diareflections

• 06/09/23:33

たまに、とりとめのないことについて考えたり議論したりするのは、頭のリフレッシュになります。どーでもいい話を腰据えて書けるのも、今この瞬間しかないので、今回はそれについて書いてみようと思います。

最近関心があったのは、「無」です。

要は、宇宙の起源に関連する話です。結局、宇宙はどこから来たの？宇宙ができる前は？その前は？

別に気が狂ったわけではありません笑

あ。

あけましておめでとうございます。今年もよろしくお願いします。

で、先日たまたま実家付近の本屋をうろうろしてたら、Newton(サイエンス雑誌)が目にとまりました。

普段買ったことがなかったのですが、表紙にバーンと「『無』の物理学」と書かれていたので、びびっときて自然と手が伸びました。

内容としては、結構エキサイティングなことが書かれていました。
今から、ものすごいざっくりと、ここに書かれている「無」の研究の最先端を紹介してみたいと思います。

なので興味ない方は以下全く読む必要ございません笑　あるいは、気になる部分だけ読んで頂いても結構です★

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ここで扱う「無」には、大きく分けて３つの意味があることを前提としてください。

１．あらゆる物質を取り除いた「からっぽの空間」「真空」という意味　　での「無」

２．「時空(時間と空間)」さえ存在しない「無」

３．「ゼロ」という意味での「無」(現代物理学では物質の最小単位で
　　ある素粒子の大きさをゼロとしている)

これを一個ずつ紹介していきます笑　私現在、暇です！笑

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１．「からっぽの空間」としての「無」

皆さんが一番イメージしやすいのは、空っぽな空間、真空という意味での「無」でしょう。上から目線ですいません

まず、大きな立方体をイメージしてください。ここからすべての物質を取り除きます。物質とは、原子や分子でできたもの全てです。

取り除きましたか？しかし、原子や分子以外にも、この世界にはさまざまな「素粒子」(それ以上分割することのできない基本的な粒子)が存在します。

実際には不可能ですが、それすら全部取り除いて初めて、っしゃあきた「無」の完成！！

ともいかないみたいなんです。

そんな空間でも、ほんの一瞬であればエネルギーが存在し、そのエネルギーを使って素粒子が生み出されるというのです。

この「無の空間」から生まれる素粒子は「仮想粒子」と呼ばれています(「仮想」とは言っても実験で間接的に証明済)。

じゃあなんでこの仮想粒子が生まれるのと。だんだん文体がフランクになっていますが笑、それは「不確定性原理」という法則によるものです。

我々日常生活で目にする現象のほとんどは、ニュートン力学に基づくものです。たとえば、投手が投げたボールの運動は、速さや進む方向でX秒後の位置が確定しますよね。

それがです。素粒子の世界ではそんなもん通用しません。素粒子の運動を定めることなど、不可能なんです！！

熱くなってしまいましたが、素粒子のような「極微」の世界では、たとえば素粒子の速度を定めようとすればするほどどこにあるかわからなくなり、逆に位置を定めようとすればするほど速度や方向がわからなくなるのです。

高速で回っている扇風機をイメージしてください。ある一定時刻の羽の位置を正確に見極めることはできないですよね。一方、回転を止めると、今度はどのくらいの速度で回っていたのかは推測できないですよね。　そんな感じです。笑

素粒子のような極微の世界では、このような物理法則が成り立っているわけです。

これは、時間とエネルギーの関係においても同じことがいえます。

時間の不確かさをΔt、エネルギーの不確かさをΔEとすると、式は

Δt×ΔE＞h/4π

ってのはおれもよくわかりませんが笑、要は時間が短くなればなるほどエネルギーの大きさが不確かになり、そのほんの一瞬の時間によって生じたエネルギーが素粒子を生み出しているというわけです。

このように、「無の空間」は素粒子を生むエネルギーをもっているわけです。

しかし、この空っぽの空間には、まだ解明されていないエネルギーが存在しているそうです。驚くべきことに、宇宙の全エネルギーの７０％は「無」が隠し持っているエネルギー、「ダークエネルギー」に支配されているというのです。そして、そのエネルギーが宇宙を膨張させている可能性があるということが科学者の間で議論されており、その正体解明が彼らの宿題となっています。

