村山斉著「宇宙になぜ我々が存在するのか（最新素粒子論入門）」を読む ― ＣＰ対称性の破れが宇宙と生物の原因？ ４つの宇宙の力

村山斉著「宇宙になぜ我々が存在するのか（最新素粒子論入門）」を読む　―　ＣＰ対称性の破れが宇宙と生物の原因？　４つの宇宙の力

 

 

 

意味とは何かをいろいろ読んできて、「ピダハン」を読んだら、ちょっと宇宙というか

人類のことが気になりまして・・・・・

 

 

「最新素粒子論入門」となっていますが、出版は２０１３年です。

 

 

ｐ００４

 

現在の素粒子理論によると、物質は、必ずその物質と対になる反物質と一緒に生まれます。

これを対生成といいます。　そして、物質と対になっている反物質が出合うと対消滅と

いう現象が起こり、物質も反物質も消滅してしまいます。　

 

ただ、物質としては消滅してしまいますが、消えてしまった後には、物質と反物質の

重さの分だけエネルギーができます。　つまり、対消滅は物質や反物質の重さがエネルギー

に変化する現象といえます。

さらに、対消滅で生まれたエネルギーから、別の物質とその反物質のペアが生まれて、

変化していくのです。

 

＝＝＞＞　ああ、これを読んだだけで、なんだか訳が分かりません。

　　　　　生まれては消滅を繰り返す、仏教的な表現を使えば、相依りで無常って感じ

　　　　　ですねえ。

　　　　　その中でも、エネルギーというのが何なのか・・・・

https://kotobank.jp/word/%E3%82%A8%E3%83%8D%E3%83%AB%E3%82%AE%E3%83%BC-37073

　　　　　「歴史上、最初に「仕事の量」を問題にすることで、エネルギー概念への端緒を

与えたのはレオナルド・ダ・ビンチであり、てこ、滑車などの器具を用いた場合、

仕事の量を増加させることはできないと指摘した。ダ・ビンチの業績は物理学と

しての力学研究の先駆ともなるものであった。」

 

エネルギーという言葉は、小さい頃から日常的に聞いてきたんですが、まさか

ダ・ビンチさんが生みの父だとは知りませんでした。

 

ｐ００５

 

Ｅ＝ｍｃ２・・・・この式は、重さとエネルギーは同じもので、この二つは互いに交換

できることを示しています。　先ほど、物質と反物質がぶつかると対消滅して、エネルギー

に変わるといいましたが、・・・・

 

質量（ｍ）にｃ（秒速約３億メートル）の二乗がかかりますので、ほんの小さな質量

でも、それがすべてエネルギーに変ると莫大な量になることがわかるでしょう。

 

＝＝＞＞　とりあえず、ここで、上の式を感覚的につかむために、下のyoutubeで

　　　　　ちらっと見ておきます。

　　　　　「E=mc^2」に興味が湧く解説。

　　　　　https://www.youtube.com/watch?v=N0SdAN6SN2I&t=154s

　　　　　本来なら相対性理論を理解すべきなのでしょうが、パスします。

 

 

ｐ０１７

 

私たちは、万物は原子でできていると、学校で習ってきましたが、この宇宙にある原子を

全部集めても５パーセントにもならないので、実は真っ赤な嘘だったわけです。

 

・・・私たちは、今まで物質が宇宙の中心だと思っていました。　でも、そうではなく、

実は物質は宇宙の中でほんのちょっとしかないマイノリティだということがはっきりした

のです。

 

それでは残りは何なのかといえば、まだ分かっていません。

 

＝＝＞＞　ここでは、「宇宙のエネルギー構成」という円グラフが描いてありまして、

　　　　　普通の物質（原子）は４．４％

　　　　　暗黒物質は２３％で暗黒エネルギーが７３％だと書いてあります。

　　　　　つまり、それだけ我々物質族はマイノリティであるというわけです。

　　　　　しかし、「今まで物質が宇宙の中心だと思っていました。」というのが

　　　　　真っ赤な嘘で、言わば、天動説が地動説になったような感じでしょうか。

 

ｐ０２８

 

ニュートリノはほとんどのものを通り抜けてしまうお化けのような粒子です。

二人は、そのニュートリノを探す実験装置に、幽霊が関係している心霊現象という意味

のポルターガイストという名前をつけたのです。

 

二人は１９５４年に初めてニュートリノが本当に存在するという証拠をつかみました。

 

