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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
素スピノル物理学パラダイムの重要な成果
『時空と物質とライフの起源─自然科学のための3ステップス的諸原理─』Contents
概論
論文1『物質やライフの生成過程が持っているフラクタル構造』
論文2『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』
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』
付録『科学について』
あとがき

    




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』

素スピノル物理学パラダイムの
重要な成果


 このページでは、素スピノル物理学パラダイムの重要な成果の要点をまとめてあります。
 (なお、図等を含めた詳細については、各リンクページにおいて示してあります)

◎「重力」と「(電荷&磁極についての)クーロン力」を統合できました。
 かつてアインシュタインが実現を目指した“統一場理論”の答えの1つがここにあります。例えば、「ニュートンの万有引力の法則と 「(電荷)クーロンの法則」は、次のようなシンプルな数式で量子化でき、統合的に理解できます。

ニュートンの万有引力の法則
電荷のクーロンの法則
元の数式
F=GMm/r2[N]
F=kQq/r2=Qq/4πε0r2[N]
“素スピノル物理学
パラダイム表記”
F=(NMNmEG/4πn2×(1/2LP)[N]
=(Mc2/4πn2)×(1/2LP)×(m/MG)[N]
F=NQNq(hc/4LP)×(1/4πn2)×(1/2LP[N]
=(aQc2/4
πn2)×(1/2LP)×q/QE)[N]
共通項
c : 光速[m/s]
 h : プランク定数[J・s](
6.626×10-34J・s]
 LP : プランク距離[m](
1.616×10-35[m])
 r : 中心からの距離[m]
 n : 距離rが2LP[m]の何個分かを示す数(中心からの距離をrとしたときr=2nLP[m]となる)
各項の説明
 M : 質量[kg]、 m : 質量[kg]
 G : 重力定数
  ※G[N・m2/kg2
  =2πc3LP2/h=c2LP/MP[m3/s2kg]
 MG : 重力子質量[kg]
  ※MG=MP/2π[kg]
 MP : プランク質量[kg]
  ※MP=h/2πcLP[kg]
 EG : 重力子エネルギー[J]
  ※EG=MGc2=EP/2π[J]
 EP : プランクエネルギー[J]
  ※EP=hc/2πLP[J]
 NM : 質量Mが重力子質量MGの何個分かを示す数
    NM=M/MG[個]
 Nm : 質量mが重力子質量MGの何個分かを示す数
    Nm=m/MG[個]
 Q : 電荷[C]、 q : 電荷[C]
  k :静電気力の定数(真空中)
 ε0:真空の誘電率  ε0=1/4πk  ※μ0ε0=1/c2
 Q E: 当量電荷[C]─『厚さ2LP[m]の球殻に、常に
  「hc/4LP[J]」のエネルギー蓄えることのできる電荷』
  QEh/2cμ01/2=e/2α1/2=qP/2[C]
 (α : 微細構造定数1/137 μ
0 : 真空の透磁率[N/A2
   qP : プランク電荷[C])

 NQ : 電荷Qが当量電荷QEの何個分かを示す数
     ※NQ=Q/QE[個]
 Nq : 電荷Qが当量電荷QEの何個分かを示す数
   ※Nq=q/QE[個]
 a : 変換定数 a=π2MG/QE≒3.64×1010[kg/C]
  これを Qc2[ C・m2/s2]に乗ずることによって、
  その単位を[J]に変換できます。
 すなわち、 aQc2[kg/C][ C・m2/s2
    =aQc2[ kg・m2/s2]=aQc2[J]となります

これらの“素スピノル物理学パラダイム表記”の式は、単に、重力やクーロン力を量子化しているのみならず、電場や重力場(時空の曲がり)がどのようにして生じ、それがどのように力として働くか、すなわち、ニュートンの万有引力の法則がどのようにして成り立つのか(一般相対性理論がどのようにして成り立つのか)、クーロン力がどのようにして生じるのかを説明しているものでもあります。
 なお、磁極についても同様に示すことができます。

