光子が電磁気力を媒介すると言ったのは誰ですか

Question

パイ中間子が核力を媒介すると言ったのは湯川秀樹ですが、その前に光子が電磁気力を媒介すると言ったのは誰ですか。
https://www.amazon.co.jp/dp/B08DNG1HS1

d9win · Accepted Answer

同種電荷は反発し、異種電荷は引き合う現象は、単純に(1.)それぞれの電荷が光子を発生/消滅させるだけでは説明できないようです。曲がりなりにも辻褄を合わせようとすれば，(2.)電子と陽電子は、それぞれ光子と反光子を発して、逆に反光子と光子を吸収し得る。そして、(3.)電子あるいは陽電子に、同種光子が出入りする場合は反発し、異種光子が出入りする場合は引き合うと言った飛んでもハップンの珍説でも想定しなければ無理の様です。
もっとも、反粒子が時間を逆行する粒子であると言われてますが、”時間を逆行する”ことが何を意味しているのか判明し切れてないと思います。すると、光子と反光子は同一であることが常識ですが、反光子も時間を逆行する光子で、それらの間には何か未だ未知な違いがあるかも知れません。
要は電磁気力のルーツは分かってないのです。そもそも、電子や陽電子、そして電荷が何であるかは未だ判ってません。電磁気学には、従来常識とは全く異なった説明の余地が多分にあると思います。

puyo3155 · Answer

持論を吹聴したいがための、質問形式をとった、訴求・・・・のようなので、離脱します。エセ科学には、まったく興味ありませんし、あなたと、討議する気もありません。知らない、分からないと言うから、説明したまでです。時間の無駄でしたね。

puyo3155 · Answer

＞渦のもう一つの構成要素である回転にも、同方向の回転間には引力が、反対方向の回転間には斥力が働くという性質がある。

渦を構成する吸い込みと吹き出しは電場に、回転は磁場に対応している。次元を一つ落として、世界を渦の高さ分の厚みがある二次元的に考えると、電気的な引力と斥力、磁気的な引力と斥力の四種の力を説明することができる。

ただのマクスウェルの方程式で（説明は一部間違っていますが）、電磁気学の基本ですね。これを感覚論で説明するのもまた、素人向けのなんちゃって科学でしかありません。しかもこれ古典論です。

ただのマクスウェルの方程式で（説明は一部間違っていますが）、電磁気学の基本ですね。これを感覚論で説明するのもまた、素人向けのなんちゃって科学でしかありません。しかもこれ古典論です。

puyo3155 · Answer

エセ科学には興味ないです・・・

puyo3155 · Answer

>場にバネが張り巡らされていて、そこに物を置けばバネが縮んで、隣のばねも縮んで、引力が生まれそうですが、斥力と二種類の力が生まれるのはなぜなのでしょうか。

説明し忘れで補足です。

まったく違います。バネの話は、素粒子ごとに存在する、場のイメージを表しただけです。場とは、隣り合う点の数値を揃えようとする性質がそもそもあるのです。これがあるから波が起きて伝搬する・・・それをバネのイメージで例えただけです。

一方で、力は場と場の相互作用ですね。全然話が違います。力は、説明した通り、ゲージ不変性を要請して計算すると、ゲージ粒子が出てくるのです。

puyo3155 · Answer

>勘違いされているようですが私は「キャッチボール」にこだわりはなく、「ゲージ粒子の交換で力が伝達する」つまり「ゲージ粒子のキャッチボールで力が生じる」と言っているのはあなたです。

説明見てください。私は、一言もそんなことを言っていません。あなたの質問、回答へのコメント、なぜそうなるか説明して！などから、そのような具体体的イメージを求めていることを感じるので、それは無理味だよ、だれにも回答ないよ・・・と言っているのです。

＞「光子が交換される場＝空間が同電荷間では拡大異電荷間では縮小するとか、光子の横波が電荷で縦振動に変換されてその振動が同電荷間では接近時にロックがかかり異電荷間では離反時にロックがかかるとか、同電荷間では電荷は質量として作用反作用の法則に従うけれども異電荷間では電荷は負の質量になって反・作用反作用の法則に従うとか、

あなたのいう、作用反作用だとか、ロックだとか、縦波だとか・・・そういう理解をしたい気持ちはよくわかります。１００年前なら、世界中の物理学者も同じ疑問を持っていました。しかし、残念ながら、この答えはないのです。量子論は、マクロの感覚が、ミクロの世界では通じないことを示す理論でもあります。

作用反作用はマクロの経験則でしかなく、接している物体に対する法則ですから近接作用は適用外です。横波だとか、振動だとか、ロックだとか、マクロの波動現象かのような解釈も出来ません。素粒子の活動は、具体的に観察することも、見ることもない。そういう解釈の延長上に答えはないよ・・・ってことです。

＞またはそれ以外にどのような可能性が考えられるでしょうか」前の二つはキャッチボールではなく、「キャッチボールでなければ何なのか」という趣旨の質問に「キャッチボールではない」は答えになっていません。

