物質とエネルギー

［科学太郎］です。

今回は物質とエネルギーについて考えてみます。最初に［物質］とは何かを説明します。これは基本的には目に見える物体の事を意味します。そして、この物体を構成している最小単位として学校で習うのが原子です。この原子は中心に原子核があって、その周りに複数の決まった数の電子が回ってます。さらに中心にある原子核は複数の陽子と中性子から構成されてます。分かり易く図解すると次のようになります。

上記の図はヘリウム原子の構造を表してます。

• 白色が電子で２つある。
• 赤色が陽子で２つある。
• 水色が中性子で２つある。

ヘリウム原子の構造は、原子核とその周りに２つの電子が回ってます。また、原子核には陽子が２つ、中性子が２つで構成されてます。このように複数の電子、陽子、中性子などが１つの原子という塊(かたまり)を創り出してます。これこそが［物質］なのです。そして、陽子は３つのクォークという小さい粒子から構成されてます。同じく中性子も３つのクォークで構成されてます。このようなクォークと呼ばれる、さらに小さい粒子を一般に素粒子と呼びます。素粒子は、たくさん種類があるため、ここでの詳しい説明は省略させてもらいます。また、クォークも６種類あり、名前だけ紹介するとアップ、ダウン、チャーム、ストレンジ、トップ、ボトムの６つです。それでは陽子と中性子がどのようなクォークで構成されているか紹介します。まずは分かり易い模式図をどうぞ。

上記の図は陽子と中性子の構造を表してます。

• 赤色がアップ・クォークである。
• 青色がダウン・クォークである。

模式図を見れば分かると思いますが、陽子はアップ・クォークが２つ、ダウン・クォークが１つの合計３個で構成されてます。また、中性子はアップ・クォークが１つ、ダウン・クォークが２つの合計３個で構成されてます。このように陽子と中性子は構成されてます。ですから原子１つを分解すると原子核と電子、原子核を分解すると陽子と中性子、陽子や中性子を分解するとアップ・クォークとダウン・クォークに分かれます。よって、最終的に原子は複数の電子、複数のクォークという素粒子から構成されている事になります。ようするに原子とは、複数のアップ・クォーク、複数のダウン・クォークが、たくさん集まって原子核を形成して、その原子核の周りに複数の電子が周っているわけです。このひと塊りを原子と呼び、ある決まった性質や特質が現れるのが、いわゆる［物質］であると言えます。それでは、もう一度ヘリウム原子の構造を紹介します。今度のは前よりも詳しい模式図です。

上記の図はヘリウム原子の構造を表してます。

• 白色が電子である。
• 桃色が陽子である。
• 水色が中性子である。
• 黄色が原子核である。
• 赤色がアップ・クォークである。
• 青色がダウン・クォークである。

模式図を見れば分かると思いますが、ヘリウム原子は２個の電子、２個の陽子、２個の中性子で構成されている事が分かります。また、それぞれの陽子や中性子は３個のクォークで構成されている事が分かります。模式図から計算するとヘリウム原子のアップ・クォークは全部で６個、ダウン・クォークも全部で６個である事も分かります。だからクォークという素粒子は全部で１２個となります。このように１つの原子は電子やクォークと呼ばれる小さい粒子が寄せ集まって形成されているのです。これが今まで気軽に［物質］と呼んできた詳細であり、最終的には複数のクォークと電子から全ての原子が構成されている事になるのです。非常に面白いですね。なぜなら原子だけで考えると水素原子、ヘリウム原子、カルシウム原子、金原子、銀原子、銅原子などは、みんな性質が異なっているために違った存在に見えます。しかし、細かく分けると全てクォークと電子が複数寄せ集まって１つの原子という塊りと、それぞれの特性や特徴を創っていた事が分かります。正直、言いますと不思議ですよ。クォークと電子の数が異なるだけで様々原子という［物質］が存在してますから。しかし、このようにミクロ単位で考えていくことが大切であり、ミクロ単位で考えることこそ［物質］とは何かを明確に理解するための手助けとなります。これぞ科学です。

エネルギー

それでは［エネルギー］とは何でしょうか。まずはエネルギーの種類を簡単に列挙してみましょう。

• 運動エネルギー
• 位置エネルギー
• 重力エネルギー
• 核エネルギー
• 熱エネルギー
• 光エネルギー
• 電気エネルギー
• 磁気エネルギー
• ダークエネルギー
• その他

上記のように色々なエネルギーがありそうです。このうちの運動エネルギー、位置エネルギーは重力の影響から生じるエネルギーです。このエネルギーは地球という惑星を中心にして考えた重力や引力から生じる実体のないエネルギーです。実体とは、エネルギーの正体を現す素粒子の事を意味してます。力学的エネルギーである運動エネルギーと位置エネルギーは重力や引力という力より生じる、ただの見え方のエネルギーなのです。本来は全て無重力状態で考えなければいけないが、多くの科学者たち、研究者たち、そして一般人までもが［万有引力］をきちんと理解していません。そのせいで地球という惑星を中心とした考え方にならざる負えなく重力エネルギーの影響で生じる運動エネルギーと位置エネルギーを概念的にエネルギーと呼んでいます。

これに対して重力エネルギー、光エネルギー、電気エネルギー、磁気エネルギー、ダークエネルギーは実体があります。つまり、エネルギーの素である素粒子などが存在します。それぞれ順番に紹介すると重力エネルギーは重力粒子(ヒッグス粒子)、光エネルギーは光子、電気エネルギーは電子、磁気エネルギーは電磁気力粒子、ダークエネルギーは未発見ではあるが素粒子や超微粒子などの塊りです。このように粒子の実態があるエネルギーを今回はテーマにしてます。つまり、実態が素粒子である重力粒子(ヒッグス粒子)、光子、電子、電磁気力粒子、その他の素粒子などの純粋、または複数の混合粒子をエネルギーと私［科学太郎］は呼ぶ事にします。