パウリがニュートリノ仮説を発表してから実際に見つけるまで、実に２４年の歳月が

費やされたわけです。

 

＝＝＞＞　発見した二人は、アメリカの　フレデリック・ライネスとクライド・カワンと

　　　　　書いてあります。　予言をしたパウリは、実際には見つかるはずはないと思い、

　　　　　シャンパン１ケースを賭けたそうで。　発見された時には、二人に

　　　　　シャンパン用の小切手を送ったのだそうです。

 

ｐ０３８

 

力はたくさんの種類があると思いがちですが、よく整理していくと、この宇宙に力は

電磁気力、強い力、弱い力、重力の四種類しかありません。

そして、それぞれの力には、その力を伝える素粒子があります。

 

まず、電磁気力は光子によって伝えられます。　光子というのは、光が粒子になった姿

です。　光には波のようにふるまうときと粒子のようにふるまうときがあります。

 

ｐ０３９

 

私たちの目にする光は波のようにふるまいますが、ミクロの世界では粒としてのふるまい

が強くなってくることがわかりました。　・・・この光が粒としてふるまう光子は、電磁気力を伝える粒子としても働くことがわかりました。

 

＝＝＞＞　四種類というのは初耳です。知りませんでした。

　　　　　特に、強い力、弱い力、ってなんのこと？

　　　　　それにしても、素粒子が力を伝えるというのがイメージできません。

 

ｐ０３９

 

強い力と弱い力は、この名前だけを聞いても何のことだかよくわからない人がほとんど

だと思います。　この二つの力は正確には強い核力と弱い核力といいます。

核というのは原子核のことなので、もう少し詳しくいうと、これらの力は原子核の中で

働く強い力と弱い力を意味しています。

 

強い力の理論をはじめてつくったのは湯川秀樹博士です。

 

ｐ０４０

 

湯川博士は、電磁気力以外に、原子核の中で陽子と中性子をくっつける力が働かないと、

原子核を維持することはできないと考え、その力の正体を突き止めようとしたのです。

 

ｐ０４２

 

強い力を生み出しているのは、グルーオンという粒子でした。　グルーオンのグルーとは

糊（接着剤）という意味で、オンは粒子を表わす接尾語なので、この言葉を日本語訳する

と糊粒子と表現できます。　強い力には、クォークや反クォークを狭い範囲にくっつけて

離さないようにするというイメージがあるので、その力を媒介する粒子に糊と名づけた

のでしょう。

 

＝＝＞＞　ノーベル賞受賞者である湯川秀樹博士が発見したものだというのに、

　　　　　「この名前だけを聞いても何のことだかよくわからない人がほとんど」という

　　　　　のもちょっと悲しい話ですね。

　　　　　もちろん私もその「ほとんど」の一人ですが。

 

　　　　　

ｐ０４３

 

一方、弱い力はニュートリノととても深い関係があります。　原子がベータ線を放出する

ベータ崩壊は、よく調べてみると中性子が陽子に変化して、電子とニュートリノを放出

していました。　このとき、電子とニュートリノを放出するもとになっているのが

弱い力だったのです。　

 

 

ｐ０４４

 

また、弱い力は放射性物質の自然崩壊に関わっています。

 

・・・地球の内部から、活動を支えるだけのエネルギーが供給されているわけですが、

弱い力がそれに関わっているのです。　地球の内部では、たくさんの放射性原子が自然

崩壊を起こし、熱を放出しています。　その熱が内部の温度を保つのに使われています。

 

＝＝＞＞　つまり、原子核の中で、くっつける力が強いか弱いかを表現している

　　　　　ようですね。

　　　　　

 

 

ｐ０４８

 

素粒子物理学では、左右だけでなく、上下や前後を反転させても物理法則は変わらない

ということになっていて、そのように空間を反転させることをパリティ対称性と呼ぶの

です。

このパリティ対称性がＣＰ対称性のＰの部分ですね。　では、Ｃは何を意味するのかと

いえば、粒子と反粒子の入れ替えのことで、荷電共役といいます。　この変換によって

粒子を反転すると、その粒子に対応する反粒子になります。　つまり、Ｃ対称性が保たれ

ていれば、粒子から反粒子に返還することができるのです。

 

ｐ０４９

 

・・・ところが、素粒子の研究が進むと、このＰ対称性が保存されていない粒子が発見

されたのです。　調べてみると、どうやら弱い力はＰ対称性を破り、保存しないことが

わかってきたのです。

 

