SAMPO FRUITS logo 小
by 木岬さんぽ
【研究】

研究論文
プランクスケールの自然についての幾何的モデルの探究が生む驚異的な成果
素スピノル物理学概論

ロの
    

研究論文
『プランクスケールの自然についての幾何的モデルの探究が生む驚異的な成果』


素スピノル物理学概論



 スピノル(spinor)とは、1/2の大きさのスピンを持つ「スピンする実体(実在するもの)」です。
 電子、クォーク、ニュートリノなどの素粒子も、スピン1/2ですのでスピノルの一種です。(陽子もスピン1/2ですのでスピノルの一種です)

 素スピノルは、スピノルの一種です。
 この素スピノル(elementary spinor)とは、「最も根源的なスピン1/2のスピンする実体(実在するもの)」として考えられたものです。
 “スピノル”の一種である他の「電子や陽子…」とはっきり区別するために、より根源的なスピノルを“素スピノル”(elementary spinor)と呼ぶことにしました。

 “素スピノル”(elementary spinor)は、物質未満の実体であり、時空の材料にもなります。
 すなわち、この素スピノルという最も単純な実体を材料にして、物質(電子、クォーク…)のみならず、時空が創発することを説明できます。


 素スピノル物理学とは、“素スピノル”(elementary spinor)というより深いレベルから、さまざまな物理現象(観測)や物理学理論(量子物理学、重力理論、素粒子物理学…)を説明する物理学です。

※それは、分子生物学が、“分子(機能性高分子…)”というより深いレベルから、さまざまな生命現象や生物学理論(細胞学、発生学、遺伝学、進化論…)を説明する生物学であることと似ています。


 つまり、素スピノル物理学は、次の仮説を前提としている物理学です。

 仮説0.0 (時空や物質を含む)あらゆる物理的な実体や、(時空現象や物質現象を含む)あらゆる物理的な現象は、素スピノル(elementary spinor)の自己組織化によって創発してきている。



 この仮説0.0によれば、時空の起源、物質の起源は、素スピノルに他ならないことになります。
 (厳密には、時空の起源が素スピノルで、物質の起源が時空です。 成果2 19《物質の起源──10億対“10億+1”の割合での反物質に対する物質の優位性》

 そもそも、なぜ“スピノル”だったのでしょうか?
 それは、ペンローズ氏による&ループ量子重力理論における「時空は、“スピンネットワーク”によってできている」という考えをヒントにしたからです。
 このヒントと、3ステップス原理の1つ、シンプル一様化原理を考え合わせ、なんらかの“根源的なスピノル”の自己組織化によって、「時空」や「重力子、光子などのボソンや、クォークやレプトン(電子…)などのフェルミオン」を含めた、あらゆる物理的な実体や、それらのふるまいを含めた、あらゆる物理的な現象が創発するだろうと考えたからです。

※“スピンネットワーク”の考えから、ペンローズ氏が“ツイスター理論”を発展させているのに対し、こちらは素スピノル物理学を発展させていることになります。


 この仮説0.0によると、個々の素スピノルは、物質未満の存在であり、時空を作る材料であると同時に、ボソンやフェルミオンを作る材料でもあることになります。

※この素スピノルという、いわば究極の量子の自己組織化によって、あらゆる多様な実体や現象が創発することを説明しようとしていますので、素スピノル物理学には、やはり、「要素還元主義」の本質と「“複雑系の科学”(自己組織化、創発…)」の本質が共存していることになります。
 (参考 論文3『要素還元主義の成果を包含する“複雑系の科学”の本質』

 素スピノル物理学によれば、この素スピノル(elementary spinor)は、下に述べるような3つの基本前提を持っています。
 これらの3つの基本前提の組み合わせによって、さまざまな実体や現象が創発することを、視覚的な幾何的モデルとして、明確に説明できるようになります。

基本前提1 素スピノルは、一辺が1プランク長(≒10-35m])の立方体の中心を占めながら、互いに規則的に結びつく。
     ((ランダムではなく)規則的に、フラクタルなネットワークを作ります)
基本前提2 個々の素スピノルは、1/2のスピンを持ち、右巻きと左巻きの2種類ある。
     (したがって「パウリの原理(排他律)」にしたがいます。この性質により“転回”が駆動されます)
基本前提3 複数の素スピノルは、ときに共転回する。(共転回原理)