磁極のクーロンの法則
元の数式
 F=Qmqm/4πμ0r2[N]
“素スピノル物理学パラダイム
表記”
 F={NQmNqm(hc/4LP)/4πn2}×(1/2LP
(bQmc2/4πn2)×(1/2LP)×(qm/QmE)[N]
各項の説明
 c : 光速[m/s] h : プランク定数[J・s] LP : プランク距離[m]
 r : 中心からの距離[m]
 n : 距離rが2LP[m]の何個分かを示す数(中心からの距離をrとしたときr=2nLP[m]となります)

 Qm:磁極[Wb] qm:磁極[Wb]  ※(仮想的な)“点磁極”です
 
μ0:真空の透磁率  μ0=4π×10-7[N/A2]  ※μ0ε0=1/c2
 QmE: 当量磁極[Wb]─『厚さ2LP[m]の球殻に、常に「hc/4LP[J]」
   のエネルギーを蓄えることのできる磁極』
  QmE=(h/2cε01/2=(qP/2)×(μ0/ε01/2[Wb]
 ε0 : 真空の誘電率[C2/N・m2] μ0 : 真空の透磁率[N/A2]、qP : プランク電荷[C])
 NQm : 磁極Qmが当量磁極QmE[Wb]の何個分かを示す数  ※NQm =Qm/QmE[個]
 Nqm : 磁極qmが当量磁極QmE[Wb]の何個分かを示す数  ※Nqm =qm/QmE[個]
 b : 変換定数 b=π2MG/QmE≒9.67×107[kg/Wb]
  これを Qmc2[ Wb・m2/s2]に乗ずることによって、その単位を[J]に変換できます。
   すなわち、bQmc2[kg/Wb][ Wb・m2/s2
    =bQmc2[kg・m2/s2]=bQmc2[J]となります。


◎重力子1つが持つエネルギーはEG=EP/2π[J]であることが計算で求まりました。
  (EP : プランクエネルギー=hc/2πLP [J])
 重力子は、「波長2LP[m](2プランク長)の光子2つが並走するもの」に相当すると考えるとつじつまが合うことがわかりました。
質量とは、「重力子の放出源として働き続ける能力」であり、 電荷や磁極とは、「仮想光子の放出源として働き続ける能力」であると定義するとつじつまが合うことがわかりました。

※質量が大きいほど、重力子の放出源として働き続ける能力が高くなります。
 また、質量を持つ物体に近づくほど、重力子の存在数の密度も高くなります。
 なお、「重力子の存在数の密度が高いほど、空間が膨張し時間の流れがスローダウンする」ことが、“時空の曲がり”の実体です。
◎質量エネルギーを構成する静止質量エネルギーと運動エネルギー)は、運動エネルギー(内部&外部)として、統合できることがわかりました。
※なお、熱エネルギーも、運動エネルギーとして統合できます。
成果1
質量のみならず、電荷や磁極、重力子や光子、仮想光子も、それぞれにエネルギーを持っている以上、質量とエネルギーは、100%等価ではないことがわかります。すなわち、「あらゆる質量は、エネルギーである」は正しいが、「あらゆるエネルギーは質量である」は自然(nature)から乖離していることがわかります
成果1
◎電磁場、重力場、時空の曲り、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”を担う実体は、いずれも「原始ヒッグス場ユニット(PHU(=Primordial Higgs(field)Unit))の総和」(=“原始ヒッグス場”)であると統合的に説明するとつじつまが合うことがわかりました。
成果1
『マクロレベルで運動する物体は、その運動にともなって新たに重力子をその運動方向にのみ放出し、その成果、運動方向の時空が、「空間が膨張し、時間の流れがスローダウンする」ように変化する』ことにより、光速度不変の原理、ローレンツ収縮、マイケルソン・モーレーの実験成果、連星パルサーの観測結果… を説明できることがわかりました。
 したがって、このしくみを担う場(“非物質的なエーテル”すなわち、原始ヒッグス場)を支持するものとして、マイケルソン・モーレーの観測結果を再解釈できます。
 この説明によって、双子のパラドックスは、根本的に解消します。
成果1
「運動する物体が放出する重力子」によって、「なぜ、ニュートンの運動の第一法則(慣性)や第二法則(F=ma)が成り立つのか?」を説明できることがわかりました。
 すなわち、剛体が運動エネルギーを持つのに伴って、剛体の運動の進行方向への「重力子の放出源として働き続ける能力」を獲得する成果、「流れるプール効果」が生まれるために、等速運動が実現するのです。

