ディラックの海と真空

SF小説が好きな私が、「時間は逆戻りするのか」という本をたまたま読んで、あまりにも難しくて、物理学を勉強中です。基礎を理解したつもりで、今は「量子論のわかる本」を買って読んでいます。なんとか、１３３ページまで、理解してきたのですが、さすがにここでストップです。
負のエネルギーを持つゆえに観測されない負の電荷の電子の集合体に、なんで正のエネルギーを照射すると、正エネルギーの負電荷の電子が飛び出し、その穴が正電荷と正エネルギーのものに見えるようになるのか？数学的に合理性にかけると思うのです。
飛び出した観測できる電子は、正エネルギーの負電荷の電子。ということは、照射した正エネルギーは、飛び出した電子がもらったことになる。エネルギーの保存則からいうと、残った穴は、飛び出した電子の持っていた負のエネルギーを残していったはず。穴は、確かに正電荷になるのだけれども、負のエネルギーであるならば、観測されないはず。しかも、正電荷の正エネルギーの穴になるというのは、論理的に矛盾している。現代の物理学は、ほぼ数学の世界になっている以上、この矛盾は理解できないのです。どなたか、わかりやすく教えてください。当方、７０歳の老人です。

質問者からの補足コメント

• 確かに、真空のゆらぎで粒子と反粒子が対生成や対消滅を繰り返しているのですから、正エネルギーが陽子と反陽子とになったのは理解できます。
  追加質問が許されるのならばですが、となると、ディラックの方程式で出てきた「負のエネルギー」とは、「正のエネルギー」とどんな関係にあるのでしょうか？観測されない以上、知り得ないということでしょうか？

    補足日時：2021/07/28 08:47

No.4 ベストアンサー 回答者： puyo3155 回答日時： 2021/07/28 22:35

なにを質問しているかわかりません。

ディラックの仮説は、すでに否定されている間違いです。その間違いの何が質問でしょうか？

正解は、

エネルギーから対生成されて陽電子と電子になる（質量へ転化）。

または、

陽電子と電子が対消滅して、エネルギーが出る。（質量の消滅）。

ということです。エネルギーにマイナスはない。
ならば、プラスエネルギーの電荷の符号が反転とみなす。
・・・数学的に矛盾はありませんね。そして、実際、陽電子はあったわけです。

この回答へのお礼

あっ、そうなんですか。負のエネルギーは存在しないんですか。
それならわかります。ありがとうございました。

お礼日時：2021/07/29 03:26

No.3 回答者： GOMΛFU 回答日時： 2021/07/28 13:40

論理的に矛盾しているというのが過去に戻るということです

No.2 回答者： finalbento 回答日時： 2021/07/27 22:25

エネルギー保存則から言えば、端的に言えばこの場合には成り立ちません。

相対性理論の登場によって質量保存則が成り立たない事が分かったのと同様にエネルギー保存則も成り立たない事が分かっています。相対性理論では「エネルギーと質量は相互に転換し得る(質量はエネルギーの一形態)」とされているので、この場合も「照射されたエネルギーが電子と陽電子の質量に転化された」と言うだけの話です。


それから「負エネルギー粒子は観測されない」とすると、逆に「負エネルギー粒子の海に空いた穴は観測できる」と言う事に他なりません。負エネルギー電子の海に空いた穴ですから、それは相対的に「正エネルギーの陽電荷」と言う事になります。極めて数学的かつ論理的で何の矛盾もありません。

この回答へのお礼

端的な説明を、ありがとうございました。確かに、真空のゆらぎで粒子と反粒子が対生成や対消滅を繰り返しているのですから、正エネルギーが陽子と反陽子とになったのは理解できます。
追加質問が許されるのならばですが、となると、ディラックの方程式で出てきた「負のエネルギー」とは、「正のエネルギー」とどんな関係にあるのでしょうか？観測されない以上、知り得ないということでしょうか？

お礼日時：2021/07/28 04:20

No.1 回答者： Mokuzo100nen 回答日時： 2021/07/27 20:48

時間は戻らない。

時間があると措定した場合の話ですが。

物理学で重要なことは時間ではなく、熱力学の第二法則。
エントロピーの増大方向。この方向にしか時間は進まない。時間があると措定した場合の話ですが。

そもそもデカルトの直交座標系になぜ時間軸を追加するのか、を考えましょう。

この回答へのお礼

ありがとうございました。

お礼日時：2021/07/28 04:10