旅好きおやじの日記 TOP  >  量子・宇宙・相対論

消えた反物質

同じようなタイトルの本を4年前にも読んだことがある。

燃えつきた反宇宙(2012/3/28)
http://yama2190.blog.fc2.com/blog-entry-480.html

あれから、量子力学に関して、いろいろな本を読み漁っているが、ノーベル
賞受賞者の小林先生の本ということで、興味深く読んだ。

ノーベル賞は2008年に受賞し「小林・益川理論」と「CP対称性の破れ」の起源
の発見から、1970年代にそれまで3種類しかないとされていたクォークが3世代
以上(6つ以上)あることを予言というか提唱した。

その後、20年かけて1995年までに6つのクォークが発見され、小林・益川理論
の正しさが実証され、ノーベル賞の受賞に至ったわけである。

そのCP対称性の破れという理論が、物質と反物質の話に関係してくる。

反物質とは陽電子とか反陽子など、電荷が逆になっている粒子であるが、
我々の周りには、特殊な条件下以外で反物質を見つけることができない。

宇宙ができた時には、双方とも存在したが、物質と反物質が反応し対消滅
した結果、物質のほうが量が多かったからか?

と4年前に読んだ「燃えつきた反宇宙」前述した本を読んだときは思ってい
たが、そうではなく弱い力が作用することにより粒子の電荷やらパリティ
対称性(鏡に映したように対象にしても物理的に変わらないこと)を破って
しまうことが原因であるということを把握することができた。

このCP対称性の破れから、強い力の理論である量子色力学という理論を
生み出たり、高エネルギーの加速装置を使った実験をしたりして、直接観測
することのできないクォークの種類を6種類だと理論づけし、素粒子物理学の
基礎を作ったのが日本人であるというのは誇らしい限りである。





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[ 2016年06月29日 04:59 ] 量子・宇宙・相対論 | TB(-) | CM(0)

宇宙は無数にあるのか

宇宙のありかたを決める6つの数があるという。

N:重力の弱さを示す数(電気のクーロン力÷重力)
ε:核融合率。核融合の前後でどれだけ質量が軽くなるかを示す数
Ω:物質の密度を示す数
λ:真空のエネルギーの大きさ
Q:銀河団など大きな構造のまとまり具合
D:次元

この6つの数のバランスが少しでも崩れていたとするならば、惑星が
存在できない世界、ヘリウム以上の重い元素の存在できない世界となり
人間は存在できない。

この6つの数が、人間にとって非常にバランスよく構成されているのは、
なぜか?

この6つの数が色々な値をとる宇宙が無数にあり、たまたま、人間に都合
のよい宇宙がこの宇宙なのだという。

人間が存在できているから、この宇宙の6つの数がバランスよい値を
取っているのである。

また、6つの数のバランスの悪い宇宙は、そもそも観測者が存在し得ない
宇宙であり、そんな宇宙など存在しているといえるのか?

なんとも、面白い哲学的な話である。

でも、宇宙が無数に存在するという仮説も、宇宙が1つしかないという仮説
もともに検証しようがないし、1つしか無いと考えるより無数に存在すると
考えたほうが面白いと思う。




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[ 2016年06月22日 04:30 ] 量子・宇宙・相対論 | TB(-) | CM(0)

超ひも理論がよーくわかる本

このブログでは、物理を大学の教養課程までしか習っていない素人の
旅好きおやじが、量子力学に関する本を読んで自分の中で腹落ちした
理論などを、自分の理解の記録として残している。

今回は、超ひも理論について深掘りするために秀和システムの超ひも
理論がよーくわかる本という素人向けの本を読んでみた。

この本を読んで、改めて超ひも理論というのは難しいと感じるとともに
面白いとも思った。

入門的な他の本では、素粒子というのは分子や原子、さらには原子核
よりも小さい小さい「ひも」が振動している様子であるとか、余剰次元に
ついて解説されているものが多いが、何となく紹介されているだけである。

この本は、超ひも理論をテーマとしているだけあって超ひも理論を理解
するための色々な知識が書かれていた。

この本を読んで、わからない用語をWikipediaで調べるといった感じで
読み進めたが、現在4つの力のうち、電磁力と弱い力が統一され、実験
でも検証された状況であるが、これに強い力を加えた大統一理論が
まだ完成されていないことや、それを証明するためには陽子崩壊という
現象を観測しなければならないが、その観測のためには5万トンの純水
が必要で、それでも見つかっていないということが把握できた。

