高エネルギーの世界

［科学太郎］です。

ここは既存の物理理論や物理法則を駆使して、なぜ５次元世界(異次元世界)が、高エネルギーの世界であるかを説明します。まずは宇宙論の［ビッグバン］理論より、宇宙は誕生してから１３７億年経過したと言います。これは宇宙が誕生した初期状態が、とてつもなく高い密度と温度の状態から始まったと考える宇宙誕生モデルの１つです。つまり、この高温・高密度の状態から爆発的に宇宙空間が膨張して、現在の宇宙にまで広がって成長したというのです。これは昔の天文学者である［エドウィン・ハッブル］が天体観測などから［遠い銀河はより早い速度で遠ざかっている］という事が観測データから明らかになりました。そこで、この事実を基に宇宙誕生の考え方のモデルが［ビッグバン］理論という形で登場したのです。つまり、時間を逆戻しにすると宇宙の誕生した初期状態は、とてつもなく高い密度と温度の状態から爆発的に空間が広がっていったという事になります。しかし、なぜ宇宙が高温・高密度から爆発的に広がったかは［ビッグバン］理論では説明がされていません。そこで宇宙誕生の前について研究している方が、新しいモデル(仮説)を打ち立てています。まずは、その動画を紹介しますから見て下さい。約5分間なのでどうぞ。

上記で２人の教授が登場します。１人目は東京大学の佐藤勝彦教授で、彼は［インフレーション理論］というモデルで宇宙誕生前とその後を考えています。そして、２人目が私［科学太郎］が一番重要視している人物でアメリカ・タフト大学のアレックス・ビレンキン教授です。彼は宇宙が誕生する前を次のように考えています。

• 宇宙が誕生する前に［無］という状態が存在した。
• 私のいう［無］とは、単に物質がないだけでなく、空間も時間もない状態のことです。
• 物質を入れる器としての［時空］がないのです。
• つまり［無］とは、エネルギーの高い真空のことなのです。
• この真空のエネルギーがインフレーションという急激な膨張を起こし、
• 途方もない熱や光を創り出し、その中から物質が生まれていく。
• それこそが、いわゆる［ビッグバン］なのです。

ここで重要なことは、量子力学で宇宙誕生前を考えると［ビッグバン］理論で宇宙誕生の初期状態である高温・高密度からインフレーションという急激な膨張を起こして、時間と空間が広がっていく宇宙誕生モデルと噛み合う事です。また、５次元理論とも噛み合います。つまり、５次元理論で我々が暮らしている宇宙空間(４次元時空)は１つではなく無数に存在している可能性を暗示させています。だからアレックス・ビレンキン教授の考えている宇宙誕生前の［無］という状態こそが、５次元理論で無数の宇宙空間(４次元時空)を内包している巨大な領域となります。分かり易く説明すると宇宙の果ての向こう側が５次元世界であり、真空のエネルギーである［無］という世界となります。

よって、私［科学太郎］は、５次元世界の特徴の１つとして［高エネルギーの世界］であると考えています。ちなみにエネルギーとは、物質を構成している［素］である素粒子、超微粒子、光子、電子などの事を指します。ですから昔の天才物理学者と呼ばれた［アルベルト・アインシュタイン］博士は、Ｅ＝ｍｃ^２という公式を生み出しました。これはＥ(エネルギー)は、ｍ(質量)×ｃ(光速)の二乗に変換できるという事です。つまり、エネルギーと物質は密接な関係があるということです。もう少し分かり易く物質とエネルギーを説明すると、まず自然界に存在するものは最終的に複数の分子で構成されています。我々人間も、動物も、植物も、鉱物も全てミクロ単位で考えると分子から構成されているのです。そして、分子は複数の原子で構成されています。分かりますよね。さらに原子を細かく分解して説明すると原子核と電子に分かれます。このとき、中心に存在する［原子核］の周りに複数の［電子］が決まった数だけ周っています。ここで重要なことは、原子核と電子の間が隙間だらけである事です。それも、かなり距離が離れた場所に電子が周っているのです。分かり易く例えると野球場の中心に原子核(バスケットボール)があって、野球場を取り囲むフェンスの場所に電子(米粒)が周っている感じです。これで原子モデルのイメージが想像できると思います。重要なのは原子核と電子の間が隙間だらけであるという事を知って欲しいのです。そして、この隙間こそ［空間］と呼ぶのです。宇宙空間の［空間］も同じ意味ですから、惑星と惑星の間には水素ガスが少々ある程度で、ほとんどが隙間だらけです。

