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』
3《磁極の起源、および“電子のスピン”》
マクロの磁場は、「電荷の運動に伴って相対的に優位になる“素スピノルの共転回”(原始ヒッグス場ユニットの変形)の総和」として創発します。
(成果1 19《アンペール-マクスウェルの法則、ファラデーの法則》)
より単純に書くと、マクロ磁場は、「電荷の運動に伴って優位になる“プランクスケール磁場”の総和」として創発します。
つまり、磁場を生む磁極の起源は、電荷の運動に他なりません。
一方、『磁気モーメントの起源』には、次の2つの起源があります。
あらゆる物質の磁気モーメントの起源は、次の2つである。
1.物質内部での電荷の運動(電流) 2.素粒子が固有に持つ磁気モーメント
(ウィキペディア 『磁気モーメント』)
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※ 磁気モーメントとは、『S極からN極に向うベクトル』と『そのS極とN極の磁極の強さ』の積です。
素スピノル物理学パラダイムは、これら2つの磁気モーメントの起源は、「電荷の運動に伴って優位になる“プランクスケール磁場”の総和」として、マクロ磁場が創発しているという考えで統合できます。 それを以下に示します。
『1.物質内部での電荷の運動(電流)』の例としては、次のような電磁石の系が挙げられます。
この例においても、「電荷の運動に伴って優位になる“プランクスケール磁場”の総和」として、マクロの磁場が創発しています。
※電子は、マイナスプレオン3つからできており、それらのマイナスプレオンは、どれも左巻き素スピノル3つから構成されていますので、コイル周辺の原始ヒッグス場ユニットの中の“右巻きの素スピノル”のみが共転回しています。
※上図では、アンペールの法則に従う「優位となる“プランクスケールの磁場”」の図(紫色の円上のプランクスケール磁場)を2つだけ示してありますが、実際は、コイルの周辺のすべての領域においてアンペールの法則に従う「優位となる“プランクスケールの磁場”」が生じています。 その結果、コイルの中心において、生じる磁場(プランクスケール&マクロ)は、どれも同じ方向を向ことになります。 すなわち、プランクスケール磁場の総和として、コイルの中心に、図のようなマクロ磁場(N極とS極)が創発することになります。
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このように、電磁石においては、このマクロ磁場(N極とS極)は、コイル上の電荷の運動の働きの総和として、創発しています。
つまり、『1.物質内部での電荷の運動(電流)』は、「電荷の運動に伴って優位になる“プランクスケール磁場”の総和」として、マクロ磁場を創発しているのです。
※同様に「電荷の運動に伴って優位になる“プランクスケール磁場”の総和」として、マクロの磁場が創発していると説明できるものの例として、水素を構成する電子の軌道円運動によって生じる磁気が挙げられると思います。
それでは、もう一方の『2.素粒子が固有に持つ磁気モーメント』(≒素粒子が固有に持つ磁極の起源)の方はどうでしょうか?
従来の物理学パラダイムでは、単にその素粒子が持っている“スピン”(固有角運動量)が、磁気モーメントを担っていると考えてきました。
一方、この“スピン”(固有角運動量)は、フェルミオンの場合は1/2(厳密にはh/4π[kg・m2/s])の値であり、素スピノル物理学パラダイムによると、個々の素スピノルも、同じ大きさのスピンを持っているのでした。
だとすれば、個々の素スピノルの“スピン”(固有角運動量)が『2.素粒子が固有に持つ磁気モーメント』(≒素粒子が固有に持つ磁極の起源)を担っているようにも思われます。
しかし、この個々の素スピノルのスピンが、そのまま『2.素粒子が固有に持つ磁気モーメント』(≒素粒子が固有に持つ磁極の起源)も担っているとは考えにくいです。
その理由は、マクスウェル・アンペールの法則、ファラデーの法則と調和する形で磁場の創発を説明できなくなるからです。
しかも、ニュートリノが大きな磁極を持ってしまうことになり、観測結果と矛盾します。
※なお、これらの理由は、モノポールが存在しない理由の一部に相当しているのでした。(19《アンペール-マクスウェルの法則、ファラデーの法則》)
この個々の素スピノルの“スピン”(固有角運動量)が、『2.素粒子が固有に持つ磁気モーメント』(≒素粒子が固有に持つ磁極の起源)を担っているのでなければ、何が担っているのでしょうか?
