電子には内部構造といえるものはないのでしょうか

質問

電子は素粒子であっても内部に構造があるのではと想像しますが、実際はどのように理解されているのでしょうか。

回答No.7

chiha2525_ · ベストアンサー

内部に構造があるならば、それを形作っている何かがあるので、それが素粒子となり、電子は素粒子ではないということになる。とかいう感じの哲学的な話で、素粒子には内部構造が無い（大きさがない）ということになっています。

とはいえ、弦理論のように、同じ粒子が振動数の違いによって個々の粒子と見えているのだ、などという話を考えるのは自由です。

また、大きさがないのに質量があるので、密度は無限大（＝ブラックホール）になっちゃいますが、そのあたりが”量子力学”と我々が呼ぶ、非常に巧妙な方法で自然はクリアしているようです。

お礼

高度な数学を駆使しなければ理解できない仕組みがあるのでしょうね。巧みな表現をなさっていただいて私のようななにもわからない者にも何か納得できる感じがいたしました。

回答No.9

ddtddtddt

内部構造があったら素粒子ではないという定義はおいといて、現状では、電子に内部構造はないと理解されています。というか「そう理解しなさい」の方が近いでしょう。

　理由は、現状それで概ね上手く行ってるからです。「上手く行ってるのに余計な仮説を立てると、大概ろくな事が起こらない」が、オッカムの剃刀です(^^;)。とは言え、そうでなかった例もいっぱいあります。

［余談］
　昨日テレビで見ましたが、現在の宇宙論方面では、「ダークマター」「ダークエネルギー」という（夢のような？）物理的実在が脚光を浴びています。宇宙の加速膨張という観測結果が確からしいとなったからです。

　それが出た1997年以前に、夢のような「ダークマター」「ダークエネルギー」を持ち出したら、たぶん物笑いの種でした。そういう意味では物理は理論だけでなく、実学です。だいたい「理論物理学」なんていうサブ分野がわざわざあるのは、物理ぐらいでしょう。学問なんだから、理論があるに決まってるのに・・・。

　そういう意味では、電子の内部構造だって完全否定は出来ません。

お礼

なんとなく安心できるご教示でした。なんとなくと書いたのは私の理解力がそれほど高いものではないからでした。

回答No.8

masudaya

かなり昔ですが，サブクォークという物を考えている人がおり
その人の説では，電子もまた内部構造を持っているとなっていました．
ただ，現在のサブクォーク自体の話を聞きません．
このため,電子の内部構造ないもしくは,非常に小さいものと考えられています．

回答No.6

sunabo

結論としてはno.6にはわかりません。参考URLの回答から始める
といいかもしれません。引用します。
ーーーー引用始めーーーー
　半径αの金属に電荷Qを注入したとき電荷はどのような分布を
　するか？

　電荷は、導体球の表面に一様に分布します
　内部では、電界はゼロ　外部では
　球の中心に、点電荷が有ると同等です　

　絶縁体の時は、球の外部では　点電荷と同じ　内部では、
　中心からの距離内にある電荷が、中心に点電荷が有ると想像
　して下さい
ーーーー引用終わりーーーー
電子の基体?の球?の表面?に電荷?が分布?していて、回転?してい
て、磁気モーメントでスピンのアップダウンなのだ！！！と強く訴
えてみたくなります。ウソです。訴えません。マイナスの電荷?同士
の斥力でパーンとはじけるような気がします。
はじけてまざれっ!!!!グッ
https://www.google.co.jp/search?q=%E3%83%8F%E3%82%B8%E3%82%B1%E3%83%86%E3%83%9E%E3%82%B6%E3%83%AC+%E3%83%99%E3%82%B8%E3%83%BC%E3%82%BF&client=firefox-b&biw=863&bih=438&tbm=isch&source=lnms&sa=X&ved=0ahUKEwi52eDlxY_SAhWEU7wKHb1ABgoQ_AUIBygC#imgrc=fP9_dNKepRV1AM:

参考URL：

http://okwave.jp/qa/q9283576/a25873661.html

お礼

何か想像をはるかに超えた難しいことがひそんでいるようですね。素粒子という言葉で安心している、何も知らない私なのだと思いました。

回答No.5

kagakusuki

>大きさがないということは素朴な意味で位置も決まらないのではないかと思います。

　何故、大きさがないと位置が決まらない事になるなどと考えておられるのかその理由が解りません。(理由を御説明願います)
　大きさがない点状の存在であれば、その位置座標はその1点が存在する座標しかありませんから容易に位置を決める事が出来ます。
　それに対し、大きさがある、即ち空間的に広がって存在している粒子の場合は、粒子が球形をしていると決まっている訳ではない以上、その粒子が占めている空間の内のどの部分の座標をその粒子の座標とすれば良いのかという問題が生じますから、大きさのない点状の粒子と比べてむしろ位置を決め難くなります。

>内部構造がないというのも素朴な意味で構造がなければ何もできないのではと考えるのはおかしいでしょうか。

　おかしいです。
　粒子の内部に何らかの構造があって、その内部の動きによって「何かが出来る」という事は、その内部の構造を構成する更に小さな構成要素が存在するという事になりますから、その粒子は素粒子ではないという事になってしまいます。
　そして、内部に構造がなければ「何もできない」と考えたのでは、「粒子の内部を構成する更に小さな要素」にも何らかの内部構造がなければ「何もできない」という事になってしまいますから、「何かが出来る」様にするためには更に更に小さな要素が必要になり・・・という具合にどこまで行っても「粒子を構成する最小単位」にたどり着きません。
　ですから、「何かが出来る」からといって、それは必ずしも内部構造が必要となる事を意味するものではないと考えた方が良い事になります。