また、強い力の量子色力学とか、電磁力に関する量子電磁力学を学ば
ないと理解することなどまだ先の先の話であることもわかった。

そして、大統一理論よりもさらに難しい、4つの力を統一する超ひも理論
は、その理論を用いれば説明がつくというだけで、実際に検証するため
には加速器でブラックホールを作り、従来の重量理論が破綻することを
観測して余剰次元の存在を検証するというやり方で確認していくという。

もっと、勉強すると、年に1度ぐらいニュースを賑わす素粒子物理学の
ニュースももっと楽しく読めるだろう。




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[ 2016年06月11日 04:28 ] 量子・宇宙・相対論 | TB(-) | CM(0)

超ひも理論をパパに習ってみた

大学教授がその娘から異次元空間について質問されたことをきっかけに
超ひも理論とか自分の研究を娘に説明することになり、物語が進んでいく。

女子高生にもわかるように超ひも理論を順を追って説明してくれている
ので読みやすく、最初のうちはスイスイと読めるのだが、徐々に内容が
高度になっていくが、女子高生の娘は論理だてて理解していく。

さすがは大学教授の娘、物分りが良すぎる、私にはかなわない(笑)と
思いながら読み進めた。

また、パパの日記が章の最初に短文で書かれており、大学教授の生活とか
苦労とかを垣間見ることもできた。

最初は陽子に着目し、「クォークの閉じ込め」という誰も解いたことのない
方程式に1億円の懸賞金がかかっているという話から入り、陽子や中性子
の兄弟粒子が1950年代に次々実験で見つかったがこれをクォークという
さらに小さい粒子があると仮説を立てれば、6種類のクォークの組み合わせ
で説明できることが分かったこと、光が開いたひもで、重力が閉じたひもで
あるという話などが紹介されておりこの本だけではピンとこなかったが、
取っ掛かりとしてはよかった。

文字と手書きの図での解説だったので、図解されている他の本も読んで
みたいと思った。




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[ 2016年05月17日 04:37 ] 量子・宇宙・相対論 | TB(-) | CM(0)

次元となにか

次元とはなにか、4次元ぐらいまでは一般常識として大人なら誰もが理解
しているだろう。

0次元は点、1次元は線、2次元は面、3次元は空間で、4次元は3次元に
時間という次元を足した次元である。

ここまでが、普通の人ができる説明だろう。

4次元になってくると若干ややこしくなる。

3次元まではニュートン力学とかユークリッド幾何学といた古典的な学問
で説明できるが、4次元については一般相対性理論が関わってきて、
光速普遍の原理から、光速近くで移動すると、時間がゆっくり進む、
長さが縮む、質量が増えるなど古典的な学問では説明できず、一般人
の感覚では理解できないものになる。

また、素粒子とか力の統一という、相対性理論と相容れなかった理論も
超ひも理論という理論で説明しようと試みているのが、現代物理学の
最大の論点である。

その超ひも理論の説明で必要な理論が、「余剰次元」というものであり、
世の中は11次元でできているという。

ただし、3次元人から見ると、空間の3次元と時間の次元以外は、
「コンパクト化」されていて、長さの最小単位で陽子よりも19桁も小さい
プランク長さの中に収まっているという説明が書かれていた。

この本はあくまで、次元に関する説明の話だったので、プランク長さと
かコンパクト化といった理論については、超ひも理論の簡単な解説本を
探して読んでみたいと思う。






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[ 2016年05月08日 04:02 ] 量子・宇宙・相対論 | TB(-) | CM(0)

量子テレポテーション

この本は、東大で量子テレポーテーションを研究している有名な教授が
書いた本なのだが、ブルーバックスという高校生にもわかるように科学を
解説しているシリーズの本にもかかわらず、文書がわかりにくく、1回読ん
だだけでは、何が要点なのかさっぱりわからなかった。

しかたがないので、その教授が所属していたNikonのホームページを
みると、こちらはかなりわかりやすく書かれていた。

双子の光と量子テレポーテーション
http://www.nikon.co.jp/channel/light/chap04/sec02/


量子テレポーテーションのについて理解するためには、
「1つの量子の位置と運動量は同時に観測できず、観測するまではその
 状態を確率でしか知ることができない。」
という不確定原理を知る必要がある。

