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ロブ・シェルドン
2022/9/19 6:57
天体物理学者のイーサン・シーゲルは、どのようにして「70年前の量子力学の予言が、無から何かが創造されることで実現する」のかを説明しています。
「無から何かを得ることはできない」と言った人は、量子物理学を学んだことがないはずである。物理的な無の究極である空の空間がある限り、それを正しい方法で操作するだけで、必然的に何かが出現する原因となる。空の空間の深淵で2つの粒子を衝突させると、しばしば付加的な粒子-反粒子対が出現する。中間子を取ってクォークを反クォークから引き剥がそうとすると、新しい粒子-反粒子対のセットがそれらの間の空の空間から引き出される。理論的には、十分に強い電磁場は、たとえ最初に粒子や反粒子がまったくなくても、真空自体から粒子や反粒子を引き剥がすことができる。
以前には、このような効果を産み出すには、すべてのうちで最も高い粒子エネルギーが必要であると考えられていた。高エネルギーの素粒子物理実験や極端な天体物理学的環境でしか得られないような種類のエネルギーである。しかし、2022年の初めに、グラフェンのユニークな特性を活用すると、単純な実験室のセットアップで十分に強い電場が創造され、まったくの無から粒子-反粒子対を自発的に創造することが可能になった。これが可能であるという予測がなされたのは70年前のことで、場の量子論の創始者の一人であるジュリアン・シュウィンガーにさかのぼる。シュウィンガー効果は現在立証されており、どのようにして宇宙が真に無から何かを作るのかを教えてくれる。
残りは『Big Think』で読むことができます。略歴によると、シーゲルは「科学コミュニケーターであり、様々な大学で物理学と天文学を教えている」とのことです。彼は「確立された立場」から物理学についてのブログを書くことにかなり熟達するようになっています。彼の訴求力の一部は現状を支援することであり、それは今日の世界では主流メディアや『Nature』の社説などを意味します。そして、宇宙の起源に関しては、現状の立場は「神以外の何か」です。したがって、「無からの宇宙」を売り込むというローレンス・クラウスの工夫を提示しようとするのはイーサンにとって自然なことです。
辞書への変更
これを推進するためには、彼は「無」が意味するものについての通常の辞書的定義にかなり大きな変更を加えなければなりません。クラウスがそうして嘲笑されたようにです。新しいアイテムはグラフェンです。グラフェンはとても素晴らしく、電場から粒子を作るとされています。しかし、グラフェンは炭素原子のシートであることを指摘する必要があるでしょうか？そして、「空孔」は実際には炭素原子が立ち退いたものでしょうか？つまり、私たちは炭素原子から波動を作り、これを「無からの何か」と呼んでいるのです。本当でしょうか？
これは私たちがよく冗談で言っていた考え方の一例です。その冗談とは、「光子は存在しない。本当はダークオンがあるだけだ。懐中電灯はダークオンを吸い込んでおり、だから光線が出ていると思うのだ。信じないのか？それなら、懐中電灯から切れた電池を取って切り開いて検証してみよ。案の定、ダークオンでいっぱいの場合に期待されるように、黒くなっている。切れていたのはもちろん、これが原因だ」。
このジョークは、イーサンが使っているのと同じようなロジックを採用しています。
物質とエネルギー
素粒子物理や中間子などはどうでしょう？E=mc2というのは真実ですから、物質をエネルギーから作ることができますし、逆に、物質からエネルギーを作ることもできます。1939年にウラン原子がオットー・ハーンとリーゼ・マイトナーによって分割されて以来、私たちはこれを行ってきましたが、断片の重量は、ウラン原子よりも軽くなりました。なぜなら、ウラニウム原子を共に結びつけている力はかなり強く、したがって質量が大きいからです。しかし、質量があるのは場であり、これらの力や場を原子より小さい粒子で近似するのは、単に物理のトリックだということに注意してください。あなたが行っているのは、ポテンシャルを修正し、これらの修正を「粒子」と呼ぶことです。あなたは粒子を作っているのではなく、場を操作しているのです。
ウランの核を扱うのははるかに大変ですが、イーサンは、これらの力をグラフェンシートにおいて働かせることができると言っています。それは真実ですが、「シートをハンマーで叩いてリング状にすれば、無からフォノンを作っているのだ」と言っているにすぎません。それは無ではなく、グラフェンシートです。原子の波動を動いている「粒子」と呼びたいのであれば、あなたが本当にしているのは、無からプレスリリースを作ることです。
カシミール力
そして今度は、イーサンが引き合いに出したカシミール力についてのコメントです。これはしばしば真空仮想粒子の存在の証拠とされています。2つの導体を互いに近づけると、1/R4の引力で引き付けられます。ヘンドリック・カシミールはこれを、真空から平板の間に現れる「仮想粒子」によるものとしました。
まず第1に、仮想粒子は、場を記述する無限和を切断するための数学的なトリックにすぎません。したがって、それらは複数の意味で仮想です。第2に、仮想粒子に頼ることなくこの引力を記述する完全に有効な方法があります。1つのプレート内の電子のランダムな動きが引き起こす遷移双極子場は、他方のプレートに遷移双極子場を誘導します。したがってこの引力は、熱的不安定性によって維持される双極子-双極子相互作用です。
私の同僚に、シリコンをエッチングして小型の光学部品を作る事業に携わる人がいました。ある発明家が、カシミール力を利用して仕事をするためのデザインを持って彼のところにやって来ました。彼らは、この力に基づいて、エッチングされたシリコンの永久機関を構築しました。どうなったと思いますか？うまくいきませんでした。
別の理論物理学者も、星の光に影響を与える仮想粒子を探していました。星 (と私たちの太陽) は相関光を放出しますが、キロパーセクにおよぶ空の空間は産み出された真空仮想粒子がそれに衝突してデコヒーレンスさせるのに十分なはずです。そこで彼はデコヒーレンスを探しました。残念ながら、それもありませんでした。それで、カシミール効果を引き合いに出すことは、イーサンが熱力学を理解しておらず、「仮想粒子」の存在に自信を持ちすぎている証拠だと私は思います。