それは、「素粒子を構成する荷電プレオン∴の軌道運動」に他ならないと考えられます。
すなわち、この「素粒子を構成する荷電プレオン∴の軌道運動」が『2.素粒子が固有に持つ磁気モーメント』(≒素粒子が固有に持つ磁力)を担っていると考えるとつじつまが合うのです。
電子を例にとってみましょう。
個々の電子は、“たとえ軌道運動をしていなくとも磁石である”と考えられています。
この個々の電子が軌道運動せずとも持っている磁極こそが、「永久磁石」や「強磁性を持つ鉄」… のマクロの磁場(N極とS極)の大部分を担っていると考えられています。 従来の物理学パラダイムは、個々の電子が磁石であることを、ふつう“電子のスピン(固有角運動量)”によって説明してきました。
素スピノル物理学パラダイムは、この個々の電子が磁石である理由(個々の電子が軌道運動せずとも磁極を持てる理由)を、下図のような、1つの電子を構成する3つのマイナスプレオンの軌道運動によって説明します。電子を構成する(マイナス電荷を持つ)3つのプレオンが「微小回路上を流れている状態(電流を生じている状態)」が、N極やS極を生じていると説明するのです。
※1つの電子が、軌道運動をしていなくとも磁石になれることを説明する図です。
3つのマイナスプレオン(左巻き素スピノルからなる)が、微小回路を軌道運動することによって、電子が持つマクロ磁場(N極やS極)が、上図の向きに創発する様子を図示しています。
なお、「マイナスプレオンが軌道運動する向き」と「微小回路の上を流れる電流の向き」は、逆です。
よって、この「電子のスピン(3つのマイナスプレオンの微小回路上の軌道運動)」においても、結局、アンペールの法則と調和する向きにマクロ磁場(N極やS極)が生じていることがわかります。
このようなしくみによって、マイナスプレオンの電荷は、半永久的に軌道運動を続けることになります。
「この、半永久的に続くマイナスプレオンの軌道運動」という描像こそが、「電子が軌道運動せずに持っている磁極の起源」を説明する幾何的モデルです。
※なお、左側の図における、紫色の矢印には、「電子のスピンが生じる電磁モーメントのS極からN極へ向かうベクトルの向き」という意味があります。
左側の図のピンク色の矢印は、電流の向きという意味を持つのに対し、右の図における、個々のマイナスプレオンが持っている矢印はマイナスプレオンの軌道運動の方向という意味を持っています。
※なお、3つのマイナスプレオンの中の2つは、常に、向きが正反対で、角運動量を打ち消し合う形になっています。
そのおかげで、電子は、スピン1/2を保てます。
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つまり、「電子が軌道運動せずに持っている磁極の起源」は、「個々の“電子のスピン(固有角運動量)”」から「電子を構成する3つのマイナスプレオンの軌道運動」へと説明しなおすことができるのです。
「電子を構成する3つのマイナスプレオンの軌道角運動量の値」の値は、次のように求まります。
電子が波動性を持つように、プレオン∴も波動性を持つと考えられます。
素スピノル物理学パラダイムによると、電子の波動性の起源は、電子と電子ヒッグス場ユニットの相互作用です。
(成果2 14《「電子と電子ヒッグス場ユニット(eHU)との相互作用》
成果3 2《電子の波動性と波動関数ψ──シュレーディンガー方程式》)
同様に、プレオン∴の波動性の起源は、プレオン∴とプレオン∴ヒッグス場ユニット(16《ヒッグス場と各種の場》)との相互作用だと考えられます。
