重力は近距離で斥力が働くのでしょうか？

Question

下記の記事には
”核力は遠距離では引力、 近距離では斥力となることを確認しました。”
”近距離の斥力は、クォーク間に働く「パウリの排他律」と、グルーオンのやりとりによる相互作用に由来することを明らかにしました。”
と書いてます。

すると、重力も同じ方法で、物質間（クォーク間、レプトン間？）に働く「パウリの排他律」によって斥力が発生するのでしょうか？


https://www.jicfus.jp/jp/2018-05/

finalbento · Answer

「重力は引力だけ」と言うのは物理学の常識です。そもそも重力に斥力がある事なんて中学の理科や高校の物理で習った記憶などないはずです。それからパウリの排他律は「粒子間に力が働く」と言う事を表す法則ではありません。

finalbento · Answer

追記。

最初の回答を書いた後で件の記事を読みましたが、確かに「近距離間の斥力はパウリの排他律に由来する」と言った記載がありましたね。しかしながら先にも書いたようにパウリの排他律は力の原因について記述する法則ではないので「パウリの排他律によって斥力が発生する」と言う理解の仕方は間違っていると思います。実際前述の記事にも「(斥力は)パウリの排他律に由来する」と書かれてあるだけであって「パウリの排他律によって(斥力が)生まれる」とは書かれていません。なのでこれは「生じる力がパウリの排他律によって斥力になる」と言う意味に取るのが妥当だと思います。

eatern27 · Answer

細かい話はフォローしてませんが、パウリ排他律云々と言ってるのは所謂パウリ斥力の話なのだろうとおもうので、これ自体は自由粒子を考えたとしても、フェルミオンを考えている限りは働きます(働いているように見えます)

1次元で2粒子系の波動関数が、中心距離aだけ離れた2つのガウシアンから作ったスレーター行列式で与えられるのだとした時、aが減少すると系の運動エネルギーが上昇する事が確認できるはずです(ノルムの計算をきちんとする必要があります)。ガウシアンの幅はaの関数でも良いですが、この事を確認するだけなら定数だと思う方が計算は楽でしょう。運動エネルギーを増やさないと近づけられないという事はあたかも斥力が働いているように見えてしまう訳です。

なので、重力を考えようがこの斥力自体は生じるはずです。(量子重力理論は完成してないので、はずとしか言えませんが)
星の成り立ちの話などで縮退圧を聞いた事があれば同じものです。

ラグランジアンには含まれません(だからパウリ斥力を5つ目の力にするような事はしてない)。どこかでフェルミオンの交換関係を定めているはずで、それにより勝手に入ります。

finalbento · Answer

お礼コメントに書かれた事についての私なりの見解を少し。

「重力は引力だけなのは常識」と言うのは必ずしも思考停止を意味しているわけではありません。あくまでも「今のところ『重力の斥力』を考えなければならない理由が存在しない」と言う意味であって「こんな事も考えられる」と言う事をすべて考慮し始めたら物理学はそれこそ無法地帯になってしまうと思います。

(例えば「火にかけたやかんの水が凍る」と言う可能性は物理的にゼロではありませんが、現実問題としてはゼロとして差し支えありません)

それから「言葉の解釈ではなく数式で理解したい」についてですが、物理学(と言うより科学全般)における概念は数式で表されるものばかりではありません。例えば「電荷」と言う概念を数式で表すのは恐らく不可能でしょう(クーロンの法則は電荷間の関係を表す式であって「電荷とは何か」を説明しているわけではありません)。それに数式自体が言葉の一種ですから、数式が求まっても「その式をどう解釈するか」と言う問題は出て来ます。

finalbento · Answer

お礼コメントにあった「この記事の中でパウリの排他律はどこに」と言う質問についてですが、少なくとも「パウリの排他律を理論的に導いている」と言う箇所はなさそうです。

パウリの排他律は元々仮定として提唱されたものですが「パウリの排他律は場の量子論では定理として導かれる」と言う話を読んだ事があるので、場の量子論を本格的に勉強すればパウリの排他律の導出方法も分かるかもしれません。

finalbento · Answer

「重力が引力だけなのは常識」と書きましたが「もしも重力に斥力があったら」と言う可能性を議論する事は必ずしも無意味ではないと思います。例えばモノポールも「電気と磁気が対称になっていないのは美しくない」と言う観点から提唱されたそうですが、同様に「重力が引力だけなのは不自然」と考えて重力の斥力の理論を作ろうとするのはある意味自然な発想だと思います。

