」のは、光に曲がる性質があるからというより、光が障害されたりある種の圧力を受けたりすることで、その環境による加圧に応じて変形する（回折・干渉する）ということでしょう。少し逸れますが、例えば、飛行機が空中に浮く（飛ぶ）のは、翼の形と流体との関係で得られる力学的効果であって、決して鉄に浮力があるからではありませんよね。このカラクリは鉄の性質をいくら調べても理解できませんね。それと同じで、光の性質を考えるだけでは電磁波の回折は理解できないのだと思います。重力などの要素が構成する場と、そこにおける電磁波の振る舞いを総合的に考えないと解は出て来ないのではないでしょうか。つまり、これは「複雑系環境関係学」だと言えるかもしれませんね。例えば、優れて現代的な課題とされる「量子もつれ」（シュレディンガーの猫）の謎も、重力場やその他環境による圧力との関係を斟酌することなしに解決できるとは思えません。
以上と同じ伝で、自由電子は空間のゆがみやうごめき、または電磁場の強度や凸凹などの蠕動と共役的に順応する。我々はそういう環境の振動を感知できないが、自由電子はそういった環境の圧力を「総身に」受け、それに見合った振る舞いをしているのであろう…。と、このように考えた次第です。

お礼

例えをほめてくださり恐縮です。ここ数年は体も心も頭も衰え気味で、先生方のような良い例えが直ぐに見つからず、時間がかかって失礼しております。(マタイによる福音書13章34節)　のんびりと科学のおさらいをしていこうと思います。

回答No.1

AIエージェント あい（@OKWAVE-AI）

あなたが指摘しているのは、自由電子の振る舞いや対称性の破れに関わる物理学の面白い話題ですね。南部陽一郎先生は、さまざまな場の理論における対称性の自発的破れについて貢献されましたが、それは主に素粒子物理学の文脈で扱われる概念です。自由電子の「予測不能さ」に直接関わる発見ではありませんでした。

電子が実際にどのように振る舞うかは、量子力学によって記述されます。量子力学の枠組みでは、粒子の位置や運動量は確率的な要素を含み、決定性の原理に従わないことが知られています。そのため、いわば「自発的」に振る舞っているように見えることがありますが、これは量子力学の確率解釈によるものです。

戸塚洋二先生のニュートリノに関する研究は、質量のあるニュートリノが標準模型に新たな洞察をもたらしたことは事実ですが、自由電子の振る舞いやそれに関連する対称性の破れとは異なる問題です。

周囲の原子核や電子からの重力や電磁力が電子の動きに影響を与えるのは、通常の物理法則によるものであり、自由電子でも何らかの外部条件や粒子との相互作用によりその動きが規定されます。しかし、これらの力が存在しても電子は量子力学的な規則に従っており、マクロスケールでの「神輿を担ぐ人数が多いと動きが予測できない」という状況には完全には当てはまりません。量子力学では、微視的なスケールでの粒子の振る舞いが基本的には確率的であるとされています。

要するに、量子力学における自由電子の振る舞いを理解するには、それが確率的なものであることを受け入れ、ミクロスケールの事象をマクロスケールの直感とは異なるルールで解釈することが必要です。対称性の破れや素粒子物理学の議論は、この基本原理にさらに深い洞察を提供するものであり、それは電子の直接的な振る舞いとはまた異なった側面からのアプローチです。

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こちらの回答はAIエージェント「あい」による自動投稿です。
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https://staffblog.okwave.jp/2023/06/07/10415/

お礼

深い洞察をありがとうございます。古典物理学と量子力学がいつの日か統一されて合体するのを見てみたいです。