物理学

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2019/06/18

量子力学と特殊相対性理論を融合してできた場の量子論。

私の専門だと言ってきましたが、あまり深い話はしてなかったと思いますので、どんな理論なのか、何を計算できるのか、どんな困難があるのか、など掘り下げてみたいと思います。

(もうすぐ発表されるボスとの論文が場の量子論で重要なアノマリーに関するものであるという理由もあります。)


まず、何度かお話ししましたが、量子力学ではあらゆる可能性を考えなければなりません。

以前はピッチャーがキャッチャーに向かってボールを投げた時の軌跡を例に取って説明しました。

そして、特殊相対性理論で、あるいはアインシュタインの式として有名なE=m。

(我々はたいてい光速cを1とする単位系を取りますので、E=mc^2はE=mとなります。)

我々の単位系だとエネルギーEと質量mが同じだということがより明らかでしょう。

つまり、エネルギーがあるとそれを質量に変換することができます。

(逆に質量をエネルギーに変換することもでき、これを行なっているのが原子力発電です。

原子力発電では崩壊しやすい、あるいは不安定な粒子を用意し、それを崩壊させます。

崩壊後にできた粒子の質量の和は崩壊前の不安定な粒子の質量より少し小さくなっています。

失われた質量はエネルギーに変換されており、これを更に電気エネルギーに変換するのが原子力発電のメカニズムです。)

簡単に言えば、「何も無い」ところから粒子を作り出せる可能性があります。


さて、量子力学と特殊相対性理論を融合させた場の量子論ではこの2つを同時に考えます。

具体的には、「何も無い」ところにエネルギーを与えると、質量・粒子を作り出せる可能性が生じ、量子力学の原理よりこの可能性を考慮しなければなりません。

実際、「何も無い」ところから粒子が生じたと考えて行なった計算が、実験と10何桁も合うという非常に高い精度の一致を得ています。

(ちなみに、この理論計算には、私が卒業した名古屋大学の研究室の研究者も加わっています。)

この計算は現在、地球上で最も精度の高い計算と言われています。

ここまでの精度の一致は、場の量子論の「正しさ」の証拠と言って良いでしょうし、「何も無い」ところから粒子が作られ、
あるいは逆に粒子がエネルギーとなって「何も無い」状態に戻る、という描像がこの自然の姿らしいとも言えるでしょう。

「何も無い」状態はしばしば真空と言われますが、「真空」という言葉のイメージとは異なり、そこから粒子が生成され、逆に粒子が消滅して「真空」に返るという、とても静的とは言えない、慌ただしい状態がこの宇宙の「真空」です。

場の量子論はこんな「真空」の上で繰り広げられるダイナミクスを語る言語です。

何が語られるかは次回お話しします。


P.S. 今週の金曜日に以前お話しした彼女が上海に遊びに来ます。

彼女はディズニーランドが好きで、上海にあるディズニーランドが世界最新であることを教えてくれました。

私は物心付いてからはディズニーランドに行ったことがありませんが、金曜日に初めて彼女と行ってきます。

(小さい頃は両親に連れて行ってもらったことがあるようで、ダンボの乗り物が気に入ってエンドレスリピートしていたと聞かされました。)

金曜は大学へも行かないので、次回のメルマガは予め配信予約しておきます。



最後までお読みいただき、どうもありがとうございました。

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創刊日:2018-09-25  
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