真空とは何でしょう

また答えの決まらないような問答を提起させてもらいます。
地上は空気の層が有るから真空ではありません。宇宙の星間空間になるかもしれません。
その真空とは、光の伝播に障害がなく、局限速度で伝播する空間と見られましょうか。地上の空気層や、水の中では光速度は減速します。真空では、光が通過していても、その空間に光が存在しても真空というのでしょう。
さてその真空を定義付ける定数が有ります。真空透磁率μ０=4π×10^-7^[H/m]と真空誘電率ε０=1/(36π）×10^-9^[F/m]です。その真空空間での光速度ｃ＝1/√(μ0・ε０）[m/s]と決まるようです。局限的エネルギーの光と真空空間およびその定数の関係には哲学的な不思議が隠されているように思えます。御意見が有りましてらお願いします。

No.3 ベストアンサー 回答者： cdboxcdboxcdbox 回答日時： 2015/09/28 19:20

難しいですね。

例えば地表は空気で満ちていますが、空気の分子と分子の間を見ればそこはやはり真空。原子を見れば、電子、中性子、陽子とその隙間は、多分、真空で、それらの中もって永遠に続きますね。

こういう根源的な問題は人間ごときには絶滅するまでわからないでしょうね。人間にわかるのはせいぜい観測できる事象に良く合う物理モデルを考えることだけ。

この回答へのお礼

ありがとうございます。
貴方のおっしゃることが本当に御尤もと納得出来ます。
嬉しい解答を頂きました。
中々このようなお話に合える事はめったにありませんね。
物質の分子と分子の間の空間も、多分エネルギー(光のような)が流れているのかもしれません。
もう少し他の方のお答も待ってみたいと思います。
ありがとうございました。

お礼日時：2015/09/28 20:16

No.8 回答者： puyo3155 回答日時： 2015/10/02 17:33

No7です。

　確かに不思議な世界ですよね。真空とのつながりで言えば、場のエネルギーが一番低い状態が真空。量子論では、全ての状態は不確定とされており、エネルギー０という確定状態もゆるされません。真空は、粒子と反粒子が生成され、それがある時間で消滅する。そういうことがそこらじゅうで起こっている状況が真空で、古典論の言う、何もない状態では無いよ・・・ということです。場から一時的にエネルギーを借りるけど、神さまがエネルギー保存の法則を破っていないか監査に来る前に、エネルギーを場に返してしまう、そんなイメージでしょうか。これが、真空のゆらぎです。場が、外部からのエネルギーを得れば、励起して、物質や力が飛び交うわけですが、そういうエネルギーを得ずとも、場は、常にそこにあり揺らいでいる。それが、なぜかそこに場がある、という意味です。

誤解を恐れずに、あえて古典的なイメージで場を表現すれば、詳細に細分化された領域に、バネの様な振動する要素と、そのバネが隣のバネとつながって、お互いの振動に影響できるよう構造が存在している。電子には電子の場、光子には光子の場（これは古典的な電磁場に近いものですね）があります。その振動は、並のようでもあり、振動が塊として伝わるのは、粒子のようでもある。そんな感じだと思います。

質問者のよく言う、電荷がなくても電磁場はあるとか、エネルギーが流れ行く・・・・、電子とはなにか？云々は、だれも、問いかけ自体を否定はしていません。疑問は、まさにそうだと思います。しかし、それが、すでに場の量子論等で体系化されていますので、それを咀嚼したり、説明したりする回答をスルーして、古典論への反論として、独自の理論を唱えるのは、いかがなものか？と言っているだけなのです。古典論へのきづき、事象への本質的なイメージそのものは、その通りだと感じます。

No.7 回答者： puyo3155 回答日時： 2015/10/01 22:14

No6 です。

場の量子論ですべて質問者の疑問が説明されます。場がわからない、場のゆらぎがわからない、どんな意味でのエネルギーか、その全てが解説されます。まずは、場の量子論を、入門書でもなんでもいいので、勉強され、その中で具体的な質問をされることが建設的です。

＞しかし、全く用語｢場のゆらぎ｣と言う意味が理解できません。
でしょう。場の量子論を勉強しましょう。

＞また、場のエネルギーが低い状態が真空です。そこは、何もないというより、なぜか場がある。>と言う文章の意味についても理解できません。
これも、場の量子論の基本ですので、勉強すればわかります。