それから残りの核エネルギー、熱エネルギーも実体のない振動エネルギーであると私［科学太郎］は考えてますから、今回のテーマのエネルギーには分類しません。この２つの核エネルギー、熱エネルギーは両方とも原子の振動数が、他の原子に伝わっていく現象です。これは音や波エネルギーと同じで振動が伝わるだけなのです。音の場合は空気中の酸素、窒素、二酸化炭素、メタンなどの気体を振動させて、その振動が耳などに伝わるのが音なのです。分かるでしょうか。音とは実体のない単なる空気中に振動が伝わる事を意味しているのです。これと同様に波も水分子などの液体を振動させて、その振動が地球の裏側の島々まで伝わるのが波エネルギーなのです。こちらも実体のない単なる水分子を振動させて伝えるという事をエネルギーという言葉で使ってます。ようするにエネルギーも大きく３つに分かれるわけです。

1. 実体のあるエネルギー(重力エネルギー、光エネルギー、電気エネルギー、磁気エネルギー、ダークエネルギー)
2. 実体のないエネルギー(核エネルギー、熱エネルギー)
3. 引力によるエネルギー(運動エネルギー、位置エネルギー)

このうち引力によるエネルギーは、実体のないエネルギーに含まれます。分かり易く３つに分類してみました。なお、この分け方は私［科学太郎］が独自に考えて分類したものです。よって、科学雑誌などには基本的に載っていません。しかし、よりエネルギーを明確に考えるには、科学者たち研究者たちだけでなく自分自身でも真剣に考えていく必要があります。ですから私［科学太郎］の思考による分類を紹介したのです。でも、本当はエネルギーの詳しい分類を明確にして欲しいと思ってます。つまり、エネルギーの種類と分け方のルールを定義して欲しいわけです。この辺の事は［科学用語の定義］で詳しく述べます。今回は実体のあるエネルギーについてお話します。よろしいですね。

実体のあるエネルギー

既に説明しましたが実体とは、エネルギーの正体である粒子、つまり素粒子のことを意味します。素粒子もいろいろと種類があって、エネルギーに関わる素粒子のみで構成されるエネルギーを私［科学太郎］は実体のあるエネルギーと呼んでいます。例えば目に見えないが実体がある電波が分かり易いでしょう。電波は空気中に電子が飛び回ってます。電子という実体がちゃんとあります。これと同じ理屈で光エネルギーは光子、電気エネルギーは電子、磁気エネルギーは電磁気力粒子、重力エネルギーは重力粒子(ヒッグス粒子)という実体のある粒子だけでエネルギーを構成してます。ただし、重力エネルギーは少々特別で原子核中の陽子の中に隠されてます。この隠された重力粒子(ヒッグス粒子)が引力という力を生み出し、その引力の影響で生じるエネルギーこそ私［科学太郎］が実体のないエネルギーと呼んでいる運動エネルギーと位置エネルギーです。この事から重力エネルギーは少々特別扱いします。しかし、人工的に重力粒子(ヒッグス粒子)を発生できますから、重力エネルギーはやはり実体のあるエネルギーとなります。ところが人工的に重力エネルギーを発生しても、しばらくすると次元転換して５次元世界に勝手に抜け出ていきます。だから、やっぱり特別扱いすべきエネルギーのようです。なぜなら他の光エネルギー、電気エネルギー、磁気エネルギーは次元転換せず宇宙空間に安定して存在するからです。宇宙空間を基準にすると重力エネルギーは不安定なエネルギーと言えます。ただし、５次元世界を基準にすると、ずっと５次元世界で安定して重力粒子(ヒッグス粒子)が存在しますから安定していると言えます。宇宙空間を基準にするか、５次元世界を基準にするかで安定、不安定と呼ぶ事になります。最後にダークエネルギーですが、こちらは５次元世界にずっと存在している安定したエネルギーとなります。重力エネルギーの素である重力粒子(ヒッグス粒子)も５次元世界で安定して存在するのでダークエネルギーの一部となります。以上が実体のあるエネルギーについて紹介しました。

高エネルギー

高エネルギーとは、５次元世界でずっと安定して存在する素粒子、超微粒子などのことです。つまり、科学者たち、研究者たちがダークエネルギーと呼んでいる正体です。私［科学太郎］は宇宙誕生前の状態を探りながら、宇宙誕生前が高エネルギーの世界である事に気付きました。そして、この高エネルギーの世界こそ５次元世界なのです。だからダークエネルギーが宇宙空間から観測できない理由は、もともと宇宙空間には存在していないから当然と言えます。よって、私［科学太郎］はダークエネルギーの正体は、と尋ねられたら５次元世界で充満している高エネルギーの事であると即答するでしょう。ちなみに５次元世界が高エネルギーの世界である事は前の記事である［５次元世界の特徴(高エネルギーの世界)］をどうぞ。この高エネルギーとダークエネルギーの正体について参考にするか、参考にしないかは読者の自由とします。

まとめ

• 物質とは、超微粒子・素粒子・クォーク・陽子・中性子・原子核・電子・原子・分子を塊りを指す。
• エネルギーとは、原子核を分解した陽子・中性子・クォーク・素粒子・超微粒子のみを指す。

参考文献

• 分子、原子、原子核、電子、陽子、中性子
• 素粒子、クォーク、アップ・クォーク、ダウン・クォーク
• エネルギー、ダークエネルギー

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