答えはない代わりに、場の量子論を理解し、納得するしかないのです。場を想定し、ゲージ不変性を要請し、最小作用の原理で、粒子の運動が決まるという解析理学的手法を適用すると、素粒子の振る舞いがわかります。

その運動を決める方程式の、相互作用項を見ると、ゲージ粒子の生成と消滅がセットで出てくるため、それをゲージ粒子（仮想粒子の交換）によって力が生じると解釈する。それ以上でも以下でもありません。

実際、電磁気力を伝える光子は１次元、弱い力を伝えるWボゾンは２次元、強い力を伝えるグルーオンは３次元、回転対称の自由度に違いはありますが、すべて同じような理論立てから、素粒子が相互作用すなわち、力を伝達する仕組みが記述できる・・・これはすごいことです。

単なる数式のお遊び？そうかもしれませんね。でもこれが、およそすべての素粒子の実験結果を正しく説明するのですから、お遊びとも言えないでしょう。今のところ正しいとしよう、と言うことです。この手法は、物理学の手法の一丁目一番地ですね。

余談ですが、ニュートン力学で、マクロの古典の運動を計算する手法も実は古い。力をかければ加速する、その比例定数が質量・・・というのは感覚的ですが、座標の取り方によって、記述がばらばらになり、複雑な問題を解くには実用的ではありません。解析力学では、場を想定し、最小作用の原理を適用し、座標によらず運動を求める方が、より世の中の仕組みの根源である・・と現代では考えられています。この座標の取り方によらない・・・が、ゲージ不変性のアイデアのもとになります。

場の量子論は、量子論に、特殊相対性理論を組み込み、この解析力学の手法を真似て、物理学の正当な方法で運動の法則を記述したわけです。今のところもっとも正しい仮説群とされ、標準模型と言われています。

＞ゲージ不変性・・って、別にそんなに難しいことではなくて
＞客観的に簡単かそうでないかもわからないというのが全てを物語っています。

大学の初等物理に必要な、微積分などの数学知識があれば、誰でも簡単に計算できるという話です。その知識がない人に、この現象を説明するすべはありません。それもわからないなら、しかたないので、光子のキャッチボールとでも呼ぶしかない・・・となるのです。

＞電荷が光子を放出吸収しているのではなくて、電荷間の場で光子が生滅しているのですか。同じ光子の性滅で斥力と引力が生じるのはなぜですか。また電気と磁気の二種類の力があるのはなぜですか。

そのとおりです。場の量子論ですから、電子も場、光子も場、相互作用も場と場の相互作用です。生成も消滅も相互作用を計算すると自然に出てきます。そのことに理由などありません。

計算すると出てくる相互作用を読み解くと、生成と消滅がセットで、符号によって引力だったり斥力だったり、引力だけだったり、斥力だけだったりするという意味です。それをなぜ？と言われても、数式で計算した結果と、実験結果がピッタリ一致するので、世の中はそうなっているとみなしてもいいということです。

＞＞「そういう発想は、マクロの一般的な感覚を、ミクロに持ち込んでいるため、ほぼ無意味な論議です」という割にはマクロ的ですが、

マクロ、ミクロの意味まで説明が必要なのですね。

物理において、マクロというのは、概念という意味でも、あいまいという意味でもないです。古典力学によって記述できる対象・・・という意味です。

ミクロは、量子論、場の量子論を使わないと現象が記述できない、微小スケールや素粒子の現象のことです。

あなたの質問や疑問は、心情としてはわかるが、マクロ現象の古典力学的な解釈で、量子論のミクロ現象を理解しようとしているので、どこまで行っても噛み合わないのです。電子も場が励起した波ですからね。相互作用がないときだけ、まるで粒子のように振る舞う・・・ってだけ。だから、場の量子論で計算するのです。

＞＞それはさておき、端折らずにこれを詳しく説明していけばいいのではないでしょうか。場にバネが張り巡らされていて、そこに物を置けばバネが縮んで、隣のばねも縮んで、引力が生まれそうですが、斥力と二種類の力が生まれるのはなぜなのでしょうか。

端折っているのではなく、ここに書いたことが全てで、それ以上はないのです。シンプルに言えば、あなたの思う疑問に今のところ答えはありません。

ただ、標準モデルは完璧か？と言われるとそんなことはありません。

・　多くのパラメータが、実験値。
・　あるスケール以下は、くりこみで発散防止。
・　階層構造や対称性の説明に限界。
・　重力が組み込まれていない。
・　素粒子と言うには、１７種類もあって数が多すぎる。
・　次元の必然性がない。

