空間には何も存在しないのでしょうか。

質問

物質と反物質が反応して一見すべて存在しなくなるように見えても逆の過程で物質が再び存在するようになります。すると一見何もない空間に実は物質の元が密に詰まっているのではないでしょうか。それにもかかわらず我々が空間を自由に移動できるのは存在している次元が違うからでしょうか。

回答No.6

QCD2001 · ベストアンサー

私は大学の物理を卒業していますが、場の量子論の専門家ではありません。
しかし、あまりにでたらめの回答ばかりなので、回答をします。

＞一見何もない空間に実は物質の元が密に詰まっているのではないでしょうか。

これは物理学者のディラックが考えた「ディラックの海」に近い考え方です。

ディラックは、相対論と量子論を結び付ける研究をして、相対論的量子力学による電子の波動方程式を作りました。ところがこの方程式にはエネルギーが負になるような解が存在しました。エネルギーが負の解があるというのは実はとても困ったことなのです。なぜかというと、電子が負のエネルギー状態になることができると、宇宙に存在する電子の大部分がエネルギーを失って負の状態になってしまいます。当然これが観測されなければなりません。しかし、そんなものは観測されないのです。
そこでディラックは、海が水で満たされているように、宇宙全体が負のエネルギーの電子で満たされている、と考えました。これをディラックの海と呼びます。

電子はマイナスの電荷をもっていますから、プラスの電荷を近づけるとプラスの電荷は電子の方に引き寄せられます。しかし、2個の電子のちょうど真ん中にプラスの電荷をもってくると、電荷には両方の電子から力が加わるのでこれが打ち消し合って力がないのと同じになります。すべての空間が負エネルギーの電子で満たされていると、電子の持つマイナスの電荷から受けるクーロン力はすべてが打ち消し合って、電子の電荷が見えなくなります。ですから、宇宙全体が負エネルギーの電子で満たされていると、その電子は観測できなくなり、存在しないのと同じになるのです。
ですから、空間は何も存在しないのではなく、負エネルギーの電子などの素粒子で満たされているのです。
これがディラックの海という概念です。

さて、負エネルギーの電子で満たされたディラックの海の中の1つの電子に、外からエネルギーを与えて、正のエネルギー状態にしたとします。すると、この電子はディラックの海から飛び出して自由に動くことができます。これがわれわれが「電子」として認識している粒子になります。一方、ディラックの海では、負エネルギー電子が1個抜け出たので、隙間ができます。この隙間に、負の電荷を近づけてみます。
隙間の向こう側の電子は、負の電荷と反発して向こう側へ動こうとしますが、その向こうにも負の電子がいるため、隙間の向こうの電子は動くことができません。しかし、隙間のこちら側の電子は隙間があるので向こう側へ動くことができます。隙間のこちら側の電子が向こうへ動くと、隙間はこちら側へ移動します。すると隙間のもう一つこちら側の電子も動くことができるようになって向こう側へ動きます。すると隙間はさらにこちら側へ移動します。

この状況を離れたところから見ると、ディラックの海から負エネルギー電子が1個抜けた隙間は、負の電荷に引き付けられて動くように見えます。あたかも正の電荷をもっているようにふるまうのです。これが陽電子です。ですから、何もない空間のように見えている場所が実は負エネルギー電子で満たされていて、陽電子の方が何もない空間なのです。と言っても負エネルギーの陽子や中性子等で満たされているのですけれど・・・。

＞我々が空間を自由に移動できるのは存在している次元が違うからでしょうか。

上記のように、何もないように見える空間は、実は負エネルギーの電子で満ちているわけですから、この空間を運動する電子は負エネルギー電子の影響を受けます。ディラックの方程式では電子は光速で運動します。しかし、負エネルギーの電子と衝突するために、直進することができず、ギザギザに運動します。その結果電子の運動は光速より遅く運動しているように見えます。このジグザグ運動を、ドイツ語でツィッターベベーブング（スペルは忘れた）と呼びます。また、電子に力を加えて加速しようとすると、負エネルギー電子との衝突回数が増えるので、外力に抵抗してなかなか加速されません。この抵抗が質量なのです。しかし、この負エネルギー電子との衝突によって生じる質量を計算してみると、実際の電子の質量よりも少しだけ小さくなります。この不足分の質量を生み出しているのがヒッグス粒子なのです。

我々は空間を自由に移動はしていません。質量による規制を受けています。これを生み出しているのが、空間に満ちている負のエネルギーの粒子なのです。

ただし、この理論はいろいろと不都合な点もあり、現在は場の量子論としてもっと不都合のない理論により説明されていますが、わたしはこれには詳しくないので割愛します。

＃１の回答者が、「これがアインシュタインの宿題で・・」と述べていますがこれは誤りです。
この議論はディラックが唱えた説であって、アインシュタインとは関係ありませんし、ダークマターやダークエネルギーとも全く関係ありません。

＃２の回答者が
＞現代科学では、全くの無、は存在しないと言われています。
＞無はエネルギーに満ちている、というのが現代科学の到達点です。

と述べていますが、これも誤りです。
不確定性原理から、エネルギーがゼロになると、エネルギーの不確定さがゼロになるため、時間の不確定さが無限大になってしまい、そのためいろいろな現象が生じてしまうはずだ、と言っているだけです。
その不確定性原理により、エネルギーがゼロになっているように見えていても、ほんの僅かだけエネルギーが残っている（０点エネルギーと呼ぶ）ということです。
コップに水が1滴入っていたら、「コップは水で満たされている」と言いますか？言いませんよね。
ですから、「無はエネルギーに満ちている」なんていうのはウソです。
ほんのちょっとエネルギーがあるだけです。

