電荷の起源について

Question

現在までの物理学において、電荷の起源ついて解明されていますか？
力学の質量しかり、電磁気学の電荷や磁荷しかり、いままで盲目的に直観的にとらえてきましたが、いざ電荷とは何かと考えたときに果たして何なのだろうと思いまして。

それとも考える必要はないのですか？
あるかないかはどうでもよくて、あると仮定してやったらうまくいくからそれでいいじゃない！
みたいな感じで。

現代物理学のもののとらえ方的には、これから先研究される可能性はあるんですかね？
回答お願いいたします。

ngkdddjkk · Accepted Answer

No.1さんが無意味な問いと仰っているのは、すべての論理体系は仮定から始まるという論理学の前提があるからです。

物理学は仮定に電荷を取り入れた以上、何らその存在性について言及できないのです。

ngkdddjkk · Answer

No.7です。補足です。

ある意味、「この文は嘘である」といった自己言及のパラドックスのようなものです。

ngkdddjkk · Answer

No.2、4です。

まず、論理体系が矛盾か無矛盾かのどちらかになります。矛盾するなら論理体系は破綻していることになります。
ゲーデルの不完全性定理ですが、無矛盾であればその体系内で発生する問題のなかに、体系内では証明も反証もできないものが存在するというものです。
私はこれに対し、仮定の存在性はその体系内で証明も反証もできないものと考えています。


古典力学や相対性理論だけでは質量の存在は仮定で、電磁気学では電荷の存在が仮定になります。
そのままなら、質量や電荷の存在性については言及できないのですが、量子力学を組み合わせて、場の概念に量子を用いた素粒子物理学によってヒッグス粒子の存在が予言され、実験的な発見(確実？)に至ったわけです。

すなわち質量の起源を見いだしたわけです。

いろんな考え方をミックスして、より根元的な理論(もちろんこれにも仮定を含みます)を作り、その近似として古典力学が得られるようにしています。この時、包含関係として表されるため、質量に対してより細かい意味を持たせることはできますが、完全に存在性までは示せません。
現に、ヒッグス粒子が質量の起源を与えていたとしても、ヒッグス粒子自体なぜ存在するかわかりません。

つまり、質量に対して一定の理解を与えたとしても、さらに根元的なものの存在性がわからない状態で取り残されてしまうのです。

ereserve67 · Answer

ANo.3です．追記をということで．

電荷とか素粒子とかの起源というのはやはり「そんなものだ」程度に受け止めておくのがいいですね．TVとか本を読むといろいろなことが書いてあるし，それなりに面白いと言う人は多いのですが，想像力がとどかない話が多いので，いわゆる「トンデモ」に発展しそうなこともあります．だから，あまり深入りしないことです．

どうしても知りたければ，ここで質問するより，プロが書いたものを読んだりするのがいいです．

cozycube1 · Answer

お礼、ありがとうございます。#1です。

>質量が与えられる起源の研究があるのなら、同じような概念である電荷について、電荷が与えられる起源というのは研究されていないのかなと思いまして。

質量は慣性質量と重力質量があります。ヒッグス機構が関与するのは慣性質量のほうです。重力質量は重力子（グラビトン）を突き詰めることになるでしょうが、基礎となるべき理論（量子重力理論等）は、なんとかなる目途は立っていません。

マクロでも、重力で電磁気力が同一の形式で記述できるのは遠距離力としてまでです。電磁気力（電磁気学）は、遠距離力で記述していては極めて不完全で、近接作用での場の理論に書き直して、ようやく発展しました。

マクロな重力理論で、近接作用で記述したのは、一般相対論が最初で、今も他の候補理論を圧倒して本命です。電磁気学のようには、簡単に行かないことは、もう明らかです。

電磁気気力と重力は、もし簡単に理解しておくとしたら、別物と思っておいた方がいいかもしれません。

>電荷が与えられる起源は解明されているのか

宇宙の最初の様子が分かれば、ある程度、何がどう振る舞って、こういう宇宙になったかは分かるでしょうね。

原子核内といった近距離で主となる力は『強い力』と『弱い力」、遠距離で働くのは『電磁気力』と『重力』で、宇宙にある『力』は、今のところこれら4つとされています。

この4つは、宇宙誕生時には一つの力であったと考えられています。時間が経つにつれ、だんだんと4つに分かれていったとされています。

これは予想というレベルで、その理論が未だにできないので、詳しくは分かりません。4つでなく、2つといったレベルなら、ある程度は理論ができていて、多少は分かっています。

