思想家ハラミッタの面白ブログ

主客合一の音楽体験をもとに世界を語ってます。

対称性の破れ

2008-12-31 16:38:41 | Weblog
真空の相転移というアイデアによって、何もない基底状態から物質が生成される可能性が明らかにされた。
しかし、これだけではまだ、宇宙における安定な物質の存在を完全に説明することはできない。実は、
上に述べた素朴なバネのイメージは、光や中間子など「ボーズ粒子」と総称される素粒子にしか適用すること
ができず、固体を形作る陽子や中性子(あるいはその構成要素であるクォーク)のような「フェルミ粒子」
の生成を考える際には、もう少し掘り下げた議論が必要になるのだ。
 フェルミ粒子とボーズ粒子の最大の相違点は、粒子数保存則の有無である。ボーズ粒子の場合、粒子数が
保存されないので、余分なエネルギーがあると、次々と新しい粒子が生まれてはあちこちに飛散してしまい
、安定な構造を保つことができない。これに対して、フェルミ粒子には、(陽子と反陽子、電子と陽電子
というように)「物質」粒子と「反物質」粒子の2種類があり、それぞれの粒子数の差は一定に保たれる
という性質がある。この2種類の粒子は、狭い領域に大きなエネルギーが集中したときにペアで生成されたり
、逆に、衝突して一緒に消滅してしまうことはあるが、どちらか一方だけが、突然に発生したり消滅したり
することはない。このため、「物質」粒子(あるいは「反物質」粒子)だけから作られた構造物は、
「物質」粒子と「反物質」粒子をペアで生み出すだけの巨大なエネルギーがなければ、粒子数保存則の結果
として安定性を獲得することが可能になる。
この説明は、物理学的にはかなり杜撰なものである。より正確なところが知りたい人は、素粒子論の教科書を
繙いていただきたい。
 われわれが住む天の川銀河がエネルギーを放出して崩れていかないのは、銀河を構成する天体が「物質」
粒子だけからできているからである。宇宙線の観測を通じて、近隣の銀河集団にも「物質」しか存在しない
ことが確かめられており、遠方の銀河に関しても、いくつかの理由から同様だと推測されている。
 それでは、なぜ「物質」しか存在しないのか。ビッグバンの高温・高密度状態の中では、「物質」粒子と
「反物質」粒子がペアで生成・消滅を繰り返しているはずであり、そのうちの「物質」粒子だけが生き
残った理由は、長い間謎とされてきた。この謎は、吉村太彦の「CPの破れ理論」(1979)によって
、初めて解き明かされた。
 素粒子の振舞いを記述する最も基礎的な方程式において、「物質」と「反物質」の項は対称的な形で現れる。
相転移前の原初の宇宙では、「物質」と「反物質」は、完全に等量存在していた。ところが、相転移に
よって、真空の側に両者を区別する要因が生まれてくる。これを「自発的な対称性の破れ」といい、

この世界が複雑な構造を持つ要因である。
 「自発的な対称性の破れ」を理解するには、ワインボトルの底の形をした膨らみの上にビー玉を置いた
状況を思い浮かべれば、わかりやすいだろう(右図;これは、物理学者がポテンシャル関数として想定して
いるものと同じ形状である)。ビー玉が膨らみの頂点に置かれているときには、ワインボトルを中心軸の
周りに回転させても、状況に変化はない。このことを、(軸の周りの回転について)対称性があるという。
しかし、ビー玉が底の凹みへと落ち込むと、この対称性は失われ、軸から見てある方向が特別な意味を持つ
ようになる。
 こうした現象は、自然界ではごく普通に見られる。例えば、鉄に代表される強磁性体は、高温に熱している
ときには磁気を帯びていないのに、温度を下げていくと自然に磁化することが知られているが、これは
、鉄に含まれる電子1個1個が小さな磁石になっていて、各磁石が同じ向きに揃った方がエネルギーが低く
なるために生じた「自発的な対称性の破れ」だと考えるとわかりやすい(下図)。高温状態では、熱振動に
よって磁石がバラバラの向きになっている高エネルギー状態に押し上げられ、ある向きが特別の意味を
持っている訳ではない(=回転対称性がある)。温度が下がり始めると、磁石をいろいろな方向に向ける
揺動力が弱くなり、最終的には、磁石が同じ方向を向いた低エネルギー状態に落ち着くことになるのだが、
このとき、磁石が揃った向きが鉄全体の磁化の向きという特別な意味を持つので、(どの方向も同じという)
回転対称性は破れたことになる。しかも、この対称性の破れは、外から磁石を操作した結果ではなく、
温度が下がるときに、ある方向を向いていた磁石がたまたま多かったというような偶然の作用によって
実現されたものである。この過程は、(ボトルの底の中心のような)エネルギーの高い対称的な状態から
(周辺のへこみのような)エネルギーの低い対称性の破れた状態へと、(外部からの操作によらずに)
自発的に(spontaneously)相転移したものと解釈される。