基本前提1

素スピノルは、一辺が1プランク長(1LP[m])の立方体の中心を占めながら、互いに規則的に結びつく。


 この基本前提1の根拠の1つは、「ループ量子重力理論の結論」です。(成果4 10《素スピノルループ量子重力理論》
 素スピノル物理学パラダイムは、ループ量子重力理論が導いた、次のような結論と調和しています。

 『体積には絶対的な最小単位があり(1立方プランク長≒10-105m3)』という飛び飛びの値しか取らない。

 『面積にも最小単位があり(1平方プランク長≒10-70m2)』という飛び飛びの値しか取らない。

 『まず、スピンネットワークが実在し、それが、われわれの眼に連続的な空間があるように見える』

 『典型的には、1個のノードがおよそ1立方プランク長の体積に、1本の線がおよそ1平方プランク長の面積になる』

 (参考 『時空の原子を追うループ量子重力理論 L.スモーリン 別冊日経サイエンス149 or 186』)
cm→mへと単位を変えました。1プランク長(1LP[m])≒10-35m]です。

※なお、同じ参考文献の中の『スピンネットワークの大きさや複雑さを制限するものは原理的には何もない』という記述と素スピノル物理学パラダイムは調和していないと考えられます。なぜなら、素スピノル物理学パラダイムは、シンプル一様化原理やフラクタル相似の原理を含む3ステップス原理(3Steps Principles)によって、スピンネットワークの可能性を“制限する(絞り込む)”からです。


 この基本前提1が示すことは、素スピノルどうしの間の距離には、1プランク長(1LP[m])という、これ以上近付くことができない限界(最小の距離)がある、ということです。
 この性質を素スピノルが持っているということは、各素スピノルどうしが、完全に結びついたりはしないこと、すなわち、各量子(重力子、プレオン∴、原始ヒッグス場ユニット…)が、“つぶれてしまわない”ことを意味します。

重力子
プレオン∴



原始ヒッグス場ユニットの“4面体”
原始ヒッグス場ユニット由来の
「縮みきり“4角形”」


 ※各立方体の一辺が1プランク長(1LPm)になっています。


 上で図示した重力子やプレオン∴、原始ヒッグス場ユニットは、複数の素スピノルが規則的にネットワークを作っている(結びついている)例です。
 その例には、光子も含まれます。

光子

※なお、最小の光子は、素スピノルどうしの間隔が1プランク長(1LPm])のものです。


 それらの例の中で、原始ヒッグス場ユニット(PHU(=Primordial Higgs(field)Unit))は、“時空の基本構造”に相当しています。
 その“4面体”を、やや詳しく幾何的モデルとして示すと次のようになります。

原始ヒッグス場ユニット(“4面体”)
※素スピノルのペアのそれぞれが“連星”のように互いにクルクルと回り合うことが示されています。“連星”のように互いにクルクルと回り合っているおかげで“場所を固定させる(移動させない)”という重要な性質を獲得すると考えられます。(→成果1)

※原始ヒッグス場ユニットは、「縮みきり“四角形”」の状態になったり、「変形している“4面体”」の状態になったり、さまざまに変形します。(→成果1)

 この原始ヒッグス場ユニットという時空の基本構造が複数集まることによって、原子ヒッグス場という時空が創発することになります。
 よって、この原始ヒッグス場という時空も、複数の素スピノルが規則的にネットワークを作っている(結びついている)例ということになります。
 この原始ヒッグス場という時空の中で、個々の「重力子や光子」、あるいは、それらの総和であるところの「重力場(or重力波)や電磁場(or電磁波)」が生成することを説明できます。(→成果1)

※この原始ヒッグス場は、重力場や電磁場のみならず、四次元時空連続体、“質量を与えるヒッグス場”、“(非物質的な)新しいエーテル”… を担う実体でもあります。つまり、原始ヒッグス場は、「重力場や電磁場、四次元時空連続体、“質量を与えるヒッグス場”、“(非物質的な)新しいエーテル”」を統合する実体でもあるのです。(→成果1)