しかしながら重力の斥力の理論を作るのは質問者様が想像しておられる以上に難解極まりないものだと思います。例えば電磁気力の場合は「同じ符号の電荷同士には斥力、違う符号の電荷同士には引力」となりますが、重力の水面ととなる質量の符号はプラスしかないので「この時には引力、この時には斥力」と分ける根拠が見当たりません。なので「マイナスの質量」と言ったものでも仮想しないと無理そうですが、これは「力を加えた方向と反対方向に加速される」と言うムチャクチャな物体です。なのでこの際等価原理を否定して「慣性質量はプラスだが重力質量はマイナス」と仮定したりしないといけない気もしますが、こうなって来ると「仮想的な現象を説明するためにさらに仮想的な現象を仮定する」と言う泥沼にはまり込んでしまうので、これだと「重力は引力のみ」と言う常識的な理解の方が理論としてよっぽど美しいのではないかと言う気もして来ます。

ちなみに重力の斥力に関しては『空想科学読本』シリーズの著者として有名な柳田理科雄氏が『空想科学大全』と言う本で考察を試みておられましたが、柳田氏自身もその旨書かれていたようにかなり無理のある理論になっています。

finalbento · Answer

誤記の訂正です。

誤:重力の水面ととなる質量

正:重力の源となる質量

スマホにしてから誤記や誤変換が増えました。失礼しました。

finalbento · Answer

話が横に行ったので改めて回答し直すと、少なくとも現時点では「重力の斥力」の存在の可能性を示唆するような現象は発見されていませんし、またその存在を予言している理論もないようです。

先にも書いたように「重力の斥力」を考察してみるのは理論的には非常に興味深い事でしょうが、重力の量子論を作る以上に困難な気もします。

finalbento · Answer

お礼にもあったようにパウリの排他律は確かに「パウリの排他原理」とも読んでいたと思いますが、例えば「○○の原理」と名の付いているものがすべて文字通りの「原理」とは限りません。アルキメデスの原理のように単なる法則に過ぎないものが「○○の原理」と呼ばれている場合もあります。そもそも「原理」「法則」と言った呼称は現実には「単なるネーミングの違い(∴意味は同じ)」と言った場合も少なくないようですし、パウリの排他原理のように「それまでは原理として考えられていたものが後に他の法則から導き出されるようになる」と言う場合もあるので「○○の原理と言う名前だから他の法則から導かれるわけはない」と即断する事はできません。

finalbento · Answer

お礼を見直して改めて気になりましたが「引力だけだと逆二乗法則で作用する力は無限大になります」と言う主張の理由付けがよく分かりません。確かに「発散の困難」と言うものはありますが、私が理解している限りではその理由は逆二乗法則とは無関係のはずですし、そもそも「重力は引力だけ」と言う事と力が無限大になる事が関係して来ると言うのは分かりかねます。

重力は近距離で斥力が働くのでしょうか？

「重力は引力だけ」と言うのは物理学の常識です。

追記。

お礼コメントに書かれた事についての私なりの見解を少し。

お礼コメントにあった「この記事の中でパウリの排他律はどこに」と言う質問についてですが、少なくとも「パウリの排他律を理論的に導いている」と言う箇所はなさそうです。

「重力が引力だけなのは常識」と書きましたが「もしも重力に斥力があったら」と言う可能性を議論する事は必ずしも無意味ではないと思います。

誤記の訂正です。

話が横に行ったので改めて回答し直すと、少なくとも現時点では「重力の斥力」の存在の可能性を示唆するような現象は発見されていませんし、またその存在を予言している理論もないようです。

お礼にもあったようにパウリの排他律は確かに「パウリの排他原理」とも読んでいたと思いますが、例えば「○○の原理」と名の付いているものがすべて文字通りの「原理」とは限りません。

お礼を見直して改めて気になりましたが「引力だけだと逆二乗法則で作用する力は無限大になります」と言う主張の理由付けがよく分かりません。

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