ま、結局何が言いたいかというと、「無」の空間は無であって無じゃない、というか完全な「無」の空間は存在しえない、というよくわからない結論に至ります。笑

★よくある質問コーナー

Q.無の空間で、力は伝わるんですか？→はい、伝わるようですが難しく　ておれもよく理解できないので理由は割愛。

Q.無の空間にぼくが入るとどうなりますか？→わかんないけどたぶん
　すぐ死にます

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2.時間も空間もない「無」

これはつまり宇宙の起源に関する話です。

現在の宇宙は膨張を続けていますが、逆に時間を遡ると昔の宇宙は非常に小さかったはずです。
実際、初期の宇宙は非常に小さく、また、超高温、超高密度の状態であったことが知られています。この灼熱状態のことをビッグバンと呼んでいます。

では、ビッグバンの前には何があったのでしょうか。現在研究者たちの多くの支持を得ているのは、ほとんど大きさのない宇宙が猛烈に膨張する「インフレーション」という段階らしいです。

じゃ、さらにその前は？となりますが、実は「インフレーション以前」の宇宙についてはよくわかっていません。

が、時間も空間さえもない「無」から誕生したという説が一定の支持を得ています。

では、時間も空間さえもない「無」とはどういったものなのでしょうか。

「結局、空間も時間も存在しえない状態の『無』とは、空間の大きさがゼロの状態と考えて差し支えありません」(by東京大学向山信治博士)

だそうです笑

確かに、空間のない状況ではなんの現象も発生しないわけですから、そうなのでしょう。

ここで、１．で紹介した「不確定原理」を思い出して頂きたい。極微の世界ではさまざまな物理量の値が定まらないというあれです。

宇宙誕生の話は極微の世界の話であり、不確定性原理が適用されます。

すると、空間(つまり宇宙)の大きさは、ゼロという値に確定することはできないということになりますね。

空間がゼロでない状態＝空間が存在する状態　です。

つまり宇宙はこのようなカラクリで、「無」からひょっこり生まれてきたと考えることができます(あくまでも仮説)。

んなこと言ったら時間も空間もない「無」はどうなったんじゃいということになりますが、

「本当に何もない『絶対的な無』というものは、哲学の世界では存在するかもしれません。しかし少なくとも現代の物理学においては、そのようなものは存在しないのです」(by東京大学佐藤勝彦博士)

ということです笑　ええええええ

もう哲学の世界でしかないと。笑　確かにそうかもしれません。神のみぞ知ると。でも、なんかすっきりしない感じしません？笑　空間が最初からあった、というなら、その「最初」とはなんなのか？？
最初とか最後とか、時間軸で考えるからおかしくなるんだろうか？？
常にあるものは常にあるものとして認めなければならないのだろうか？？

むむむ。What do you think??

★よくある質問コーナー

Q.時空のない無は、やはり物理学の世界では説明できないので　　　　　しょうか？
→上記引用では、「哲学の世界と物理の世界は別」としているが、
　物理学も哲学の世界に包摂されているとも考えられないか。…は？笑
　いやんもう何言ってんだか訳がわからなくなってきたわ
　
　

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３．「ゼロ」という意味での無

ここでいう「ゼロ」とは「大きさがゼロ」という意味に捉えて考えてください。

たとえば、紙の上に点を書いたとしましょう。紙の上の点は、小さいながらも確かな大きさをもっています。

しかし、数学や物理学の世界では、点はあくまでも大きさが「ゼロ(無)」であると定義されています。

ということで、早速ですが、地球を小さくしてみましょう。

とことんとことん小さくしていくと、最終的に地球の質量がすべて一点に集中することになります。(正確にはブラックホールになります)
この点を「特異点」と呼ぶわけですが、この「点」を物理学では「ゼロ」としているため、密度の計算ができなくなってしまいます(密度が無限大)。つまり、これまでの物理学を、特異点へ適用することができないということです。