 同じしくみによって、「なぜ、物質の質量エネルギーがmc2[J]で、物体の運動エネルギーはmv2/2[J]なのか?(なぜ、両者が似ているのか?)」も説明できます。
成果1

◎なぜ、「ローレンツ収縮」が生じるのかを説明できました。
 すなわち、「ローレンツ収縮」が生じるのは、剛体が運動エネルギーを持つのに伴い、(『剛体の運動方向への「重力子の放出源として働き続ける能力」の増加による、時空の膨張の効果』と、『剛体の運動の逆方向への「重力子の放出源として働き続ける能力」の減少による、時空の収縮の効果』により)、剛体の周辺の時空がトータルで膨張するからであると説明できました。
 つまり、ローレンツ収縮の式は、「時空の膨張の効果と、時空の収縮の効果の相乗平均」の逆数として解釈できます

 (剛体の運動方向に生じる)「時空の膨張」と(剛体の運動の逆方向に生じる)「時空の収縮」の2つの効果は、それぞれ、c/(c−v)と、c/(c+v)で表されます。
 単純に、これら2つの効果の相乗平均をとってみますと
   (c/(c−v)×c/(c+v))1/2  =(c2/(c2−v2))1/2 = (
1/(1−(v/c)21/2
 と、ぴったりローレンツ収縮の効果を示す式の逆数になります。よって、運動する剛体を収容する時空がトータルで膨張する成果、ローレンツ収縮が生じると説明できるのです。

成果1
マクスウェルの4つの方程式が、どのようなしくみで成り立つのかを説明する、幾何的モデルが得られました。
 すなわち、4つの方程式について、“素スピノルの共転回”の総和によって、統一的に説明できました。
成果1
◎(イメージができないと言われてきた)“光と波の二重性”を説明する、単一の幾何的モデルが得られました。
  そこから、1つ1つの光子が振動数や波長を持つ様子が読みとれます。
  また、「どのようにして、光子が光速で進んでいくか? 光子(電磁波)&電磁場とは、何か?」を説明できました。
成果1
◎時空が不連続であるので、仮想光子のみならず、重力子や光子も、重力波や電磁波も、エネルギー非保存の所産であっても問題ないと説明できました。
 このことは、ネーターの定理と調和しています。なぜなら、ネーターの定理は、「時空が連続である場合に、エネルギーや運動量が保存すること」、すなわち、「エネルギーや運動量が保存しないときは、時空が不連続であること」を示してくれる定理だからです。
※例えば、質量エネルギーは、重力波(放出される重力子数の変化として創発)を放出することによって、エネルギーが持ち去られて減少することはなく、電荷エネルギーや磁極エネルギーは、電磁波(放出される光子の総和として創発)を放出することによって、エネルギーが持ちさられて減少することはないと説明できます。
成果1
◎ある物体を構成する電子やクォーク(アップクォーク&ダウンクォーク)の数をそれぞれ、N電子、Nクォークとすれば、この物体が光速に至る場合、獲得する運動エネルギーは、単純に、3(N電子+NクォークEG/2[J]で求まることがわかりました(重力子エネルギーEG=MGc2[J]=MPc2/2π=EP/2πMGは重力子質量、MPはプランク質量、EPは、プランクエネルギー)。
※よって、例えば、電子は、(me+3MG/2)c2[J]の質量エネルギー(me:電子の静止質量 MG:重力子質量)に近づくことになり、光速の99.99…%の速さに達することを説明できます。
成果1
◎二ュートン重力理論におけるGが一般相対性理論で2Gになることを「重力場のエネルギーが質量になる」という非線形の考えを用いずに
 それは、重力ポテンシャルエネルギー利用して獲得した運動エネルギーが新たな質量エネルギーとしてカウントされるからです。
成果1

◎重力場そのものは、線形であると説明できました。
 やはり、「(重力子の総和であるところの)“重力場”」は、質量(重力子の放出源として働き続ける能力)を持っていないからです。すなわち、“重力場”は、重力子を放出する源として働き続ける場所ではなく、重力子が通過する場所に過ぎないからです。

