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物理学での力は粒子の交換ですか?
現状での解釈としてで良いのですが、根本的に究極的に力がなんなのか、力を構成するものが存在するのか、力は力として何にも構成されずこれ自体として理由や因果を持たずに存在しているのか、色々検索して調べているのですが、難解でわかりません。
「基本的な四つの力がある」
「その四つの力は素粒子のレベルで素粒子(グルーオンや光子など)が交換されていて発生する」
これでいいのでしょうか?
分かりにくいのは交換ということで力が発生すると直感的に理解できないのと、交換する移動するために力が既に存在しちゃってるんじゃないの?ということです
「力」そのものではなく力を「伝達する」手段が四つの素粒子?

「物理学の力とは、素粒子の交換で生まれるの」の質問画像

A 回答 (4件)

単純化していえば、その通りです。



重力を除く、電磁気力、強い力、弱い力は、場の量子論で記述され、標準模型として体型化されています。

簡単に説明すると

この世には場がなぜか存在します。場というのは、簡単にいえば隣り合う場所の大きさを揃えようとする性質です。その場に、ある作用を施すと、最小作用の原理によって運動が決まる、つまり波が生まれるのです。

その場に、座標の取り方を変えても物理法則は変わらない・・・というゲージ原理の要請をするだけで、相互作用が決まってしまう。その相互作用を見ると、光子の生成と光子の消滅がセットで現れる。このことを、光子のキャッチボールによって力が伝わる・・・・と表現するわけです。強い力も、弱い力も、ゲージ原理を適用する自由度が違うだけで、同じ理屈で相互作用が決まるのです。

あくまで光子や、グルーオンや、ウイークボゾンのキャッチボールは比喩なので、その比喩を、マクロの力学の感覚で理解しようと思っても不可能です。また、無意味なのです。そんなもんなんだ・・・と思って我慢するか、もっと知りたいなら、深く勉強するしかありません。
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最も根本的な力は、空間同士が斥け合うことによって生じる抗力です。

重力は抗力差によるものであり、電磁気力はそれよりはるかに複雑で、流体力学的な力です。

『素粒子と宇宙の疑問 知りたい肝心のところをとことん具体的に解説 ーこの世界は何からできているのか 宇宙はどのように始まり終わるのかー』 https://www.amazon.co.jp/dp/B08DNG1HS1
「物理学の力とは、素粒子の交換で生まれるの」の回答画像3
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まず、四つの力で最も簡単な電磁気力について考えたらどうでしょうか。

それには、本サイトの質問"光子が電磁気力を媒介すると言ったのは誰ですか"のやり取りが参考になると思います。
< https://oshiete.goo.ne.jp/qa/12988306.html >

ちなみに、+qの電荷とその周りを半径rで周回する-qの電荷(電子)の間に働くクーロン力F= q^2 / (4πε_0 r^2)は、電子の運動量h/λ= h/(2πr)の(電子の周回速度v/光速c)倍の運動量とc/rの積と書き表すことが出来ます。この不思議な関係が成り立つのは、この時の(v/c)がε_0とかcを含む特別な定数になる為です。
 クーロン力 q^2/ (4πε_0 r^2) = (v/c) (h/2πr) (c/r)
この式は、周回電子の(v/c)倍の運動量を持った何物か2ヶが+qの電荷と電子の間を行き来しているとも解釈できます。ハイゼンベルク, パウリ, ディラックに始まり朝永さん等が完成させた電磁量子力学(QED)は、このことを”電磁気力は光子のやり取り(交換)である”と説明しているのです。これが"交換力"と呼ばれるそもそもの由縁です。

なお、上記の(v/c)値は約1/137の無次元の定数で”微細構造定数α”と呼ばれています(ゾンマーフェルトが水素原子の光スペクトルの微細構造を説明するために使い始めました)。1920年代より”不思議な物理定数”として有名ですが、なぜその値になるのか未だに説明されていません。ファインマンは、電子と光子の結合定数(相互作用の強さ?)と説明していたように思います。
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物理学での力は粒子の交換だけではありません。