宇宙についてもしかり。ちーさくちーさくしていくと、やっぱり最終的には密度無限大になります。物理学を適用できないということは、宇宙の起源を解明することができないということ。

この点の大きさがゼロであることが、現代物理学に大きく立ちはだかっている、そうです。

じゃ、そうするとですよ。そもそも素粒子の大きさがゼロっておかしくねーかいと。
なぜなら、１．で述べたように素粒子の単位をゼロとすると、上記理論に基づけば素粒子一つ一つがブラックホールであるのと同じになってしまうからです。
世の中のすべての物体は素粒子の集まりなのだから、それはおかしいでしょうと。

じゃ、素粒子の大きさをゼロと考えないで、「ひも」と考えれば？とかわけわかんないことを唱える輩も出てくるわけです笑　つまり、無を追放したわけです。
こっから先は、ちょっと自分でも何言ってるかわけわからんのですがあしからず。

この「点」から「ひも」への転換を行ったことで、無限大の問題は回避され(長さがあるからってことね)、さらにすべての素粒子を一種類のひもによって表現できることから、「万物の理論」として科学者たちから大きな期待が寄せられています。
なんとかこじつけたい、とにかく何でもいいから説明してやりたいという執念が「ひも理論」には見える気がします笑　が、

もはや何言ってるのか全然わからんのですが、この「ひも理論」が成立するためにはこの世界が１０次元もしくは１１次元の時空を持つ必要があるらしいのです。

おまえドラえもんの４次元ポケットでさえアニメの世界の話なのにおまえ１０次元ておまえ、

と言いたいところですが、それじゃあ３次元以外の空間(時間を除いた６次元か７次元の空間)はどこにあるというのでしょうか。

候補が２つあります。

一つは、私たちには見えないくらい小さいサイズに丸め込まれているという立ち場。
もう一つは、私たちの宇宙は３次元の膜のようなもの(ブレーン)であり、そのような膜が高次元の空間の中に浮かんでいるという立ち場。

前者は、どういうことかというと、もともと世界は１０次元か１１次元のコンパクトな状態だったが、あるとき私たちの３次元空間だけがブアーーーーーっと膨張を始めた、これが宇宙誕生だと主張するものです。

じゃあそのコンパクトな世界はどうやって出現したのっていうと、１．で説明したような「無」の状態からできたというのが妥当だろうということです。

後者は、私たちの宇宙のブレーンと別の宇宙のブレーンが衝突したり離れたりを繰り返していると考えるモデル。このブレーン同士がばちこーんとぶつかった瞬間が宇宙の始まりにあたるといいます。
このモデルの場合は、「永遠の過去から」高次元空間とブレーンが存在すると考えるそうです。まったく、よくわからない話です。笑

結局何が言いたいのかというと、大きさが「ゼロ」ということがどういうことか、というかその存在自体を現在確認中ということですね。

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今ふと思ったのだが、そもそも「無」とか「ゼロ」とかいう概念は自然界にはなくて、便宜的に人間が作り出したものなんじゃないの？

ここまで書いてなんてことを言うんでしょうねおれは笑

時間についてもそう。何をもって「時間がたった」の？時計の針が動いたら？違うでしょう。
「過去」「現在」「未来」とかも、人間が勝手に頭の中で作り出した概念であって、自然界では過去もへちまも最初もへったくれもないんじゃないの？笑

ちょっと思考回路がショート寸前なので、やめときましょう

以上、「無」について、いかがだったでしょうか。これ全部読まれた方はキチガイか、あるいはキチガイだと思います。いえ、ありがとうございます笑

いやしかし、このNewtonはこれからもウォッチ要ですな。非常に面白い。

ちなみに、この特集記事の後ろに載っていたペンギンについての記事ですが、こちらも面白かったです。ペンギンは３０日間絶食したり、５００メートルもぐったりできるんです！

ということで「無」のお話、最終的に元も子もないことをぶちまけて終わりましたが、とにかく今年がみなさんにとって素晴らしい年になりますよう、心からお祈り申し上げます。

• 01/04/03:16
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