弦の振動が 素粒子を表すとは

たとえば、水のH2Oの中の　酸素原子は、いくつかの素粒子でできているのでしょうが

ということは、弦の振動の様子、パターンは　ずっと酸素原子を構成するように
同じ様子で振動しているのでしょうか

振動が弱まったり強まったりして　炭素を構成する素粒子のような
ふるまいには　ならないのでしょうか

酸素を構成するように生まれた　弦の振動は
ずっと同じパターンなのでしょうか

No.1 ベストアンサー 回答者： puyo3155 回答日時： 2016/01/04 11:14

理論の理解を端折って、感覚的なことばだけで理解をしようととしてもほとんど無意味だと思います。

量子論、場の量子論、標準モデルを始めとして、それぞれの内容をある程度把握しないと、質問がナンセンスになります。

まずH2Oは

・酸素原子と水素原子からできています。
・酸素原子は、陽子８個、中性子８個の核子と、そのまわりを８個の電子が存在してできています。
・陽子は、アップクオーク２個、ダウンクオーク１個、中性子は、アップクオーク１個、ダウンクオーク２個からできています。
・電子は、素粒子で、レプトンの１つです。軽い粒子ということです。
・アップクオーク、ダウンクオークは素粒子ですが、単独では見出されず、かならず陽子や中性子などのバリオンの中で３つセットか、中間子の中に２つで存在します。
・バリオンと中間子をあわせてハドロンとよび、それぞれ強い力で結びついています。陽子も、中性子も非常に安定です。
・核子（例えば酸素原子）は、陽子と中性子が中間子を介して、強い力で結びついています。結果、核子も非常に安定です。

など、厳密性はともかく、これら一連のつみあげでH2Oはあるわけです。素粒子のふるまいを弦の振動で捉えようと捉えまいと、まず、これらの構造的な関係を勉強してはじめて、次の疑問を理解できる可能性が出てくるわけです。

さて、そう考えた時、

・陽子、中性子、それらから出る原子核、電子は非常に安定で、日常のエネルギーレベルで、これらが変化することはありません。
・酸素分子の特徴は陽子が８であること。構成要素が安定なので酸素も安定です。
・それらが、化学反応によって変化することはありません。したがって化学反応の前後で、原子の数も保存するし、エネルギーも保存されます。

なので、素粒子を弦の振動云々で捉えても、質問のようなことは起こりません。安定しているのは、マクロレベルで事実なので、振動云々とは無関係に理解することが先決です。
さて、質問の状況に近いのは、原子核の反応です。原発事故の放射能などはこれらの仕組みから発生します。

・安定同位体より中性子の量が多い場合、ベータ崩壊により中性子が陽子に変わり、強い電子線（これが放射線の１つですね）が出て、原子番号が１つあがります。
・これは素粒子レベルではダウンクオークが電子を出してアップクオークに変わることになります。これを引き起こすのが弱い力です。

そのように考えた時、すでに標準モデルというのがある程度完成しており、１７種類の素粒子と、電磁力、強い力、弱い力によって、多くの素粒子レベルの実験結果は、理論的な説明がされています。電子を介した物質の成り立ちは、初期量子論でわかりますし、されに発展した、場の量子論では、力と、素粒子が、場の励起によって、同じような考え方で導かれます。粒子は波であり、波は粒子であるということも、理論的に表現されています。

ただ、標準モデルには、

・　素粒子の数が多すぎて、それが基本単位とは言いがたい。
・　世代の問題を始め、数々のパラメータが基礎理論から導けない。
・　重力が無視されている。

などなど、まだ完成は道半ば。そこで、その素粒子が、弦の振動によって生まれていると考えることで、より根本的なこの世の成り立ちを考えてみようというのが、超弦理論を始めとした、理論であるわけです。現在、超弦理論では、標準モデルの多くの事象を、理論から説明することに成功していますが、今後の発展が楽しみではあります。ただ、振動パターン云々がどうであろうと、電子も、原子核も安定していて、少なくとも化学反応の前後では、なにも変化しないことは、変わらないので、質問の内容を、構造的に考えれば、振動パターンは、マクロな現象には無関係であるとわかるでしょう。