量子論的な「揺らぎ(ゆらぎ)」もあります。これは、「力(ちから)」では無く、時空の「性質」と考えられています。真空の中では、素粒子が生成されたり、消滅したりする、「揺らぎ」が常に起こっています。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%87%8F%E5%AD%90 …
 また、宇宙を加速膨張させている力の原因(みなもと)は、真空/時空が持つ「ダークエネルギー」だと考えられています。私は、「偽の真空」から「真の真空」に遷移(真空崩壊)する時に時空が放出するエネルギーが「ダークエネルギー」だと考えています。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%81%BD%E3%81%AE …
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%80%E3%83%BC …
 重力/万有引力は、時空の歪(ひずみ)により生じるとも、重力子の交換で生じるとも言われています。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%87%8D%E5%8A%9B
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%92%E3%83%83 …
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E4%B8%87%E6%9C%89 …
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%87%8D%E5%8A%9B

 時間が無かったら,つまり,時刻も無い,瞬間も無い,時間的な幅が無い/ゼロなら「何」も「存在」できない。すなわち,「無(む)」です。

 空間が無かったら,つまり,点も線も面も体積も無い,空間的な大きさ広がりが無い/ゼロなら「何」も「存在」できない。すなわち,「無(む)」です。

 真空を「無(む)」だと言う人がいるが、超弦理論の弦/紐/膜やクォーク、素粒子、原子、物質、エルネギーの全てが無くても、真空には時間と空間はある。従って、真空は、「無(む)」ではない。

 時間だけでも、空間だけでも、「存在」は、成立しない。この一方だけでは「存在」は成立しない。時間と空間の双方があって、初めて「存在」は、成立する。
 宇宙は、なぜ存在している事が出来るのか? それは、「時間」が存在し、「空間」が存在しているからです。

 時間の無い宇宙をイメージ出来ますか?  時間が無い状態から時間が始まった/初めた/流れを開始した状態をイメージ出来ますか?
 空間の無い宇宙をイメージ出来ますか?  空間が無い状態から空間が始まった/初めた/大きさ広がりを開始した状態をイメージ出来ますか?
 出来ませんよね。と言う事は、時間の無い宇宙、空間の無い宇宙は、存在しない、ありえないと理解すべきと言う事でしょう。
 ビッグバンで宇宙が誕生して、時間も空間も誕生したのなら、ビッグバンの「前」は、時間は? 空間は? どうなっていたのか?との疑問が湧きます。

「無限大の大きさ広がりを持つ空間的に無限大の空間と無限大の過去から存在し無限大の未来まで流れ続ける時間的に無限大の時間が無限大の過去から共に既に存在している」。この時空/宇宙を「母宇宙」と定義します。

 この母宇宙Aの時空の量子論的な揺らぎが、我々が存在しているこの宇宙Bのビッグバンを138億年前に引き起こし、Bは、Aの「子宇宙」として、Aの時空の中で誕生し、今もAの時空の中で加速膨張し続けていると解釈/理解すると、Bが誕生する「前」の「時間」は? 「空間」は? と言う問いに、Bが誕生する「前」は、Aの時間が流れ、Aの空間が広がっていたと答える事が出来ます。
 それぞれが無限大の大きさと広がりを持つ「子宇宙」を無数に無限大個、その時空の中に持っているのが「母宇宙」で、母宇宙の中では、常に無数の無限大個の子宇宙が誕生して、それぞれが母宇宙の時空の中で収縮/安定/定速膨張/加速膨張などの成長を続けているのかも? こうした多数の宇宙が存在するとの考えを「マルチバース」と呼びます。