など、いろいろです。それに挑むのが、超弦理論などです。多くの標準理論の結果を説明しながら、超ミクロ現象の、より根源的な仕組みを解き明かそうとしています。あなたの疑問は、いずれそいういう理論によって、解決するかもしれませんね。

puyo3155 · Answer

>光子は具体的にはどのように電磁気力を生み出しているのでしょうか。

そういう発想は、マクロの一般的な感覚を、ミクロに持ち込んでいるため、ほぼ無意味な論議です。

場の量子論を勉強されては？空間にはなぜか、場が存在している。そして、その場はまるでバネが張り巡らされて、隣り合った場所の状態を真似するような性質がある。そこに、最小作用の原理とゲージ不変性を認めるだけで、運動の方向や、素粒子の相互作用するかが決まってしまうってことです。

ゲージ不変性・・って、別にそんなに難しいことではなくて、物理法則を適用する座標を、ほんの少しだけずらして、そこでも同じ物理法則が成り立つとすると、そのずらした自由度の分だけ力を伝える粒子がうまれる。

具体的には、方程式で見れば、光子を生成する演算子と、光子が消滅する演算子がセットで現れるってことです。

光子が生成し、消滅するのがセットだから、仮想粒子の交換と、比喩して言っているだけで、別にマクロのような粒が投げられてキャッチボールをしているわけではありません。

puyo3155 · Answer

うーん、難しいですね。

中間子の場合は、電磁気力で反発するはずの核子が結びつくのであれば、中間子のようなやり取りがなければ、説明がつかない・・・という仮説提示が先でしたが、光子はまったく違うでしょうね。

すでに、光は粒子であり、波動であることもわかっていたし、電磁気力の厳密計算もできるようになっていた。

そんな中で、量子論との融合による量子電磁気学が生まれます。荷電粒子間の相互作用を、場の量子論で扱ったとき、その力を伝える仮想粒子が光子ですね。

この考えは、やがて汎用化され、まず粒子の場を想定し、ゲージ不変性を要請し、最小作用の原理を適用することで、相互作用が定義される。その結果を見ると、ゲージ粒子の交換で力が伝達すると解釈されるのですね。

ゲージ不変性の要請をしたときの空間の自由度で、光子は１つ、ウイークボゾンは２＊２ー１＝３種類。グルーオンは３＊３－１で８種類あることになります。つまり、体系が先で解釈が後・・・なので、中間子のような順番にならないのかと思います。

d9win · Answer

良く分かりませんが、ビー玉のやり取りのようなイメージとは異なる状況も起こり得るのではないでしょうか。例えば，電子が光子を発した時と吸収した時が、それぞれ斥力と引力に対応していると考えることも出来るのではないかと思います。

d9win · Answer

量子電気力学(Quantum Electro-Dynamics; QED)は、電荷をもつ粒子間には光子をやり取りすることで電磁相互作用が働くとする”場の理論”で、最も成功した物理学の理論であると言われてます。私は、そのことを簡明に書いた文献を知らないのですが、”場の理論”の発展経緯はWeinbergの”場の量子論 1巻 1章 歴史的導入”に詳しく記されています。ところが、そこにも光子は現れません。ただ、Weinbergは1934年にPauliとWeisskopfが運動量が生成演算子と消滅演算子の和で表した式を記してます。それは運動量の時間変化が光子の生成/消滅に対応していることを意味していると、私は考えます。運動量の時間微分は力に他ならないからです。すると、”光子をやり取りすることで電磁相互作用が働く”という考えは、量子電気力学(QED: 場の量子論)の成立と共に自ずと現れたことになります。
ちなみに、QEDは、1927年にDiracやJordanによって提起された電磁場の量子論(場の量子化)を発端にして、W. PauliとW. Heisenbergが電磁波と物質波の双方の量子化を含み特殊相対性理論と整合する理論に発展させたと言われてます。”光子が電磁気力を媒介する”と言ったのは、これらの面々であると言えるでしょう。

光子が電磁気力を媒介すると言ったのは誰ですか

同種電荷は反発し、異種電荷は引き合う現象は、単純に(1.)それぞれの電荷が光子を発生/消滅させるだけでは説明できないようです。

持論を吹聴したいがための、質問形式をとった、訴求・・・・のようなので、離脱します。

＞渦のもう一つの構成要素である回転にも、同方向の回転間には引力が、反対方向の回転間には斥力が働くという性質がある。

エセ科学には興味ないです・・・

>場にバネが張り巡らされていて、そこに物を置けばバネが縮んで、隣のばねも縮んで、引力が生まれそうですが、斥力と二種類の力が生まれるのはなぜなのでしょうか。

>勘違いされているようですが私は「キャッチボール」にこだわりはなく、「ゲージ粒子の交換で力が伝達する」つまり「ゲージ粒子のキャッチボールで力が生じる」と言っているのはあなたです。

>光子は具体的にはどのように電磁気力を生み出しているのでしょうか。

うーん、難しいですね。

良く分かりませんが、ビー玉のやり取りのようなイメージとは異なる状況も起こり得るのではないでしょうか。

量子電気力学(Quantum Electro-Dynamics; QED)は、電荷をもつ粒子間には光子をやり取りすることで電磁相互作用が働くとする”場の理論”で、最も成功した物理学の理論であると言われてます。

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