・・・１９６４年にＫ中間子でＣＰ対称性が破られてしまう現象が見つかったのです。

この現象が現われるのは１０００分の１の確立で、きわめてまれなものなのですが、

ＣＰ対称性が破られてしまったので、世界中は大騒ぎになりました。

 

 

ｐ０５０

 

その危機を救ったのが小林―益川理論でした。　この理論では、クォークが三世代六種類

あれば、ＣＰ対称性の破れが説明できるというのです。

 

＝＝＞＞　私が今までに読んできた宇宙論関係の本からの理解では、このＣＰ対称性の

　　　　　破れが宇宙が生まれたことのひとつの原因だと思っているんですが、

　　　　　そのようなことに関連して、この小林―益川理論がノーベル賞を受賞したとは

　　　　　知りませんでした。

　　　　　https://www.phys.nagoya-u.ac.jp/ex/2008/kobayashi-maskawa.html

　　　　　「２００８年のノーベル物理学賞が本学出身の小林誠、益川敏英両博士の

「クォークが少なくとも３世代（６種類）存在することを予言する（ＣＰ）対称

性の破れの起源の発見」に対して与えられることとなった。 両博士の予言した

６種類のクォークの存在は、その後のボトムクォーク、トップクォークの発見に

よって実証された。」

 

ところで、YOUTUBEに、この本の流れに沿ったような内容で

宇宙の誕生とＣＰ対称性の破れを分かり易く説明しているのがありました。

【ゆっくり解説】この世界が存在するのは何故か？反物質とCP対称性

https://www.youtube.com/watch?v=lWDWswtBfIw

この漫画による解説は、私の理解レベルとほぼ同レベルなんで助かります。

分からないところは分からないと凡人に合わせてくれるところがいいですね。

 

 

ｐ０５１

 

おおざっぱにいってしまえば、ＣＰ対称性でもこれと同じようなことが起きます。

クォークが二世代四種類だと、直線しか描けずにＣＰ対称性を破ることができません

が、三世代六種類だったら三角形を描くようなことが起き、ＣＰ対称性を破ることが

できるというわけです。

 

・・・このＣＰ対称性が破られていることが、現在の宇宙にとても大きく関係したのです。

この宇宙がはじまった直後に、粒子が生み出されると同時に同じ量の反粒子も誕生しま

した。　

 

ｐ０５２

 

この粒子だけが残っている理由にＣＰ対称性の破れが関係していると考えられている

のです。　小林―益川理論は、単にクォークの数を予言しただけではなく、この宇宙

に物質が残った理由を理解するためにも大切な理論なのです。

 

＝＝＞＞　　おお、上にリンクしたYOUTUBEの内容とほぼ同じことがここに

　　　　　　書かれていますね。　もしかしてこの本をベースにして作った動画なのかも。

　　　　　　そして、私が理解していた宇宙の誕生のストーリーとここに書かれている

　　　　　　ことが同じだったのでほっとしました。

 

 

ｐ０９６

 

現在、四つの力を完全に統一する理論は完成していません。　今のところ、電磁気力、

弱い力、強い力の三つを一つにする大統一理論完成の一歩手前のところにいますが、

これも未完成です。　それでも、四つの力を一気に統一させる理論として期待を集めて

いるのが、超ひも理論です。

 

超ひも理論では、四つの力を統一するために、大きく二つの考え方を取り入れています。

一つ目は、素粒子は今まで体積のない点として考えられていましたが、それは実は

とっても小さな一次元のひもでできているという考え方です。

 

・・・私たちが今まで素粒子だと思っていたものは、このひもがいろいろな状態で

振動した結果として現れているものだったということになります。

 

・・・ひもからできていたと考えることによって、今まで取り込むことができなかった

重力を他の三つの力と同じ土俵に乗せて考えることができるようになったのです。

 

そして二つ目が超対称性という考え方です。　・・・素粒子の対称性では、Ｐ対称性や

Ｃ対称性の話をしましたが、これ以外にも新しい対称性を考えていこうというものです。

 

・・・フェルミオンとボソンはふつうに考えると一つにまとめるのは難しいのですが、

超対称性を取り入れると、まとめることができるのです。

 

＝＝＞＞　過去に超ひも理論に関する本を読んだことはあるのですが、

　　　　　基本的にほぼ理解できなかった本でした・・・・

 