 宇宙の加速膨張が観測され、ダークエネルギー/ダークマター/超弦理論/11次元のM理論などが議論され、物理学の一大飛躍の切っ掛けとなる?
 1900年にプランクが量子論を1905年にアインシュタインが相対論を創始して現代物理学が誕生し、それまでの物理学が古典物理学と呼ばれた様に、2023-2030年に掛けて生み出される物理学は、今の現代物理学を過去のものとする、全く新しい「真新物理学」を創始し、1900-1905年頃の人に量子コンピューターや相対論的GPSの時間補正と言っても理解できないのと同様に、2023年の我々が「局所空間の通常空間における波乗り効果」と聞いても理解できない全く新しい物理理論と技術を生み出し、任意の範囲の時空を通常空間の時空の中を波乗りをする様に滑らせ、何百万光年も離れた遥か彼方の銀河に極めて短時間で人や貨物を行き来させる?
 ケプラー22bに移民宇宙船が大挙して押し寄せ、ネオ日本/ネオアメリカ/ネオ中国/ネオEU/ネオロシアなどが建国される?

 人類は、大宇宙のあらゆる向きに居住可能な惑星や衛星を発見するかテラフォーミングするなどして地球の全生物種と共に移民/移住/移植して行くべきです。そうすれば、どこかの植民星がガンマ線バーストなどで壊滅しても、他の植民星は、生き残る事が出来て、貴重な地球の生物種が宇宙から消えるのを防げます。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%B1%85%E4%BD%8F …

 宇宙では、何に遮られる事も吸収される事も無く、太陽の光が100%、365日24時間、太陽電池パネルに降り注ぎます。地球-月のラグランジュ点L₄,L₅や地球周回軌道上に宇宙太陽光発電所を建設し、太陽電池で作ったクリーンで無尽蔵で安価な電力をマイクロ波に変換して地球に送信し、地球でこのマイクロ波を受信し電力に戻して利用します。
 この電力で地球の水を電気分解し、水素と酸素を作り、この水素で水素自動車(燃料電池自動車)を走らせます。宇宙に降り注ぐ太陽の光で全ての自動車が走る「水素社会」が到来します。
 宇宙太陽光発電所を建設する為の人と資材の輸送は、「宇宙塔マスドライバー」が最適です。
http://blog.livedoor.jp/satou_hiroshi_4649/archi …

 月や火星には豊富な水があります。
https://style.nikkei.com/article/DGXMZO44158040U …
https://www.cnn.co.jp/fringe/35146771.html
https://astropics.bookbright.co.jp/korolev-crater
 この水とこれを太陽電池の電力で電気分解して得られる酸素と我々や家畜などが吐き出すCO₂で食料生産プラントで月や火星やラグランジュ点のスペースコロニーで365日24時間体制で米/小麦/大麦/大豆/コーン/野菜/果物/海藻などを栽培し、牛/豚/鶏/魚介類などを飼育/養殖すれば、地球と同様の豊かな食生活が可能です。

https://wired.jp/2018/08/10/co2-terraforming-mars/

 2045年にコンピューターの知能が全人類の知能の総力を超える/世界中の人間が束になつて挑んでも敵わなくなる「シンギュラリティ/技術的特異点」を迎え、超知能/超知性の人工知能AIが誕生する?

 全ての人の頭脳に電子チップが埋め込まれ、そのチップが脳の神経電流を読み取り、人間は考えるだけでワイヤレスで繋がった全世界の超知能AIとネットワークしてコンピューターを操作し、出力は、視神経にコンピューターの16K程度の映像信号が送り込まれ、前後左右上下の全周囲の超リアル画像と音響が脳の中に浮かび上がる? 脳が覚醒し、誰もがアインシュタインやミケランジェロの様な天才になる?
https://courrier.jp/news/archives/254484/
https://beyondai.jp/contents/projects/ikegaya/

 超知能AIと連動した人型ロボットが、一般家庭で炊事/洗濯/掃除/育児/介護/買い出し/ゴミ出しなどを熟し、医療/法曹/建築/土木/生産/流通など全業種の全職場で働き、人間には、研究開発や芸術などの限られた仕事しか残らない?
 我々は、仕事を超知能/超知性の人工知能AIとこれと連動して動く人型ロボット達に奪われ、彼らに養われて生きて行く?
 地球の隅々に広がり地球から溢れた人類は、無限のキャパシティを持つ最後のフロンティア「宇宙」に進出して行くでしょう。
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