同時に生まれた電子はスピンの向きが反対になる。
この同時に生まれた電子を何光年も離した場合に、一方の電子のスピン
の向きを観測した瞬間、確率でしかわからなかった、もう一方の電子の
スピンの向きが確定してしまうという。

これは情報が光のスピードを超えて、伝達することを意味する。
これをEPRパラドックスという。

これをどう応用したら量子コンピュータができあがるのか、この本を読ん
でも全くわからなかったが、量子コンピュータを使うと難しい素因数分解
が瞬時に解けるため、今、我々が利用しているクレジットカードの暗号が
瞬時に解けてしまうというのである。

なにせ、現在の最速スーパーコンピュータで数千年かかっても解けない
ような計算でも、数十秒といった短い時間でこなすことが理論上可能と
いうのだから。

量子コンピュータの実現にはまだまだ時間がかかりそうだが、これを
リリースする前には、社会的な法制度とか、量子コンピュータを使った
暗号化などの環境を整備しないと大混乱になるだろう。





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[ 2016年02月01日 04:50 ] 量子・宇宙・相対論 | TB(-) | CM(0)

インフレーション宇宙論

宇宙の始まりはビッグバンと言われており、アニメなどのキャラクターの
技の名前にも使われていたりするので、それこそ、小学生の子供でも知っ
ている話である。

そのビッグバン理論は、突然火の玉が爆発したことになっているため、
なぜ、その火の玉ができたのかという問に答えることができない。

そのビッグバンが始まったのはなぜなのか、ビッグバンの前に起きていた
ことを説明するのが、「インフレーション理論」である。

そのインフレーション理論の提唱者である佐藤勝彦先生の書いた本で
ある。難しいことを研究している学者先生の本にしては非常にわかり
やすく、楽しみながら読むことができた。

そのインフレーションを説明するために「真空のエネルギー」と「相転移」
について知っておかなければならない。

■真空のエネルギー
我々は何もない状態のことを真空というが、この真空の状態では、
粒子と反粒子が生まれる対生成と、その粒子と反粒子がぶつかって
莫大なエネルギーとともに消滅する対消滅がある。
よって真空でもエネルギーを持つとされる。

■相転移
水から氷といった液体から固体のように、物質の状態が変わることを
相転移という。このとき熱が発生する。


宇宙誕生直後の10-36秒後から10-34秒後までの間に、エネルギーの高い
真空からエネルギーの低い真空に変化する時にも、相転移が起きていた。
このときに発生する負の圧力によって起きる指数関数的膨張をインフ
レーションという。

私のような素人に言わせてみれば、インフレーションもビッグバンも、限り
なく0秒に近い時間のうちに起きたことであり、別に科学的に説明できない
事があってもいいと思うのだが、こうやって、切り分けてなんとか説明する
という物理学者の姿勢に脱帽した。




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[ 2016年01月28日 04:45 ] 量子・宇宙・相対論 | TB(-) | CM(0)

はたして神は左利きか?

昨年、日本人がノーベル物理学賞に輝いたが受賞したテーマが、
「素粒子「ニュートリノ」が質量を持つことを示すニュートリノ振動の発見」
である。

ニュートリノというのは小さい素粒子で、地球や人体などの物質を素通り
してしまう素粒子のため、四方八方からニュートリノが降り注ぐのだが、
空から降ってくるニュートリノは予測通りの数なのに、地面から突き抜けて
くるニュートリノは予測の半分しか観測されなかったという。

これを突き詰めると、空から降ってくるニュートリノと比べ、地面から
突き抜けてくるニュートリノは地球の直径の分だけ長く移動するため、
その間に別の種類のニュートリノに変わってしまったことによるものという。

光子のように質量のない素粒子は光速で移動するが、少しでも質量が
あると光速では動けない。
また、光のスピードで移動する場合、相対性理論から時間は止まってしまう
ので別のニュートリノに変わることがないため、ニュートリノには質量
があることが証明できたという。

この理屈は、ちょっと素粒子に興味がある人間ならなるほどと思える
話だった。

ただし、素人考えではニュートリノが高速より遅いことを観測できれば、
質量があるということの証明にならないのだろうかとも思ったが、ちょっと
前にニュートリノは光速を超えるなどという仮説もあったぐらいだから、
そもそもスピードを観測することが難しいのだろうなとも思った。

