原子内部の空間についての基本的な疑問

教えて下さい。
素粒子物理の理論によると銅の塊の内部は実は隙間だらけの空洞であることが判明していますね。
（原子核をビー玉にたとえると最外殻電子の軌道半径は１ｋｍくらいだとゆーはなしもあります）
さて質問ですがこの銅の原子内部の空間は宇宙空間の大部分を占める真空の空間（たとえば太陽と地球の中間にある広大な真空空間）と同等なものなのでしょうか？
原子内部の空間と宇宙の真空空間は空間として同質なものですかと異質なものですか？

No.6 回答者： puyo3155 回答日時： 2019/11/25 21:45

>現代物理学はこの問題についてはっきりと明言していますか？

はい。もちろんです。空間が一様で、対称で、どこでも区別できないことから、場の量子論などは論理立てられますね。
空間に差がないことは、物質を移動させても物質の性質が変わらないことで明らかです。
また、実際、ニュートリノのような、物質を構成する素粒子とほとんど相互反応しない素粒子は、日々、１秒間に何兆個も我々の体を素通りしていますね。

＞つまり空間はミクロの空間もマクロの空間も違いはなく空間の物理的性質はただ１つであることをどこかで明言していますか。

マクロとミクロは、取り扱っているスケールの問題であり、空間の違いがあるかないかと無関係です。
どの場所も一様だが、ミクロの現象を扱うときには量子論で記述する。マクロな現象を扱うときは、ミクロの現象はひとまず忘れて、物理法則を記述するってことです。ミクロの現象でも、一定の大きさより小さい現象は、くりこみにより、計算上の発散を実験値で置き換えて、計算することで、一定の成果を得ていますね。

＞もしそーであればアインシュタインの重力場方程式は原子内部空間においてもそのまま成立しなければなりません。
＞そんな話は聞いたことがないですが、実際現代物理学は空間についてそのよーに考えているのでしょーか？

くりかえしますが、空間が同一なことと、その空間上で起きる現象が統一的に記述できるかは、まったく別問題です。残念ながら、電気磁気力、強い力、弱い力は、ほぼ同じ記述がされ、それにより素粒子の標準モデルができあがっていますが、重力だけは、ミクロ現象では統一的記述が出来ていないだけです。極限状態を除き、なぜか重力は非常に弱いので、いまのところ支障はありません。

＞さらなる疑問も生じます。不確定性原理はミクロの空間で起こる現象ですが、ミクロの空間もマクロの空間も同じであればなぜ不確定性原理がミクロの空間のみに現れ、マクロな空間には表れないのかとゆー疑問が生じても不思議ではないのではありませんか？ミクロの空間もマクロの空間も物理的性質に違いがなく、不確定性原理が空間の性質がもたらすものでないならばいったい何によって不確定性原理は生じるのでしょーか？

まったく取り違えています。不確実性原理は、場の量子論や標準模型を学べば、あたりまえのことです。なぜなら、この世に粒子はなく、力を伝えるものも、粒子らしきものも、すべて、場が（空間が）エネルギーで励起し、その塊が、振動して伝わるものだからです。つまりすべては波なのです。波は空間に広がるものですから、粒のような物理量の特定はできませんね。すべては波なのです。

われわれがマクロで認識する原子や、それらがあつまった物質とは、

・核子（中性子と陽子）はが３つのクオークとグルーオンによって安定的に存在。
・安定した核子と、安定した電子が、光子によって（電気磁気力で）結びついている。

つまり、ミクロの現象がどうあろうと、クオーク、グルーオン、電子、光子の振る舞いが、一定の枠を出ないような相互作用にもとづいてミクロの現象起こることが、マクロの現象を担保しているわけです。物質の質量の９９％は、ヒッグスによる素粒子の質量（標準モデルが無視しているもの）ではなく、強い力で核子に閉じ込められた結合エネルギーです。マクロの物理法則で重要な質量はそれが由来なので、質量や重力がミクロと結びつかなくても、マクロ現象の取り扱いは支障ないこともわかるでしょう。

No.5 回答者： tknakamuri 回答日時： 2019/11/25 03:48

何を持って「同質」とするか大いに疑問ですが

原子核の近くの空間は電子で満ちている。
つまり電荷が散じて存在している。

No.4 回答者： puyo3155 回答日時： 2019/11/24 16:19

同じでしょうね。

しかも銅だけではなく、原子すべてです。
核子の大きさを１ｍとすると、１００ｋｍぐらいからが電子の軌道なので、関東地方全部、スカスカの空間ってことですね。

物質が物質としてマクロの形や性質を安定して維持しているのは、

・　核子（中性子や陽子が、ミクロの現象としてはいろいろ動いていても、マクロの塊としては安定していて、自然の状態でははほぼ崩壊しないこと）
・　電子が安定的な素粒子であること。
・　核子と電子が、電磁気力の相互作用でむすびついていること。

ですね。ですから、間の空間は、物質外の空間に電磁気力が働くのと何ら変わりませんよ。
そしてマクロな物質はどこでも移動できるので、その空間だけが別のもの・・・って不自然ですよね。

場の量子論で、場の振動によって、粒子が出来て、力も伝わる・・・過程を考えれば、
いまのところ、それが自然な考えのように思えます。

この回答へのお礼

現代物理学はこの問題についてはっきりと明言していますか？
つまり空間はミクロの空間もマクロの空間も違いはなく空間の物理的性質はただ１つであることをどこかで明言していますか。
もしそーであればアインシュタインの重力場方程式は原子内部空間においてもそのまま成立しなければなりません。
そんな話は聞いたことがないですが、実際現代物理学は空間についてそのよーに考えているのでしょーか？
さらなる疑問も生じます。
不確定性原理はミクロの空間で起こる現象ですが、ミクロの空間もマクロの空間も同じであればなぜ不確定性原理がミクロの空間のみに現れ、マクロな空間には表れないのかとゆー疑問が生じても不思議ではないのではありませんか？
ミクロの空間もマクロの空間も物理的性質に違いがなく、不確定性原理が空間の性質がもたらすものでないならばいったい何によって不確定性原理は生じるのでしょーか？

お礼日時：2019/11/24 17:25

No.3 回答者： s_hyama 回答日時： 2019/11/23 21:38

家に住んでる人がいる状態といない状態は同じとはいわないね

この回答へのお礼

あまい。
人が家に住んでいよーが、家から出ていこーが家はなにも変わらんがな。

お礼日時：2019/11/24 17:34

No.2 回答者： けこい 回答日時： 2019/11/23 13:31

先ずは「真空」とは何かを調べてみては如何でしょう

宇宙空間は真空ですか？
なにもない？
光もニュートリノもない？
原子の内部は真空ですか？
電子と原子核以外何も存在しない？
その辺は不確定性原理とも絡むし、とにかく真空というのはなかなか難しい概念

これは真空のエネルギーの事を言っているのではありません
ヒッグス場の事を言っているのでもない
それを言い出すと更に一段と複雑に

取り敢えず
真空だと思っていた宇宙空間や原子の内部空間が、実は空ではないというのを先ずは調べてほしいです

No.1 回答者： yhr2 回答日時： 2019/11/23 12:39

「同質なもの」としてしか考えようがないですね。

「異質なもの」とすると、それはいったい何なのでしょうか？

この回答へのお礼

＞「異質なもの」とすると、それはいったい何なのでしょうか？

もちろん素粒子内部の空間でそれは超ミクロな世界の空間なのでマクロな空間と同質である保証はどこにもないってことです。
量子力学がニュートン力学と性質が異なるのはいったいどこから始まっていると考えますか？

お礼日時：2019/11/23 13:27