電磁相互作用と重力相互作用が現象論的な形の上で類似している理由とそれについての参考文献を教えてください

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A 回答 (3件)

何をもって理由とするのか、が難しいですね。



力を媒介する粒子の質量(静止質量)がm≠0であるとき
力は距離が遠ざかると、距離の指数関数で減少します。
(湯川型相互作用といいます。英語の教科書にもYukawaと書かれています)

力を媒介する粒子の質量がゼロだと
力は距離が遠ざかると、距離の2乗で減少します。

素粒子間の力の減少の仕方は、指数か逆2乗か2種類しかありません。
それは、質量が正とゼロの2種類しか無いことに対応しています。

ただし、ここで2種類と言ったのは、実際の反応を構成している基本的な反応(素過程)の事です。実際の素粒子間の反応は(つまり実験結果は)、構成要素の多数の加算になります。その様子はファインマン図(例えば http://planck.exblog.jp/17590248/ )で表されます。ファインマン図の頂点が粒子の出会いの場所を示し、頂点間の線が反応の構成要素を表します。

結果として、実験で衝突させる素粒子間に働く力は、素過程である指数や逆2乗より複雑です。
また、原子間や分子間に働く力も、指数や逆2乗より複雑です。

光と重力は逆2乗則が実験で確かめられているので、その媒介粒子(光子、重力子)は質量がゼロになります。

ここで、上記では逆2乗則から出発して質量ゼロを結論しましたが、「光子と重力子は共に質量ゼロなので逆2乗則になる」という言い方もできなくはないです。しかし、質量ゼロが直接実験で確認できないので、上記「」内の言い方は誤っている気がします。
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>式の形が似ている理由が知りたいのですが教えてください。


今のところ素粒子物理学はこの理由には到達できていません。

重力相互作用と電磁相互作用のゲージ粒子(グラビトン(未発見)と光子)の
どちらも質量が0ということにすると相互作用の形は似ることになりますが、
これは順序が逆で今のところ経験則から
2つの相互作用が似ていることがわかっているので、
それに合うモデルを考え、理論を構築しようとしているだけです。

素粒子物理学者は、この理由に迫るために残りの強弱2つの力も含めた
4つの力を統一した理論を作ろうとしています。
したがって、参考文献はメジャーなところだと超弦理論の専門書が出ていますが、
マイナーなものは論文に目を通すしかないと思います。

tidus さんがどういった立場の方かわからないのですが、
これらを読むためには結構な量の知識がなければ大変ですよ。
場の理論や相対論、標準理論などはもちろん
数学的な知識として群論やトポロジーなども必要です。
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点電荷もしくは質点同士の間の力が距離の自乗に反比例することを説明すればよいのでしょうか?とすれば、「ガウスの法則」がキーワードになります。


参考文献はすぐには思い当たりませんが大学の学部生向けの電磁気の教科書をぱらぱらとめくれば参考になるかと思います。

この回答への補足

ありがとうございます。点電荷もしくは質点同士の間の力が距離の自乗に反比例することを説明するのではなく、式の形が似ている理由が知りたいのですが教えてください。

補足日時:2001/09/13 22:21
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