真空から素粒子とかエネルギーって本当に出てるんですか？

Question

真空の何もない空間から、素粒子や
エネルギーが出てくると聞いた事があるんですが、
具体的には、何が出てくるんでしょうか？
詳しく教えてください。

また、規則性や法則性を以って、それらは、
現れるんでしょうか？
それとも、不規則にランダムに出てくるんでしょうか？

何卒、アドバイスのほどお願いいたします。

cozycube1 · Accepted Answer

皆様が回答されておられる通りなのですが、私なりに回答してみます（実は、回答をどう書くか考えているうちにたくさんの回答が寄せられていました ^^;）。

>真空の何もない空間から、素粒子やエネルギーが出てくると聞いた事があるんですが、

　多分、量子論の不確定性原理から導かれる、対生成のことでしょう。不確定性原理というのは、今の場合、位置を正確に確定すればするほど、その位置でのエネルギーの大きさが確定しなくなるということです。
　つまり、原子などよりずっと小さい領域を物理的に解析してみると、そこでは大きなエネルギーが現れる可能性があるということです。このエネルギーにより素粒子がつくられます。つくられる素粒子は、普通の物質と反物質の対になります（これが「対生成」と呼ばれるゆえん）。
　なお、このような対生成で普通の物質と反物質ができても、すぐさま普通の物質と反物質が反応して消えてしまいます（対消滅といいます）。
　この対生成・対消滅により何らかのエネルギーなどが観測できるはずなのですが、今のところ、実際の観測では量子論から理論的に予想されるものよりはるかに小さい値しか得られていません（観測値は実質０とのことです）。

>具体的には、何が出てくるんでしょうか？

　理論的には、何でもでてくる可能性があるのですが、エネルギーの小さいものほど対生成がおきやすいので、ほとんどの場合、光子ができます（つまり光です）。光子の反物質は光子で、同じものなのですが、これもすぐ対消滅します。
　余談になりますが、対生成しても、対消滅が起きない場合があるという仮説があります。ホーキング博士が提唱しているもので、ホーキング輻射と呼ばれています。
　これは、ブラックホールの事象の地平面近くで対生成が起こったとき、対でできた一方の素粒子がブラックホールの強大な重力に引かれてブラックホールに落下し、残ったほうが宇宙空間に飛び出してくるというものです。残念ながら、これが観測されたことはまだなく、仮説の域を出ていません。

　さらに真空について踏み込んでみます。
　普通、真空というと宇宙空間のように何もない（厳密には星間物質がありますが、密度が小さいので今は無視します）空間を指します。しかし、量子論で突っ込んで考えた結果、観測できない素粒子で埋め尽くされているという仮説が出ています。この観測できない素粒子はヒッグズ粒子と呼ばれています（他に、ディラックが提唱した真空は観測できない電子で埋め尽くされているという「ディラックの海」という仮説もありますが、今は割愛します）。
　そこで、そのヒッグズ粒子がない空間が作れたとすると、それこそ本当の真空ということになります。そういう本当の真空の空間があるとすると、ヒッグズ粒子で埋め尽くされた普通の真空空間との間にエネルギーの差があることになり、エネルギーが取り出せるという仮説があります。
　ただ仮に仮説が正しいとしても、本当の真空を作るには膨大なエネルギーが必要とされており、現実にはできません。また、その真空から取り出せるエネルギーがどれくらいの量なのかについても諸説があって、未だに定まっていません。

　宇宙は現在膨張していることは観測事実として確定していますが、膨張の仕方については諸説あります。標準的な理論では、膨張の仕方は時間が経過すると、重力のせいで遅くなっていくとされています。しかし、宇宙の膨張の仕方が時間の経過とともに大きくなっていくと主張する物理学者も少なからずいます。
　つまり、宇宙が加速膨張しているということなのですが、もしそうだとすると、それが反重力のせいである可能性があります。つまり、反重力はあるのかも知れないということです。
　これらはまだまだ観測が不足で、盛んに議論はされているものの、確からしいところはわかっていません。

shiara · Answer

普通は何も無い空間が真空ということになりますが、素粒子物理学では、物質が何もない空間であっても、物質場が存在すると考えます。電子場にエネルギーを与えると、電子と陽電子が対生成しますが、真空は、そのような物質場で満たされていると考えます。このため、真空は何もない空間、というのではなく、エネルギーがもっとも低い状態にある空間のことだと考えます。
　真空はエネルギーが最低の状態なので、それより低いエネルギーにはなれません。したがって、真空からエネルギーが出てくることはありません。そのかわり、真空にエネルギーが与えられると、物質と反物質が対生成します。与えられたエネルギーで生成可能な物質ならば、いろいろな粒子が生成してくる可能性があります。大きなエネルギーを与えれば、重い粒子も生成することが可能なので、加速器で大きなエネルギーの衝突を起こすと、未知の粒子が発見される可能性もあります。