◎アインシュタインの重力場方程式がどのようなしくみで成立するのかを説明できました。
 例えば、アインシュタイン方程式の右辺そのものが、すでに“曲率”に相当することがわかりました。

アインシュタイン方程式の右辺−kTμνの成分
≒−(NM2n)×(1/r2)(≒−(NM/4πn)×(1/r2)) 
右辺kTμνの中の各項
−(Mc2/EG)×(1/π2n)[無次元]
(≒−(Mc2/EG)×(1/4πn)[無次元])
(1/r2)[cm-2
(∝[1/m2])
各項の意味
「自由落下運動によって、
消すことができる時空の曲がり」
[重力ポテンシャルエネルギーのカーブ
に比例する“時空の曲り”]
「自由落下運動によって、消すことが
できない時空の曲がり」
「半径rの球面のガウスの曲率K(スカラー曲率R)
に相当する“時空の曲り”」
各項の「時空の曲がり」を生じる原因
「重力ポテンシャルエネルギー」の変化
のカーブそのもの

=『質量(静止質量エネルギーと
運動エネルギーの和)が放出する
「重力子&「縮みきり“4角形”」」
の総和が創発するものの1つ』
 「球状の形」

=『質量(静止質量エネルギーと
運動エネルギーの和)が放出する
「重力子&「縮みきり“4角形”」」
の総和が創発するものの1つ』
各項と関連するもの
等価原理、計量gμν、潮汐力の一部
「自由落下する2つの物体が互いに近づく現象」(潮汐力の一部)

◎電荷Q[C]が持つエネルギーは、E=aQc2[kg・m2/s2]=πNQEP/2[J]≒Q×3.2772×1027[J]と計算で求まりました。
  a : 変換定数  a=(hμ
0/8cLP21/2[kg/C]≒3.6455×1010[kg/C]
   NQ : 電荷Qが当量電荷QEの何個分かを示す数 NQ= Q/QE
  QE : 当量電荷 QEh/2cμ01/2= e/2α1/2=qP/2 (α : 微細構造定数1/137 qP : プランク電荷)
  EP:プランクエネルギー[J]  c : 光速[m/s]  h : プランク定数[J・s]  LP : プランク距離[m] μ
0 : 真空の透磁率[N/A2

 ※これは、アインシュタインが示した“質量が持つエネルギーの式E=mc2”の“電荷版”に相当します。
  このことは、質量がエネルギーを持つのと同様に、電荷もエネルギーを持つこと、すなわち、質量は、エネルギーの一種に過ぎないことを意味しています。

 ※上式により、1クーロンは、およそ3.2772×1027[J]ものエネルギーを持つことが計算で求まります。
    (QE=9.3757×10-19[C]、EP=1.9561×109[J]、π=3.14159として)
 ※なお、仮想的な磁極m1[Wb]が持つエネルギーは、E=bm1c2[kg・m2/s2]≒m1×
8.698×1024[J]で求まります。
  (b : 変換定数 b=(hε0/8cLP21/2[Cs/m2] ≒9.678×107[Cs/m2])

 ※このことは、たった1つの電子にも、電子の質量エネルギー(≒0.5MeV≒8.1×10-14[J])よりも、はるかに大きな、“電荷エネルギー”および“磁極エネルギー”が詰まっていることを意味します。
(しかし、電子を分解することによって、その大きなエネルギーを取り出して利用することは、不可能です。なぜなら、少なくともハイゼンベルクの不確定性原理(不確定性関係)が成り立っているからです。さらには、クォークが閉じ込められている以上の力で、プレオン∴が閉じ込められているからです)
◎どのようなしくみで、電荷や磁極の間に働く力が、引力や斥力となるかが説明できました。
◎「電荷、色荷とは何か?」を説明できる、幾何的モデルが得られました。
 すなわち、電荷も色荷も、ともに、パウリの排他律によって、駆動されて生じる共転回であることがわかりました。