あと、ニュートリノのスピンがことごとく左巻きしか無いという話や、
弱い力はニュートリノのような左巻きの粒子にしか反応しないという謎も
現時点では誰にもわからないこと、左巻きというのは観測者の状態によ
るもので、もし、観測者がニュートリノの速度より早く、光速よりも遅いス
ピードで観測すると、右巻きに見えるという理屈も、よくわからなかったが、
そういうものだということが理解できた。




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[ 2016年01月15日 04:50 ] 量子・宇宙・相対論 | TB(-) | CM(0)

世界は「ゆらぎ」でできている

「ゆらぎ」をキーワードに、量子の波動性のゆらぎ、素粒子を構成する「ひも」
のゆらぎ、宇宙ができた頃の密度の濃淡というゆらぎ、人体における臓器のリ
ズムというゆらぎについて紹介されている。

それぞれ、「ゆらぎ」という言葉をキーワードに結びつけているが、まったく別
の意味で関連性はなかった。

とはいっても、この本の文章はわかりやすかったので、私にとってはこの本を
読んで「超ひも理論」がどういう理論なのかを把握するきっかけになった。

超ひも理論は、陽子や中性子を構成するクォークを始めとした素粒子と4つの
力を統一して説明するための理論であるという。

「ひも」とあるが、「ひも」自体が主役なのではなく(長さしかなく実体がないので)
振動が主役であること、この振動の仕方が素粒子の違いの正体であること
がわかった。

4つの力(強い力、弱い力、電磁力、重力)のうち、重力だけは極端に小さい力
なのでなかなか説明できなかったのだが、重力を媒介する重力子だけは、
余剰次元側に飛び出しているため極端に弱いのだと説明できるらしい。

もう少し、超ひも理論について調べてみたくなった。




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[ 2014年05月20日 04:18 ] 量子・宇宙・相対論 | TB(-) | CM(0)

ホーキング 虚時間の宇宙

宇宙の始まりといえばビッグバンである。

大人はもとより、ちょっと科学に興味がある小学生でも知っている話しであるが
ビッグバンより前はどうだったのかと言われて答えられる人はそう多くはないだ
ろう。

私も、最近量子論の本をよく読んでおり、力の統一などの話題の際に、ビッグバ
ンが始まって10-44とか10-38とか10-11秒後という短時間のうちに、4種類の力が
分離した分離したと書かれていたので、宇宙の始まりはビッグバンだと思ってい
たし、それ以前の時間はないものだと思っていた。

これは実時間という実数の時間での説明であるが、この説明の場合アインシュ
タインの一般相対性理論は破綻するとのことらしい。

ホーキングによると、一般相対性理論の枠組みの中で宇宙の始まりを説明できる
としたのが、「宇宙無境界仮説」でこの説明のために、「虚数時間」というものを
用いるとのことである。

もう一つホーキング博士の成果として、蒸発するブラックホールというものがあり、
光をも飲み込むブラックホールも、熱を放射するため最後には蒸発してしまうとい
う理論である。

この理論の説明には不確定性関係(エネルギーと時間)や、粒子と反粒子の対生
成と対消滅など難しい理屈を分かったつもりでもいいから、押さえておかないと
理解しておかないとわけが分からなくなってくる。

この本は簡単に書いてくれているとはいえ、それでもなかなか難しい本だった。

ホーキング博士の理論とは関係ないところで、彼の私生活のエピソードも散りばめ
られておりなかなか面白い本だった。



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[ 2014年02月18日 04:19 ] 量子・宇宙・相対論 | TB(-) | CM(0)
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プロフィール

旅好きおやじの日記

Author:旅好きおやじの日記
職業はIT関係です。
趣味は海外旅行(21カ国制覇)、読書、資格取得です。
取得した資格は以下のとおりで、半分趣味のようになってます。
情報処理(ITストラテジスト,システム監査,プロジェクトマネージャ,アプリケーションエンジニア,テクニカルエンジニア(システム管理),テクニカルエンジニア(データベース),ネットワークスペシャリスト,セキュリティアドミニストレータ,1種,2種)、元PMP、ITIL V3 Foundation、Oracle Master Gold、日商簿記1級、建設業経理士1級、英検2級

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