・・・ あの世はエネルギーの高い光の世界だとすると美しい対称性が保たれているのかも知れない。

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宇宙の共鳴

2008-12-31 12:59:47 | Weblog
基底状態がばねの振動で表せるということは量子真空では縦波振動が発生していることになる。
この振動が宇宙全体で共鳴してるとすると情報は一瞬で宇宙全体に伝わるのではないだろうか。
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k

2008-12-30 14:03:54 | Weblog
ビッグバン理論の大きな欠点は、仮に宇宙が大爆発によって生まれたとして、「その前」に何があったかと
問われても、解答を模索する術がなかったことである。一般相対論を含めたほとんどの物理学理論は、
エネルギーや物質の保存則を認めている。だが、ビッグバンの瞬間には、巨大な爆発のエネルギーと、
天体の素材となる原物質(ガモフのひそみに倣えばイーレム)が存在していなければならず、基本的な保存則
と矛盾するように思われる。それに加えて、現在から時間を逆に辿っていくと、ビッグバンの瞬間に向かって
宇宙の温度や物質密度は際限なく増えていくはずであり、宇宙の始まりは無限大の温度と密度を持つ定義不能
な状態だということになる。当時の物理学者たちは、こうした事情を考慮して、宇宙の創造の瞬間に科学は
遂に到達し得ないのではないかと悲観主義に傾いていたようだ。一方、行き過ぎた科学主義に胡散臭さを
感じていた人々には、これは好ましい状況だったに相違ない。キリスト教総本山のローマ法王庁は、
ビッグバン宇宙論はキリスト教の教義と矛盾しないと言明しているが、その根底には、この理論が
(神の業による)宇宙の創造についての科学の無力さを明らかにしたという見方があったのかもしれない。
 ビッグバン理論が持っていた「始まりの困難」は、しかしながら、1970年代末から80年代にかけて、
場の量子論を宇宙論に適用することによって、少しずつ克服されていった。

 ここでポイントとなるのが、真空概念の見直しである。上で述べたように、真空とは、何も存在しない
「虚空」ではなく、場の変動の基準点となる--先の素朴なイメージを用いるならば、バネが自然の長さに
ある--「基底状態」である。従来の理論では、真空は最もエネルギーが低い状態として一意的に定義され
るものと見なされてきた。ところが、1970年代の場の量子論の進展において、こうした「基底状態」は、
温度によって変化し得ることが明らかになった。ビッグバンのように極限的な高温から冷えていく過程で、
ちょうど水が冷えて氷になるように、真空それ自体が、以前よりもエネルギーの低い状態へと「相転移」
を起こすのである。バネの喩えを使うと、一端を固定していた土台が(高温状態が生み出していた支えを
失って)ガクンと崩れるようなもので、基準が急激に低くなった結果、それまで振動していなかったバネも
弾みで(?)動き出すことになる。ビッグバンは、こうした「相転移」と共に生起した出来事として研究
されなければならない。こんにち信じられている理論によれば、宇宙初期に、エネルギーの高い不安定状態
から低い安定状態へと真空が相転移する現象が、少なくとも2回以上は起きたと考えられている。
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量子コンピューター

2008-12-29 13:37:32 | Weblog
量子コンピューターは、すべての物質が持つ粒子と波の性質のうち、波の性質をコンピューターの演算手法として応用する“量子計算”を行なうコンピューター。この量子計算技術を利用すると、膨大な時間がかかる計算を極めて効率的に行なえると予測されており、たとえば、現在のスーパーコンピューターで10兆年かかるとされる200桁以上の数の素因数分解を、数10分で終了できると考えられている。