　　　　　ブライアン・グリーン著「隠れていた宇宙」

　　　　　http://baguio.cocolog-nifty.com/nihongo/2020/10/post-8d8ca6.html

　　　　　「ｐ１５２

ギターの絃がさまざまなパターンで振動し、それぞれのパターンが異なる楽音

を奏でるように、ひも理論のひもはさまざまなパターンで振動し、それぞれの

振動パターンが異なる粒子の性質を生み出すのだ。

ｐ１５５

一九八〇年代半ば、ひも理論は数学的に矛盾のない量子力学理論であるという

納得のいく論拠が・・・提案されると、重力子の存在はひも理論が待望の重力の

量子論をもたらすことを意味するようになった。

ｐ１５７

ひも理論が次の、そして最後の一歩になる可能性がある。この理論は相対性理論

と量子理論が主張する領域を、一つの枠組みで扱う。　・・・・ひも理論はそう

するにあたって、先行する発見をすべて完全に包含するのだ。」

 

・・・と引用をしたものの、ほぼ理解できていない本なので、こちらの

Youtubeで再度チャレンジしてみましょう。

【ゆっくり解説】神が作った法則は1つだけ-超弦理論-

https://www.youtube.com/watch?v=xgXmg7IRCO0&t=49s

 

・・・これを見ても、理解できないものは理解できないんですが、

少なくとも１０次元を前提とすれば、理論が成り立つということみたいです。

ただし、それを実証するのは物理的にかなり不可能に近いものであるらしい。

 

ｐ１３２

 

核融合によって消えてしまった重さは、エネルギーに変っていたのです。Ｅ＝ｍｃ２では

重さとエネルギーは変換することができるといっているわけなので、材料よりもできあが

ったものの方が軽いということは、軽くなった分がエネルギーになっているのです。

そして、発生したエネルギーによって太陽が光り輝いているのです。　

 

実際、太陽は一秒間に４０億キログラムずつ軽くなっています。　・・・ですから、

文字通り、骨身を削って私たちにエネルギーを与えてくれているのです。

 

＝＝＞＞　核融合については、エネルギー分野の問題を解決できそうな有望株として

　　　　　注目されているようですね。

　　　　　【ゆっくり解説】核融合発電を日本が世界に先駆けて実証実験スタート!!

　　　　　https://www.youtube.com/watch?v=1_zH7JpkiJk

　　　　　政府のエネルギー政策の将来像の中で、どのように扱われているのかが

　　　　　気になりますね。

 

 

ｐ１４１

 

ヒッグス粒子の発見を世紀の大発見というのは、大げさでも何でもないのです。　ところが、

大発見をして、新しい時代が幕を開けたかと思ったら、見つかったのはカオナシの粒子

でした。　・・・・ヒッグス粒子の正体を突き止めていきたいところです。

 

＝＝＞＞　ヒッグス粒子の正体はまだまだ「顔なし」のようですが、基本的なところは　　　　

　　　　　知っておきたいので、こちらでチェック。

　　　　　【衝撃】ヒッグス粒子の正体に世界が震えた！

　　　　　https://www.youtube.com/watch?v=WLAC0Ki4oPM

　　　　　

ｐ１６７

 

まず、クォークよりも小さな宇宙が誕生し、重いニュートリノの超対称性パートナー

のエネルギーによってインフレーションが起き、急激に広がっていきます。

そして、インフレーションが終わると、ビッグバンが発生し、力が四つに分かれ、

たくさんの物質と反物質がうまれてきます。

 

ただ、このままでは、物質と反物質が一対一で消滅して何もなくなってしまうので、

何かのきっかけで物質と反物質に違いができ、物質だけが残るようになったのです。

 

ｐ１７０

 

誕生したばかりの宇宙では、なぜ、私たちの知っている物理法則が通用しないのかと

いうと、宇宙のはじまりが点のように小さいものだとしたら、エネルギーが無限大になって

しまうからです。　この無限大になってしまう点のことを、専門用語で特異点といいます。

 

特異点では時間も空間も消滅してしまい、すべての物理法則が成り立たなくなって

しまいます。

 

 

・・・ところが、数学者はこの特異点を扱うのがとても得意です。

 

広中平祐氏が数学界のノーベル賞といわれるフィールズ賞を受賞した論文は特異点解消

についてのものでした。

 