　それと余談ですが、電子や陽電子は波動の性質を持つ素粒子ではあっても、電子と陽電子を衝突させる事は出来ますから、波動の性質を持つ素粒子同士を衝突させようとした際に必ずしも通り抜けてしまう訳ではありません。

【参考URL】
　国際リニアコライダー - Wikipedia
　　https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%9B%BD%E9%9A%9B%E3%83%AA%E3%83%8B%E3%82%A2%E3%82%B3%E3%83%A9%E3%82%A4%E3%83%80%E3%83%BC

　また、原子や分子の様な内部構造を持った粒子であっても、電子などと同様に波動の性質を持っており、それにもかかわらず内部構造が判明している事からも判ります様に、波動の性質を持っている事自体は内部構造の解明が出来なくなる原因にはなりません。

【参考URL】
　粒子と波動の二重性 - Wikipedia
　　https://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%B2%92%E5%AD%90%E3%81%A8%E6%B3%A2%E5%8B%95%E3%81%AE%E4%BA%8C%E9%87%8D%E6%80%A7

お礼

ミクロの現象は素朴な想像とは違うということですね。

回答No.4

tetsumyi

大きさってどうやって測定するのでしょう？
素粒子全てがそうなのですが、ぶつけて測定してぶつかる確率で推測するくらいしか方法がない。
しかしながら素粒子はある程度近付くと相互作用から測定不可能な場合が多い。
電子は荷電粒子ですが、素粒子レベル電気力は他の力と比較して桁違いでありこれが相互作用を担っていることになる。
と言うことで電子の大きさを測定する手段は無い。
物理学では測定不可能な物は無視することが常套手段であり、素粒子論そのものが測定結果を理論の基礎として取り入れた理論体系であり不確定理論もその一部です。
総合的に電子や他の多くの素粒子の大きさは無いとすることになる。

回答No.3

SPROCKETER

電子はレプトン（軽粒子）であり、ハドロン（重粒子）とは異なるので、ハドロンのような複雑な内部構造は無いでしょうが、やはり、内部構造があると考えた方が良いだろうと思います。

　クォーク理論ではアップクォーク２個とダウンクォーク１個の組み合わせで陽子が出来ますが、クォーク２個の組み合わせでは中間子が出来ます。ハドロンに関する限りはクォーク理論で説明出来ますが、電子や陽電子の内部構造は考えられていないようですね。

　電子に内部構造があると考えるならば、重力に関わるヒッグス粒子が含まれているのは間違いないでしょうし、電場、磁場、回転（スピン）などに関する粒子（モノポールのような単極子）も含まれていると考えて良いでしょう。

　電子に内部構造があっても解明出来ないのは、素粒子同士を衝突させても通り抜けてしまう波動の性質を持っている為で、電子の内部構造を解明するのは難しいでしょうね。

お礼

ニュートン力学さえなかなか理解できない私には素粒子の理解はできないのも当然ですが、内部構造がないということがどうしても納得できないのです。ラザフォードがアルファ粒子を使って原子の構造を推測したのと同じ手法が素粒子には通用しないということでしょうか。内部構造がないとして理論が成立するのは、やはり不確定性原理に関係したことなのでしょうか。

回答No.2

kagakusuki

>大きさがないということは空間的存在ではないということにならないでしょうか。

　質問者様がどの様な意味で「空間的存在」という言葉を使用しているのかが不明なため、その問いには答え様が御座いません。
　少なくとも点粒子には体積こそないものの、空間における位置座標は存在するのですから、空間に存在している事は確かです。

>クオークでも同じことが言えるのでしょうか。

　回答No.1で貼っておいた参考URLのページもちゃんと御確認願います。
　「点粒子 - Wikipedia」のページに

>電子、クォークや光子は素粒子であり内部構造を持たない。

とちゃんと書かれています。

お礼

前のお答えの補足欄に書いてしまいましたが、大きさがないということは素朴な意味で位置も決まらないのではないかと思います。これを空間的存在ではないというのはおかしいでしょうか。また内部構造がないというのも素朴な意味で構造がなければ何もできないのではと考えるのはおかしいでしょうか。不確定性原理が働いて大きさも構造もなくてもちゃんと何かができるというようなものなら少し納得できるようにも思いますが…

回答No.1

kagakusuki

現代では、電子の半径は大きくとも1.0×10^-22m以下である事が判明しており、内部構造に関しては完全に解明されている訳ではないものの、少なくとも現在までのところは「大きさを持たない(半径0)の点状粒子で、内部構造と呼べるものは存在しない」ものとして扱って問題がない(理論的な矛盾が生じない)ため、「大きさも内部構造も持たない」と見做されております。

【参考URL】
　電子 - Wikipedia > 2 大きさ
　　https://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%BB%E5%AD%90#.E5.A4.A7.E3.81.8D.E3.81.95

　点粒子 - Wikipedia
　　https://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%82%B9%E7%B2%92%E5%AD%90

お礼

大きさがない点というのは数学における点と同じだと思いますが、大きさがないということは空間的存在ではないということにならないでしょうか。クオークでも同じことが言えるのでしょうか。

補足

大きさがないということは占める場所がないということになりませんか。占める場所がないことを空間的存在ではないと書いたのですが…