いずれは、4つを一つにまとめた力についての理論はできるでしょうね。そうなれば、どのように電荷が分かれて出て来たかも、分かって来るでしょう。ただし、「どうして電荷があるのか？」ということは、まず間違いなく分かりません。

それは物理学が、物事の振舞いを調べるものだという、学問の性質です。数式から、確かめようのないことを、あれこれ解釈してみる程度のことはあるでしょう。それは、今までもありました。それも物事の振舞いについてだけです。

物事の根源といったことは、物理学の範囲外です。そういったものは、何をどう定義するのかすら、極めてあいまいで、厳密に数式ベースで記述する物理学には向いていません。

ngkdddjkk · Answer

あまり身も蓋もないこと言うと混乱を招きそうでやめておいたんですが、素粒子物理学とかいう回答があったんで敢えて言っておきます。

結局のところ、数学であれ、物理であれ、哲学であれ…全部論理学を基本としています。
論理学の定理で、ゲーデルの不完全性定理というものがあります。調べてみてください。

この定理があるが為に、人間の作り出した学問という学問は永久に完結を見ないのです。
もっと言ったら、ものの存在性については聞かれても一切誰も答えられないのです。

学問という学問は、未来永劫現在進行形のままです。

ereserve67 · Answer

電荷などは素粒子の持つ属性のようなものではないでしょうか．

一方，E=mc^2と言う式から分かるようにエネルギーというのは物理的実在そのものです．エネルギーが様々な物質粒子や力の場という形をとります．粒子と場は相互作用（エネルギーや運動量のやりとり）をしますが，その相互作用の強さを決めているのが電荷などの属性だろうと思います．

電荷とは何かと言う前に，電荷をもつ電子などの素粒子とは何かという問いの方が根源的だと思います．素粒子には電荷の他にスピン，カラ―など様々な属性が見つかっています．それらはそれぞれの素粒子の相互作用などを特徴づけるものとなっています．

湯川秀樹が開いた素粒子物理学は様々な素粒子をみつけてきて，様々な属性が見つかりました．あまりに種類が多く，これは整理しなければということで坂田昌一，ゲルマンらが整理し，現在の標準理論が出来上がっているわけです．この理論はかなり成功はしているものの，実験から決めなければいけないパラメータが多すぎてとても究極の理論とは言えないことが分かっています．

現代物理学は常に現在進行形です．私たちが恩恵を被っている自動車，飛行機，電気，電子などの物理は前世紀までに十分完成していますからそれはそれでよいのですが，非日常のことを扱う現代物理学は本当にいろいろ変わっています．だから，これからどんどん新しいアイデアがでてくると思いますよ．研究者たちはそれこそがエキサイティングと言っています．

我々素人はそれを読んで聞くしかありませんが，それでも十分面白いと思います．

cozycube1 · Answer

>それとも考える必要はないのですか？

その通りです。物理学では「電荷とは何か？」は無意味な問いです。

ミクロの粒子は電荷という量を持つことがあり、そういう粒子が作る電場や磁場の強さは電荷に比例し、また粒子が電場や磁場の中で受ける力も電荷に比例する。それだけです。

電荷の起源について

No.1さんが無意味な問いと仰っているのは、すべての論理体系は仮定から始まるという論理学の前提があるからです。

No.7です。

No.2、4です。

ANo.3です．追記をということで．

お礼、ありがとうございます。

あまり身も蓋もないこと言うと混乱を招きそうでやめておいたんですが、素粒子物理学とかいう回答があったんで敢えて言っておきます。

電荷などは素粒子の持つ属性のようなものではないでしょうか．

>それとも考える必要はないのですか？

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