量子コンピューターは今まで、分子や冷却された原子レベルでの量子ゲートによって、量子計算の動作原理が確認されているが、分子/原子系は設計や取り扱いが難しく、これらによってコンピューターを構成する集積回路を実現するのは非常に困難であると考えられていた。

今回同社では、シリコン基板上のアルミニウムで構成された0.7μmの超伝導回路を極低温で動作させることにより、量子コンピューターに必要な量子ゲートと同じ動作をすることを、実験により実証したという。固体電子デバイスを使って量子ゲートを実現できたことで、シリコンなどの基板上に集積化するといったことが期待でき、量子コンピューター実現への大きな前進であるとしている。
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電子スピン

2008-12-28 12:29:22 | Weblog
もしかしたら縦波波動エネルギーは電子のスピンによって発生するのかも知れない。
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k

2008-12-27 13:14:02 | Weblog
さて、量子論では最低エネルギー状態でもゼロ点振動が存在するのだった。前章で論議した空洞放射の
場合についていえば、空洞内電磁場は最低エネルギー状態でもゼロでないゼロ点振動をもつわけである。
古典論の最低エネルギー状態では、すべての電磁振動は消滅する。この状態を電磁場に関する古典論の真空
という。量子論でも、最低エネルギー状態を真空と呼ぶが、それはゼロでないゼロ点振動をもち、
大層騒がしい真空である。そのゼロ点振動を「真空電磁場の揺らぎ」、または単に真空の揺らぎという。
真空の揺らぎは大きな物理的効果をもつ。定常状態にある原子(正確には原子内電子)の安定性は真空の
揺らぎを無視した場合に得られる近似的なものだ。原子はいつも真空電磁場の中にあり、その揺らぎに
突き動かされて量子飛躍を起こすのである。量子飛躍の原因は真空電磁場の揺らぎであった。
 現代素粒子物理学は真空にもっと複雑な物質性を与えつつある。また、現代宇宙論は真空の揺らぎが
宇宙の創造・発展に重要な影響を与えたらしいと推測している。(量子力学入門 並木美喜雄 岩波新書より)




おそらく縦波波動エネルギーも電子に何らかの影響を与えていると思われる。
例えば電子を活性化し生命を活性化する働きをするのではないだろうか。
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2008-12-25 19:22:42 | Weblog
真空のエネルギー

真空のエネルギーとは、重力に逆らい宇宙を加速度的に膨張させている力である。
真空はプランクサイズで見ると、仮想粒子が生まれては対消滅している世界である。
この、対消滅が絶えず繰り返されているためエネルギーは一定の値をとれず揺らいでいる。
この、”揺らぎ”が真空のエネルギーの根源である。
(水の揺らぎ、すなわち、波がエネルギーを持っているのと同じ)宇宙が膨張し、物質の密度が下がると
重力は小さくなる。しかし、宇宙が膨張した分だけ、真空が増えるため、真空のエネルギーの強さは変わらない。
結果、相対的に重力より優勢となり、
宇宙を加速度的に膨張させている。また、真空のエネルギーは重力に逆らい、空間を斥け合わせる効果を
持つため、負のエネルギー、斥力、とも言われている。現在、真空のエネルギーは暗黒エネルギーの
有力候補になっている。

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音楽と自然

2008-12-23 12:43:33 | Weblog
同じ番組でキタロウは、人間は自然に癒されるだけでなく自然を癒してあげることも必要だと言って
自分の曲を家の周りの森に向かって流していた。そして曲の良し悪しは自然が判断してくれるとも言っていた。
音楽の縦波波動は大自然の縦波波動の場と共鳴するのだろう。

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植物と波動

2008-12-22 12:32:22 | Weblog
以前キタロウがテレビのインタビューでどんなときに曲を思いつくかという質問に
花が風に揺れるのを見て曲を思いつく、と言っていた。
花が風に揺れるときに発生した縦波波動をキタロウは感じ取ったのだろう。
もしかしたら植物は縦波波動によって情報交換を行っているのかもしれない。
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生命

2008-12-21 14:17:11 | Weblog
大自然の豊かな縦波波動エネルギーの中で生命は生きている。

縦波波動エネルギーは相補的に共鳴することで、より深い波動に進化する。
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