Rossana · Answer

>真空の何もない空間から、素粒子や
>エネルギーが出てくると聞いた事があるんですが、
>具体的には、何が出てくるんでしょうか？
この素粒子は「バーチャル（仮想）粒子」と呼ばれます．バーチャル粒子は直接観測できないですが，現実世界に影響を及ぼし，この粒子のもつエネルギーをすべて足し合わせたものが真空のエネルギーとなります．そして理論的に真空のエネルギーは反重力を生み出すと考えられています．
真空のエネルギーの存在を示す現象として，真空中に置かれた二枚の金属板が引き付け合うという「カシミール効果」があります．（例えば，10ナノメートルの間隔では約1気圧に相当するカシミール力が生じるそうです．）
金属板の間の空間は，バーチャル粒子の波が特定の波長しかとれません．これはボーアの水素原子モデルの考え方と似ています．したがって，特定の波長のバーチャル粒子しか存在できないので，バーチャル粒子の数は少なくなります．一方，金属板の外側は，バーチャル粒子の波長が自由にとれるので，バーチャル粒子の数は多くなります．結局このバーチャル粒子の数の差が，金属板の間と外で真空のエネルギーの差を生み，カシミール力が生じるということになります．
僕はそれほど詳しく知らないので，詳しい事は専門家の方にお聞きください．

kanpyou · Answer

面白そうなので、まぜてください。

物理学で言う理論上の「真空」と、実際（実験上）の「真空」とは同じなのでしょうか？

極めて希薄な状態を「真空」といったりして...

専門の方、どうなのでしょうか？

seyber · Answer

こんにちは。
真空のエネルギーと呼ばれるやつです。

全く何も無い真空中から物体が発生するのが確認されました。

では何も無いのでしょうか？
いいえ。空間が存在します。

ここからは私の主観です。
宇宙が外の空間と別の空間であれば、むしろ、エネルギーは外へ行けずに保存されてしまいます。

Ｅ＝ＭＣ＾２を変換すれば、Ｍ＝Ｅ/Ｃ＾２に変換されます。
Ｍ＝Ｅ/Ｃ＾２より、
エネルギーと質量は等しい。（同じである）
質量は、エネルギーと空間（Ｃ＾２）さえあれば発生は可能である。こうなります。

質問の発生の法則ですが、宇宙全体のエネルギーが等しければ問題無いので、
消滅したエネルギーが、同じ量なら、宇宙のどこで再発生しようと関係ありません。

宇宙全体のエネルギーが保存されれば良いのです。
完璧に不規則に発生し、たまたま観測されます。

ちなみに、真空のエネルギーは、発見されただけで、
法則や理由、システムは全く解明されておらず、
仮説すら立っていません。

真空から素粒子とかエネルギーって本当に出てるんですか？

皆様が回答されておられる通りなのですが、私なりに回答してみます（実は、回答をどう書くか考えているうちにたくさんの回答が寄せられていました ^^;）。

普通は何も無い空間が真空ということになりますが、素粒子物理学では、物質が何もない空間であっても、物質場が存在すると考えます。

>真空の何もない空間から、素粒子や

面白そうなので、まぜてください。

こんにちは。

似たような質問が見つかりました

このQ&Aを見た人はこんなQ&Aも見ています

関連するカテゴリからQ&Aを探す

このQ&Aを見た人がよく見るQ&A

デイリーランキングこのカテゴリの人気デイリーQ&Aランキング

マンスリーランキングこのカテゴリの人気マンスリーQ&Aランキング

　皆様が回答されておられる通りなのですが、私なりに回答してみます（実は、回答をどう書くか考えているうちにたくさんの回答が寄せられていました ^^;）。

　普通は何も無い空間が真空ということになりますが、素粒子物理学では、物質が何もない空間であっても、物質場が存在すると考えます。