 このモデルによって、抽象的な“ゲージ原理”で説明された現象が、具体的に、どのようにして成り立つかを説明できました。 
◎なぜ、ニュートリノは左巻きだけで、反ニュートリノは右巻きだけなのかを説明する、幾何的な実体像(視覚的な描像…)が得られました。
◎「グルーオンを介する強い力」が1次的な力だとすると「中間子を介する陽子や中性子を結びつける核力」が2次的な力であると見なせるのと同様に、「プレオン∴を閉じ込める「LP光子を介する“原始的な力”」が1次的な力だとすると「ウィークボソンを介する弱い力」が2次的な力だと見なせることがわかりました。
※すなわち、この「LP光子を介する“原始的な力”」が1次的な力だとすれば「ウィークボソンを介する弱い力」が2次的な力であるという関係は、「グルーオンを介する強い力」が1次的な力だとすれば「中間子を介する中間子力」が2次的な力であるという関係とフラクタルな相似であることがわかりました。
◎原始ヒッグス場以外にも、プレオン∴ヒッグス場、電子ヒッグス場、クォークヒッグス場、ニュートリノヒッグス場という各種のヒッグス場を考えるとつじつまが合うことがわかりました。
※このモデルにより、弱アイソスピン、物質波(電子やクォークの波動性…)、ニュートリノ振動、「グルーオンの集積したひも」…を説明できます。
各種のヒッグス場は、同様の“4面体”の基本構造を持つユニットの総和として説明できます。
成果2
◎2012年に発見が発表された“ヒッグス粒子”の由来は電子ヒッグス場を構成する「電子ヒッグス場ユニット(eHU)」であるという結論が出ました。(→成果2)
※これにより、発見が発表された“ヒッグス粒子”の質量エネルギーが「なぜ予想より1016倍も小さいか」が説明できます。すなわち、予想された“ヒッグス粒子”の質量エネルギーとは、原始ヒッグス場ユニット(PHU)を「縮みきり“四角形”」に要するエネルギーであったと考えるとつじつまが合います。
成果2
◎「標準モデルの第1世代、第2世代、第3世代」とは何かを説明できるモデルが得られました。
※それによると、3つの世代はフラクタルをなし── 次の世代は、1つ前の世代の“粒子2つと、反粒子1つ”を組み合わせてできたもの、すなわち、各種の四極子から1つだけを取り除いたものに相当しています。
◎(磁気モーメントを生む)電子のスピンが何なのかを説明できました。
 すなわち、(磁気モーメントを生む)電子のスピンとは、電子を構成する3つマイナスプレオンの軌道運動であると説明できました。
◎「10億の“物質&反物質のペア”の対消滅に対して1つの割合で物質が生き残った」定性的な理由を説明できました。
 すなわち、ビッグ・バン直後のような高温高密度の状態の中で、「衝突によって頻繁に粒子と反粒子の対生成が起きる」のにともなって、「対称的に高世代まで(少なくとも第3世代まで)合成が進み、(CP対称性の破れによって)非対称的に分解されること」を何度も繰り返した結果、「物質が反物質より、(10億+1)対10億の割合で優位となった」と説明できました。
 よって、「対称的に高世代が作られては、非対称的に崩壊して低世代に戻ること」の繰り返しがカギの1つだったことになります。
◎「仮想粒子とは何か? 不確定性原理が、なぜ成り立つのか? 対消滅・対生成の実体とは何か? 光子や電子を1つずつ投入しても縞模様が観測されるのはなぜか?」を説明できました。
※それは、シュレーディンガー方程式や、ハイゼンベルグの不確定性原理、ディラック方程式という抽象的な数式についての、自然(nature)と調和した解釈、すなわち、幾何的な実体像(視覚的な描像…)が得られたことを意味します。
※なお、不確定性原理(不確定性関係)(例えば、「ΔX ・ΔP ≧  h/4π(ΔE・Δt ≧  h/4π)」で示される)は、プランクスケールの自然(nature)は、本来、人間の観測事情を示す原理であり、プランクスケールの自然(nature)がどのようにふるまうかを決めるのは、“(単振動振幅)確定性原理”(例えば光子の場合、「ET=h pλ=h」で示される)です。つまり、不確定性原理(不確定性関係)は、本来、プランクスケールの自然(nature)の振る舞いの原因にはなりえず、プランクスケールの自然(nature)そのものがランダムネスに支配されているわけではないことになります。 