 一方、それらの例の中で、プレオン∴(参考 成果2)は、“物質の基本構造”に相当しています。
 プレオン∴という“物質の基本構造”が3つ集まることで、クォークやレプトンが創発します。
※このときに創発するクォークは、アップクォークやダウンクォークです。また、このときに創発するレプトンは、電子や反電子ニュートリノ等です。

 このことを、素スピノル物理学は、次のような幾何的なモデルで表記します。

プレオン∴
クォーク&レプトン
(アップクォーク、ダウンクォーク、
電子、反電子ニュートリノ…)
素スピノルのネットワーク
素スピノル物理学の表記
簡略表記

∴ ∴

※プレオン∴が、3つの素スピノルから生成していることが示されています。
 また、クォークやレプトンが、3つのプレオン∴から生成していることも示されています。
 なお、アップクォークやダウンクォークが3つ集まることで、陽子や中性子が創発するのでした。
 このように3倍3倍のように規則的に創発することは、フラクタル相似の原理と調和しています。

※なお、“3つ”になると(三体問題から類推されるように)“決定論的なカオス”としてふるまうと考えられます。この性質は、重力場や電場の創発の際にも役立ちます。



基本前提2
 個々の素スピノルは、1/2のスピンを持ち、右巻きと左巻きの2種類ある。

  この基本前提の根拠は、各種のスピノル(電子、陽子…)において、スピン1/2が観測されていることです。

  素スピノルには、右巻きの素スピノルと、左巻きの素スピノルの2種類あります。

素スピノル
左巻き
右巻き
L
R

※ピンクの曲がった矢印は、素スピノルがスピン(自転)する向きを表します。青い矢印は、素スピノルが軌道運動(移動)する向きを示しています。
 素スピノルが軌道運動(移動)する方向を基準にして、どっち向きにスピンするかによって、右巻きか左巻きかを決めることができます。

※左巻きか右巻きかの区別は重要なので、覚えやすい区別の仕方として、「左手の人差し指を素スピノルの移動方向として、それを左側(外側)にひねろうとする方向にスピンするものが左巻き、右手の人差し指を素スピノルの移動方向として、その人差し指を右側(外側)にひねろうとする方向にスピンするものが“右巻き”である」というものを紹介しておきます。

※素スピノル物理学においては、ブルーの矢印が示す向きは、いわゆる「“スピンの向き”(上向きか、下向きか)」を意味していません。
 したがって、素スピノルがひっくり返ったとしても(
“ひっくり返る”ことを“転回する”と呼ぶこととします)、例えば、右巻き素スピノルは、右巻き素スピノルのままであることを次のように表記できます。

素スピノルの転回
右巻き
右巻き
※転回しても、“右巻き”は“右巻き”のままです。

※個々の素スピノルは、質量を持ちません。
 成果1で述べるように、質量(重力子の放出源として働き続ける能力)も、質量を与えるヒッグス場も、素スピノルのネットワークとして創発するものです。


 なお、スピンは、単純に、足し算や引き算ができます。
 例えば、原始ヒッグス場ユニットは、“左巻き素スピノルのペアと右巻きの素スピノルのペア”からなる“4面体”であり、図のような配置になりますので、総スピンは0(=スピン0)となります。 左巻き素スピノルどうし、右巻き素スピノルどうしのスピンする向きが逆となって打ち消し合う結果、プラスマイナス0となっているからです。


原始ヒッグス場ユニット(“4面体”)
素スピノルのネットワーク
素スピノル物理学の表記
スピン
0


 3つの素スピノルから生成するプレオン∴は、総スピンが1/2(=スピン1/2)になります。やはり、一部の素スピノルどうしのスピンの向きが逆となって打ち消し合っているからです。

プレオン∴
クォーク&レプトン
(アップクォーク、ダウンクォーク、
電子、反電子ニュートリノ…)
素スピノルのネットワーク
素スピノル物理学の表記
スピン
1/2
1/2