＃３の回答者は
＞エネルギーには最小単位があり、それが量子という素粒子です。

と書いていますが、これも間違いです。素粒子はエネルギーの最小単位ではありません。
「プランク定数ｈの表出」
とは何でしょう？字義どおりに解釈すれば、
「プランク定数」と呼ばれる数値が物質となって表れた。
という意味になると思いますが、意味不明です。数値が物質になる？どうやって？それに一つの定数が物質になったとしたら、ひとつの素粒子にしかなれませんよね。

＃４の回答者の言う、「固定＝絶対的確定化」とはどういう意味でしょう？絶対的確定化？何を絶対的に確定するのでしょうか？意味不明です。
さらに、

＞物体とは確率波動＝存在確率の変動ですから。

と書いていますが、物理学に「確率波動」なる用語は存在しません。
存在確率が変動したら、Ａさんがいたりいなくなったりしちゃいますよね。存在確率が変動したらとんでもないことになります。確率分布なら変動します。

＃５の回答者は
＞全ての素粒子は、超弦理論において量子定常波の励起状態に還元されます

と書いていますが、「還元される」とはどのような状況を示すのでしょうか？意味不明です。
さらに

＞「超弦＜クォーク＜素粒子＜原子＜分子＜細胞＜認識体」という階層現象化の中で・・・

これも意味不明です。超弦が複数組み合わさってクォークになるかのように書いていますが、超弦理論ではクォークを超弦という数学的手法によって表しているのであって、クォークが超弦の組み合わせによって構成されているなどと考えていません。

＞時間軸と空間軸は虚数関係にあり、・・・

虚数関係とはどのような状況なのでしょう？
数学をわかっていないまま、勝手気ままに妄想を書いているとしか思えません。

＞自乗で相互作用する事で等距離点で相殺され、０の面（界面原点）を生じます。

時間軸と空間軸とが自乗で相互作用する？意味不明です。
「等距離点」とは何でしょう？字義どおりに解釈すると「時間軸からの距離と空間軸からの距離が等しくなる点」という意味になりますが、時間軸からの距離ってどうやって測定するのでしょう？
何と何が相殺されるのでしょう？
全く意味不明です。

などなど、全く意味不明のトンでも回答のオンパレードでしたので、
専門外ですが回答をしてみました。

お礼

自分なりにご教示の内容を熟読させていただきます。私には難しすぎるものですが、それでも質量の起源（？）など大変興味深く感じました。

回答No.5

雪中庵（@psytex）

＞不確定性原理によって、物体は空間を移動できているということでしょうか。

全ての素粒子は、超弦理論において量子定常波の励起状態
に還元されます。
そして量子（=光子）は光速でしかあり得ないのです。
その「超弦＜クォーク＜素粒子＜原子＜分子＜細胞＜認識体」
という階層現象化の中で速度が低下し、運動エネルギーが
潜在化する事で、静止質量は生じているのです。
その仮想的（現象表面的に捉えた）非光速性において、
超光速（＝過去＝記憶＝時間的流れ）と光速下（＝未来
＝予測＝空間的広がり）は対発生し、時空は派生している。

相対性理論の４次元ミンコフスキー空間において、時間軸
と空間軸は虚数関係にあり、自乗で相互作用する事で
等距離点で相殺され、０の面（界面原点）を生じます。
仮想的（＝非光速的）に派生した時空への無の射影だと
言えます。
全ての存在は、量子的な不確定性に基づいており、
無限に詰め込むと存在確率の山が平らになって、
無と等しくなります。
この「絶対無＝不確定性無限」において、その無限の
闇に認識体の仮定断面（潜在的認識可能性）の運動
（時系列化=プランク定数hの収束=物体収縮=宇宙
膨張）を想定すれば、相対的に無の風は光になり、
認識体はその光（量子相互作用パターン）の向うに、
自己の補完（相補的不確定性）としての宇宙を認識
するのです。

お礼

ご教示はむずかしいのですが、なるべく勉強させていただきたいと思います。

回答No.4

雪中庵（@psytex）

＞素朴な疑問なのですが、われわれや物体が自由に移動できるのか不思議なのです。

そもそも、「固定＝絶対的確定化」は不可能です。
物体とは確率波動＝存在確率の変動ですから。

お礼

不確定性原理によって、物体は空間を移動できているということでしょうか。

回答No.3

雪中庵（@psytex）

＞物質と反物質が反応して一見すべて存在しなくなる
違います。素粒子の中で陽子や電子などのフェルミ粒子が
エネルギー＝輻射＝光量子というボース粒子に変換する
だけの話です・
エネルギーには最小単位があり、それが量子という素粒子です。
それは不確定性原理のプランク定数ｈの表出であり、
空間＝真空は、不確定性のゆらぎにより、生滅する量子に
満ちており、最低エネルギーは０ではありません。

お礼

素朴な疑問なのですが、われわれや物体が自由に移動できるのか不思議なのです。

回答No.2

hekiyu2

物質と反物質が反応して一見すべて存在しなくなる
　　↑
反物質よりも物質の方が少しだけ多いのです。
だからこの世界が成り立っています。

一見何もない空間に実は物質の元が密に詰まっているのではないでしょうか。
　　　↑
現代科学では、全くの無、は存在しないと
言われています。
無はエネルギーに満ちている、というのが現代科学の
到達点です。

ここから超紐理論が提唱されていますが、この理論は
まだ仮説です。

お礼

われわれの感覚では空間にはなにも存在していないように思われますね。

回答No.1

maiko0333

アインシュタインの宿題の1つですね。
現在科学者が必死になって探している最中です。
ダークマターやダークエネルギーだという説がありましたが
そんなものは存在しないという説も発表されました。

説だけではなく、発見できればノーベル賞ものかと。

お礼

二次元では不可能なことが三次元では何ごともないように可能になるようなものなのかなと思っています。