◎実在論、非局所性、決定論に基づく、素スピノル量子物理学の基礎を構築できました。
※これにより、コペンハーゲン解釈(重ね合わせの原理&確率解釈)で説明しうるような現象が成立するのかも説明できます。
 すなわち、その本質は。「決定論的カオス」に基づいて、決定論的なサイコロが振られていることです。
◎ゼロ点エネルギーに相当するのは何かを説明できました。
 例えば電子の場合、ゼロ点エネルギーとは、電子がたった1つの電子ヒッグス場ユニット(eHU)と相互作用し続ける状態に相当すると説明できました。
◎「プランク定数、プランク距離、プランク質量、プランク時間… とは何か?」を説明できました。
◎「“原始的な力”(byLP光子)、弱い力、強い力(byグルーオン)、核力(by中間子)」と「電磁気力、重力」の両者は、互いに別種の力であることがわかりました。
※「“原始的な力”(byLP光子)、弱い力、強い力(byグルーオン)、核力(by中間子)」は、互いにフラクタル相似の関係を持ち、近い距離だけで働く湯川型(キャッチボール型)の相互作用を介して働く力です。
 一方、「電磁気力、重力」は、遠い距離でも働く重力場(by重力子)や電磁場(by仮想光子)を介して働く力です。「電磁気力、重力」は、フラクタル相似の関係を持たず、湯川型(キャッチボール型)の相互作用を介さないで働く力です)
 このように、両者は、全く異なるタイプの力なのです。
◎弦理論の弦には、1次弦(量子もつれ)、2次弦(「LP光子の集積したひも」)、3次弦(「グルーオンの集積したひも」)があると考えるとつじつまが合うことがわかりました。
◎ マルダセナの対応は、ホログラフィック原理を反映するものではなく、フラクタル相似の原理を反映するものであるという結論に至りました。 成果4
◎新しいブラックホールの生成過程を含め、一般に、重力による、分散した物質(粒子、天体…)の配置の集中する過程(コンパクト化)でエントロピーが減ることがわかりました。
※なお、重力子は、エントロピーを持ち去りません。よって、((ホライズン面積)/(2LP2の数に相当する)「ブラックホールからの重力子の放出数」の増加は、エントロピーの増減とは無関係であり、「面積増大定理」を反映するものです。
◎弦理論とループ量子重力理論の関係を統合的に説明できました。
弦理論の弦(1次弦)の両端や腹には、素スピノルが存在すると考えられ、スピンネッワークにおける最も基本的な“ノード”が、素スピノルに相当すると理解できます。
◎ダークマターの幾何的モデルが自然に導かれました。
 すなわち。ダークマターとは、「プレオン∴×4の“4面体”」であると説明するとつじつまが合うことがわかりました。
※これにより、銀河の中の天体の運動を説明できます。
※これにより、インフレーションを引き起こす、インフラトンの幾何的な実体像は、「プレオン∴×4の「縮みきり“4角形”」」であると説明できます。
 この「プレオン∴×4の「縮みきり“4角形”」」が高速で分散することがインフレーションに相当し、「プレオン∴×4の「縮みきり“4角形”」」から開放されるエネルギーがビッグバン(ファイヤーボール)のエネルギーに相当すると説明できます。
 また、「プレオン∴×4の「縮みきり“4角形”」」のフラクタルな分散が宇宙の大規模構造の起源であると説明できます。
◎宇宙(時空)が加速膨張しているしくみを、ダークエネルギーを用いずに自然に説明できました。
 すなわち、宇宙(時空)が加速膨張しているように観測される原因は、『“重力ポテンシャルエネルギーによる物質(天体…)のコンパクト化”にともなう物質(天体…)の周囲の時空の膨張』に他ならないと説明できました。
◎熱エネルギーと質量エネルギーが統合できました。
 ともに、その本質は“運動エネルギー”です。
成果6
◎エネルギー保存則やエントロピー増大の法則の適用範囲(成立条件)がわかりました。
成果6


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