＞用語｢場｣の意味をどのようなものと解釈して使っているのですか。日常生活で、｢場｣と言えば、目の前の道路上の空間や、池で泳ぐ鯉の居る｢場｣などと使います。物理学用の特別に定義付けられた｢場｣があるのですか。道路上にも光が満ちています。それはエネルギーの満ち溢れた空間です。空気もエネルギーの一つの物質的形態です。場と言えば、そのように特別のものでなく日常生活の空間として解釈するのです。そんな場に結びつけた目の前に造るとしたらその『真空』をどう考えますか。と言う程度の意味で質問しています。

解釈ではありません。日常生活の個人的な感想に対して論議しても無意味です。物理学で特別に定義された場について言っています。そこでは、素粒子ごとに場が存在し、場に与えられた方程式の解として、力や物質が生まれます。あたなが何を言おうと、現時点で、素粒子レベル（したがって、現在の科学で解明されている、最小単位の粒子や力のやりとりを、ほぼ矛盾なく説明しているので、質問は自由だと思いますが、その根本を、論理なしに否定しても時間の無駄です。個人の感覚でエネルギーだ、場だ、真空だ・・・と言っているのではないのですから・・・・

と永遠に、同じ論議になります。つまり質問者の問いかけは、古典論での疑問としては正しいけど、場の量子論では、すでに答えが出ている問題を、古典論を否定する、独自の解釈として問いかけているに過ぎなく、それが質問なんだから仕方ないと言えば仕方ないのですが、一度、場の量子論をかじられて、古典的粒子や、古典的場の考えを捨てて、全てが場からスタートする新しい考え方である場の量子論を学ばれて、その一つ一つの考え方にまよったら、具体的な質問をされてはどうでしょう

https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%A0%B4%E3%81%AE …
もありますし、入門の解説本も山程出ています。

この回答へのお礼

残念ながら、ウイキペディアの記事を読んでも全く日本語とは思えません。
要するに、普通の感覚での｢場｣とは異なり、｢場｣が物理学者の専門的場の世界観である事だけは理解できます。
質問の真空とは全く関係ない話に思えます。

お礼日時：2015/10/02 14:13

No.6 回答者： puyo3155 回答日時： 2015/09/29 22:07

全ては場です。

場のエネルギーが低い状態が真空です。そこは、何もないというより、なぜか場がある。そこでは、場のゆらぎによってエネルギーの貸し借りが行われ、物質が対生成したり対消滅したりを繰り返す。場に、エネルギーがあれば、励起して物質（素粒子）が発生し、相互に力（電磁力、強い力、弱い力など）が働き、安定しない素粒子は、別の素粒子に崩壊したり、弱い力によって別粒子に変わったりする。電子には電子場、クオークにはクオーク場、光子には電磁場などがあり、素粒子の種類だけ場が存在し、素粒子の実験的現象はほぼ完璧に説明しつくされている。でも、なぜ、場があるのか？そして、電荷、カラー化、ヒッグス荷などの荷量が、なぜその値になるのか？なぜ、素粒子の種類が決まっているのか？などは、基礎理論から導かれてはいない。つまり、いわば実験値であり、根本はわかっていない。

この回答へのお礼

解説有難うございます。
しかし、全く用語｢場のゆらぎ｣と言う意味が理解できません。
また、場のエネルギーが低い状態が真空です。そこは、何もないというより、なぜか場がある。>と言う文章の意味についても理解できません。
用語｢場｣の意味をどのようなものと解釈して使っているのですか。日常生活で、｢場｣と言えば、目の前の道路上の空間や、池で泳ぐ鯉の居る｢場｣などと使います。物理学用の特別に定義付けられた｢場｣があるのですか。道路上にも光が満ちています。それはエネルギーの満ち溢れた空間です。空気もエネルギーの一つの物質的形態です。場と言えば、そのように特別のものでなく日常生活の空間として解釈するのです。そんな場に結びつけた目の前に造るとしたらその『真空』をどう考えますか。と言う程度の意味で質問しています。
そこで、上の文章の｢場のエネルギー｣と言う意味と、なぜか「場」がある。という時の｢場｣とはどんな特別の場なのですか。なぜか場があると言わなくても場は目の前に在ります。さらに、そのエネルギーとはどんな意味のエネルギーでしょうか。どうも運動エネルギーや位置エネルギーではないようですが、具体的にどのようなエネルギーを意味しているのですか。
全ては場です。>から始まって、御説明されているのですが、その『場』と言う意味が理解できないのです。その他文章の意味が私が使う日常用語の理解の範囲を超えていて、最後まで殆ど意味が取れませんでした。勉強不足かも知れませんが、用語の意味が分かるようにご説明いただければ有り難いと思います。
ありがとうございました。