※厳密には、左図はすべて左巻き素スピノルから生成しているマイナスプレオン、右図はマイナスプレオン3つから生成している電子の図に相当しています。

 同様に、スピン1/2のプレオン∴が3つから生成するクォークや電子も、総スピンが1/2(=スピン1/2)となます。

※なお、クォーク3つから生成する陽子や中性子も、同様に、総スピンが1/2(スピン1/2)になります。

※一般に、フェルミオンは奇数個の素スピノルで構成されており、ボソンは偶数個の素スピノルで構成されています。 すなわち、スピン1/2の電子やクォークは、奇数個の素スピノルからできており、スピン2の重力子(グラビトン)やスピン1の「光子、グルーオン、ウィークボソン」、スピン0の「ヒッグス場ユニット」は、偶数個の素スピノルからできています。
 素スピノルは、1/2のスピンを持ちますので、電子や陽子と同様にフェルミオンの一種です。したがって、素スピノルは、パウリの排他律に従います。この性質は、転回を駆動します。

 例えば、左巻き素スピノル3つから生成する負電荷を持つマイナスプレオンにおいて、常に、パウリの排他律に従って転回が駆動され続けることになります。これが電荷の起源です。(→成果2)

マイナスプレオン∴
素スピノルのネットワーク
素スピノル物理学の表記
スピン
1/2



基本前提3 複数の素スピノルは、ときに共転回する。(共転回原理)

 この基本前提3の中の共転回の根拠の1つは、“量子もつれ(エンタングルメント)”が観測されていることです。

 この基本前提3(共転回原理)のおかげで、さまざまな“量子もつれ(エンタングルメント)”の現象を説明できることになる(→成果3)のみならず、光子や重力子や、各種の弦の生成も説明できるようになります。

 “共転回する”とは、「総スピンが一定のまま、ともに転回する」ということです。
 規則的にネットークを作っている(結びついている)、1つ1つの素スピノルは、ときに共転回します。

※総スピンが1のまま、共転回している様子を示しています。

※なお、図の例では、スピン1/2の素スピノル2つが、スピンする向きが同じになっていて打ち消し合わない配置になっていますので総スピンが1となり続けています。 これは光子に相当しています。(→成果1)


 この“共転回”のしくみは、まさに“共転回原理”と呼ぶに値するほど、素スピノルの振る舞いを説明する上で、重要なしくみです。



 これら3つの基本前提によって、光子や重力子、質量や電荷、重力場や電磁場、各種のヒッグス場、クォークやレプトン… を含め、あらゆる実体や現象が創発することを説明できるようになります。

 例えば、スピンの2の重力子やスピン1の光子を、素スピノール物理学パラダイムは、次のような幾何的モデルで説明できます。

光子
重力子(グラビトン)
素スピノルのネットワーク
素スピノル物理学の表記
簡略表記
・・
: :
スピン
1
2
※これらが、波として、光速で移動していくことになります。
 例えば、光子を構成する2つの素スピノルは、総スピンが1のまま、共転回を繰り返します。
 (成果1 1《光子の波》

※重力子は、光子2個分が並走したものに相当しています。
 重力子を構成する4つの素スピノルは、総スピンが2のまま、共転回を繰り返します。
 (成果1 2《重力子の波》

※なお、この表記は、弦理論において、光子を「スピン1の開いたループ」、重力子を「スピン2の閉じたループ」と説明していることと調和しています。(成果4)


 同様に、時空(原始ヒッグス場…)、重力場、電磁場、単純な“物質〈クォークやレプトン〉”のみならず、「 時空の曲り、重力と電磁気力の統一、標準モデルの3世代までのクォークやレプトン、量子ゆらぎ、電荷、色荷、グルーオン、ウィークボソン、電子場(電子の波動性)、クォーク場、アンペールの法則、ファラデーの法則… とは何か? どのように生じるのか?」も含め、さまざまな物理的な問題、あらゆる物理的な現象(観測結果)についても、幾何的モデルを用いて説明していこうとするものが素スピノル物理学なのです。

 そして、これらの1つ1つの説明は、素スピノル物理学パラダイムにおける、(クーンが述べたところの)“パズル解き”に相当しているのです。


木岬さんぽ

                     



To Page Top


©2016-2019 KIMISAKI SAMPO