それでは原子構造の話を進めます。１つの原子が原子核と電子で構成されているように、原子核は複数の陽子と中性子で構成されています。このときも陽子と中性子の間は隙間があるのです。ですから原子核は常に陽子と中性子がうごめいている状態になります。だから昔、原子核内の陽子と中性子は絶えず入れ替わっているという変な説明がされていました。これは入れ替わっているのではなく陽子と中性子が絶えずうごめいているからです。観測したある瞬間では陽子だったのに、別の瞬間には中性子として観測されたのです。これが陽子と中性子が入れ替わっているという変な説明になったのでしょう。そして、陽子や中性子もクォークと呼ばれるもっと小さい粒子から構成されています。両方とも３つのクォークから構成されていると考えられています。このクォークは、私［科学太郎］が高校時代の時には科学者たちも３つしか存在を確認できていませんでした。この時代(1990年代・前半)はクォークが全部で４つは在るだろうと考えられていました。しかし、ある２人の日本人科学者が数学を駆使して、クォークは全部で６つあると予想しました。その後に本当に残りの３つのクォークの存在が確認されて世界中の科学者たちが驚いたようです。ちょうど私［科学太郎］が高校を卒業した1994年の頃でした。つまり、原子核を構成している陽子と中性子は３つのクォークで構成されていて、そのクォークの種類は６種類あるわけです。詳しく調べるともっと多くありますが、ここでは省略します。このクォークというものを一般には素粒子と呼んでいます。また、素粒子にも重さが違うタイプが存在するため素粒子も複数の超微粒子から構成されているという考え方もあります。だから私［科学太郎］は、この考え方を先取りして原子とは次のようになっていると思います。

1. １つの原子は、原子核と電子で構成される。
2. 原子核は、陽子と中性子で構成される。
3. 陽子と中性子は、３つのクォークで構成される。
4. クォーク(素粒子)は、複数の超微粒子で構成される。

このようにミクロ単位で考えると全ての物質はクォーク、素粒子、超微粒子、電子、光子などに分解されます。このことから惑星、恒星、銀河系、そして宇宙全体も最終的にはクォーク、素粒子、超微粒子、電子、光子などに分解されます。分かりますよね。それでは今なお膨張し続けている宇宙空間という巨大な隙間を時間を逆回しにして考えてみて下さい。そうすると空間という巨大な隙間が徐々に狭くなります。そして、最終的に宇宙が誕生した初期まで遡ると物質の隙間が全くなくなり、クォーク、素粒子、超微粒子、電子、光子などが密集している高密度の状態になります。この状態こそが［ビッグバン］理論であり、その前の状態は高密度だけでなく、物質の素であるクォーク、素粒子、超微粒子、電子、光子などが高速で飛び回っています。つまり、振動数が高い状態です。この状態こそが高温と呼ばれるのです。ここまでの分かり易い動画を見つけましたので紹介します。約5分間なのでどうぞ。

上記の動画などから［ビッグバン］理論より前、つまり宇宙が誕生する前が、物質の素であるクォーク、素粒子、超微粒子、電子、光子などが密集して高密度の状態となっていたと分かりますね。よって、宇宙が誕生する前は高エネルギーの世界であり、アレックス・ビレンキン教授の言い方では［無］という状態、または真空のエネルギーとなります。なお、高密度の状態でありながら［物質の素］は高速で運動をしています。この振動数の高い状態をアレックス・ビレンキン教授の言い方では［真空の揺らぎ］と呼んでいるのです。そして、この揺らぎから宇宙が誕生するキッカケのインフレーションが起きるという事になります。それでは最後に宇宙の誕生前と５次元世界の特徴をまとめて紹介します。

1. 宇宙の誕生前である５次元世界(異次元世界)は［物質の素］が高温・高密度である。
2. この高温・高密度のことを高エネルギー、または真空のエネルギーと呼ぶのである。
3. また、高密度であるために隙間が全くない、よって空間が存在しないのである。
4. 空間が存在しないから［真空］とか、［無］とも呼ぶのである。

このような事から物質とは、［物質の素］であるエネルギーから原子が構成されているのです。よって、［アルベルト・アインシュタイン］博士が発表したＥ＝ｍｃ^２が、なぜ物質はエネルギーに変換でき、エネルギーが物質に変換できるかが分かると思います。これで物質とエネルギーの違い、関連性、相互変換が可能である事も理解できるでしょう。一般にエネルギーという言葉を利用しますが、その意味まで深く理解して使う事はありませんね。だから覚えておいて下さい。エネルギーとは、［物質の素］であるクォーク、素粒子、超微粒子、電子、光子などの総称で、振動数がとても高く高温・高密度の状態となります。科学会でもエネルギーとは、仕事量という意味合いでしか使っていません。エネルギーの本質についての定義はハッキリとされていません。今後は言葉の意味をより明確に決める必要があると私［科学太郎］は思っています。だからエネルギーの定義を提案します。

エネルギーの定義

1. 高エネルギーとは、［物質の素］であるクォーク、素粒子、超微粒子、電子、光子などの総称で、振動数がとても高く高温・高密度の状態である。
2. 単にエネルギーと表現した場合は、単独の［物質の素］であるクォーク、素粒子、超微粒子、電子、光子などを指すとする。
3. また、特定のエネルギーの場合は、光子のみのエネルギーを光エネルギー、電子のみのエネルギーを電気エネルギーと呼ぶとする。
4. なお、重力エネルギーとは、重力粒子(ヒッグス粒子)のみのエネルギーを指すとする。

参考文献

• 宇宙創生を解明する「インフレーション理論」 佐藤 勝彦 氏
• ブログテーマ[現代科学]｜としちゃんのブログ
• 詩の素粒子の中で

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