お礼日時：2015/09/30 10:16

No.5 回答者： tknakamuri 回答日時： 2015/09/28 23:08

真空の透磁率と誘電率を持ち出す意図はよくわかりませんが

μ０=4π×10^-7^[H/m]

は電流を定義を作った時に意図的に人が定めた値です。

ε０=1/(36π）×10^-9^[F/m]

は近似値。たまたまこの値でも有効数字3桁とれるのと
覚え易いのでよく使われます。ε0は光速と意図的に
定めた真空の透磁率から決まります。

因みにニュートンの時代、真空は何もなく何も伝えないと
考えられていました。重力は空間を越えて物同士が直接
引き合うと考えられていましたし、光は粒子だと考えられて
いました。目に見えない、実体の無いものは即ち存在しない
というのが当時の常識でした。

こうした常識に対しファラデーという天才が登場。
「場」という概念を提唱します。
彼の意思を継いだマックスウェルは、電波と磁場の理論を構築。
「場亅の理論は最初は冷遇されましたが、電波の存在の予言など
数々の業績がを上げ、その正確性も実証しつくされました。
現在は発電や通信の基礎理論として縦横に使われています。
光のエネルギーである電磁エネルギーの流れは、彼の理論で
電磁場から正確無比に記述出来ます。

こうして真空は場で埋め尽くされたものだと
考えられるようになりました。
いまはもう場の存在を疑う人はいません。
現在の量子論では物質も場です。

現在の物理は真空の場の概念で埋めつくされています。

この回答へのお礼

ありがとうございます。
確かに、μ0はＭＫＳ単位系の構成の基本定数として導入された訳です。何故その定数値がうまく適合しているかも不思議でもあります。４πは全空間の立体角でもあれば、そんな事とも結びつけても見たくなります。
おっしゃる『場』と電磁場を結び付けた量子論は、『電荷』も場で解釈するのでしょうか。そこの辺が理解できません。
最後の、現在の物理は真空の場の概念で埋め尽くされています。>も意味が分かりません。
真空と言うと、巨大津波の源と考える海底亀裂が地球の一口開けた、瞬時に造られる『真空』を思い浮かべてしまう。そんな現象で真空を捉えるので、おそらく原子間空間などの『場』を想定しての事かと思いますが、それなら、その場に在るものは電荷でもなく電子でもなく、エネルギー以外は想定できないのではないかと思います。マックスウエルの電磁場方程式の電磁界概念では役に立たないのではないかと思います。
高等数学の数式の解釈が苦手ですが、マックスウエル電磁場方程式の数学的意味を考えれば、もっと単純な解釈で捉えるべきと考えます。

お礼日時：2015/09/29 09:55

No.4 回答者： zircon3 回答日時： 2015/09/28 20:09

こんな解説があります。

https://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%9C%9F%E7%A9%BA

この回答へのお礼

ありがとうございました。
いろいろな意味で解説されていました。難しいですね。

お礼日時：2015/09/29 08:45

No.2 回答者： 銀鱗 回答日時： 2015/09/28 18:45

真空の定義をすればよいだけではないか。

一定の空間に「物質」がどれだけあるかで決まるものだろう。

この回答へのお礼

ありがとうございました。

お礼日時：2015/09/28 20:18

No.1 回答者： oo14 回答日時： 2015/09/28 18:40

いずれにせよまやかしものです。

「まったくカラ」ではありません。
逆の空気もそうですが、無理やり定義するものなのでしょう。
でもね、
水銀柱で誤差範囲なら、真空といってよいとおもいます。
水の高さが１０ｍあれば、真空と言って悪い理由を逆に知りたいです。

この回答へのお礼

ありがとうございます。
水の高さが１０ｍあれば、真空と・・>
はトリチェリーの真空のような意味かと思います。その場合少し気になるのはその真空空間と思う中には、水蒸気が体積膨張して、相当含まれているかも知れないと？
日常の話としては真空でも良いでしょうね。

お礼日時：2015/09/28 20:27