・・・実は、素粒子は点ではなく、実はとっても小さなひもでできていると考えると

特異点が出てこないのです。　そのような発想から生まれたのが超ひも理論です。

 

＝＝＞＞　ブラックホールと特異点についての解説がこちらにありました。

　　　　　【速報】2020年ノーベル物理学賞の内容をわかりやすく解説

　　　　　https://www.youtube.com/watch?v=Qd_EjUB5IVs

　　　　　

　　　　　特異点とは一般相対性理論が破綻する崖っぷちだそうです。

 

　　　　　日本で史上2人目のフィールズ賞受賞者！数学者・広中平祐先生

　　　　　https://wakara.co.jp/mathlog/20210417

　　　　　「特異点をなくすためにはどうすれば良いのか、それが広中先生を含む当時の

数学者が活発に研究を行っていた「特異点の解消」なのです。」

 

　　　　　・・・広中氏の研究と超ひも理論が関係あるのかどうか、いろいろ検索して

　　　　　みましたが、さっぱり分かりません。

 

 

ｐ１７３

 

まず、誕生直後の宇宙は原子よりも小さいものでした。　この時の宇宙は、私たちが

認識でくる四次元よりもたくさんの次元があったのかもしれません。　だだ、このとき

宇宙が小さく丸まっていたことにより、四次元時空の宇宙になったのではないかとも

いわれています。

 

＝＝＞＞　ここでは、超ひも理論につながりそうな話になっていますね。

　　　　　もしかして１０次元だった可能性もあるということでしょうか。

 

 

ｐ１７６

 

宇宙に同じ数だけできた粒子と反粒子は、どこかで反粒子が粒子に変化したと考え

られています。　何ものかが１０億分の１個だけ反粒子を粒子に変えたことで、

９億９９９９個の粒子は反粒子とぶつかって消滅しても、粒子は２個生き残り、

星や銀河、そして私たちへとつながっていくことになるのです。

 

 

ｐ１７７

 

誕生から約３８万年後、宇宙の大きさが１０００万年光年ほどになります。

 

・・・これまで宇宙空間を飛び回っていたプラズマが原子になることで、だんだんと集まる

ようになります。　宇宙にはインフレーションのときに細かいしわができていました。

そのしわのエネルギーの濃い場所には実は暗黒物質が集まっていたので、その暗黒物質の

重力に引き寄せられて原子も集まるようになります。

 

 

ｐ１７９

 

天の川銀河は、今から１００億年ぐらい前には既にあったと考えられています。

この銀河は周りの小さな銀河をどんどん呑み込んで成長しています。　その飲み込まれた

一部分に太陽系があると考えられています。

 

太陽系ができたのは今から約４６億年前なので、宇宙の歴史から見ればわりと最近の

出来事になります。

 

 

ｐ１８５

 

星が人生（？）の最期に「超新星」という大爆発を起こしてこうした元素を宇宙空間に

ばらまき、それをまた集めてつくったのが、太陽、地球、そして私たちの体だ、という

ことがわかっています。

 

＝＝＞＞　暗黒物質とか暗黒エネルギーというのは、まだまだ正体が分かっていない

　　　　　ようですし、宇宙や我々生き物にどのような影響を与えているのかも

　　　　　分かっていないようですが、まあ、とりあえず、上のような歴史があって

　　　　　星屑から我々が生まれてきたということのようです。               

 

　　　　　詳しい解説はこちらでどうぞ：

　　　　　簡単にいうと、理論の辻褄合わせのための仮説ということのようです。

　　　　　いずれ実証される時がくるのでしょうか・・・

　　　　　宇宙最大の謎！ダークマター・ダークエネルギーって何？

　　　　　https://www.youtube.com/watch?v=qrfArtTVZhE

　　　　　

　　　　　そしてその星屑から我々人類に到るみちがこちらのyoutubeで簡単に紹介

　　　　　されています。

　　　　　【生命の起源】物質からどうやって生命が誕生したのか？

　　　　　https://www.youtube.com/watch?v=mtEPPsjVrW8

 

さて、これで一冊読み終わりました。

過去に何冊か宇宙論や素粒子論を読みましたが、この本は私のような理系は無理な

凡人でも理解しやすいレベルで書いてあったので、過去に読んだものが、ああなるほど

そうだったのかと　今更ながら復習できた感じです。

 

 

＝＝＝＝＝　完　＝＝＝＝＝

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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