※プレオン∴ヒッグス場ユニットとは、左巻きマイナスプレオン×2と、右巻きプラスプレオン×2からできているヒッグス場ユニットのことです。(16《ヒッグス場と各種の場》)
「プレオン∴の物質波の実体像」は、「プレオン∴とプレオン∴ヒッグス場ユニットとの相互作用による“プレオン∴の生成と消滅を繰り返す波である”」と考えられます。
このことは、1つの電子が、原子核の周辺を、電子ヒッグス場と相互作用しながら生成と消滅を繰り返す波を形成していると考えられる(14《「電子と電子ヒッグス場ユニット(eHU)との相互作用》 成果3 2《電子の波動性と波動関数ψ──シュレーディンガー方程式》)ことと相似となっています。
電子を構成する1つのマイナスプレオンの運動量をpp∴[kg・m/s]と、マイナスプレオンの物質波の波長λp∴[m]の間には、pp∴=h/λp∴[kg・m/s]の関係があります。
(h:プランク定数[J・s](=[kg・m2/s]) λp∴:マイナスプレオンの物質波の波長[m])
プレオン∴の軌道半径をrp∴[m]とすると、このマイナスプレオンの1つの軌道角運動量は、pp∴rp∴=hrp∴/λp∴[kg・m2/s]となります。
電子を構成する3つのマイナスプレオンのうち2つは、必ず打ち消し合っていますので、このpp∴rp∴=hrp∴/λp∴[kg・m2/s]の値が、そのまま電子を構成する3つのマイナスプレオンの軌道角運動量の合計(総和)に他なりません。
ここで、素スピノル物理学パラダイムは、次の仮説を立てます。
仮説2-3.1 「電子を構成する3つのプレオン∴」と「プレオン∴ヒッグス場ユニット」の間に下図のように、1つのプレオン∴あ
たり、1つだけのプレオン∴ヒッグス場ユニットが半径rp∴[m]の円周上に配置しており、それぞれ『2πrp∴=λp∴/2 の関係』を満たしている。
※なお、マイナスプレオンのうちの2つは、向きが正反対で、角運動量が打ち消し合う形になっています。
※この「1プレオン-1プレオン∴ヒッグス場ユニット」方式は、“構成要素が異なるアップクォークやダウンクォーク”にも応用できます。(ダウンクォーク=マイナスプレオン×1+反中性プレオン×2、ダウンクォーク=プラスプレオン×2+中性プレオン×1)
※なお、実際には、下図のように3つが一緒に重なっています。
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『2πrp∴=λp∴/2』より『rp∴/λp∴=1/4π』と変形でき、両辺にプランク定数をかけると h/4π=hrp∴/λp∴[kg・m2/s]の関係が得られます。
したがって、『2πrp∴=λp∴/2 の関係』が成立していることは、実は、このマイナスプレオンの1つの軌道角運動量は、pp∴rp∴=hrp∴/λp∴[kg・m2/s]の値が、ぴったり、1/2(厳密にはh/4π[kg・m2/s]に等しいことを意味しているのです。
つまり、仮説2-3.1が正しければ、「電子を構成する3つのマイナスプレオンの軌道角運動量の値」は、「電子の“スピン”(固有角運動量)の値」や「素スピノルのスピン(固有角運動量)の値」とぴったり等しい1/2(厳密にはh/4π[kg・m2/s])となるのです。
このことは、結果的に、「電子のスピン」の実体が、(電子の磁力(磁気モーメント)を担う)「電子を構成する3つのマイナスプレオンの軌道運動」であると見なしても、大きな問題がないことを意味しています。(厳密には、その実体像は、異なっていますが…)
※“電子のスピン”には、次の2つの意味があります。
1.電子の磁力(磁気モーメント)を担う“電子のスピン”
(その実体は、「電子を構成する3つのマイナスプレオンの軌道運動」)
2.電子の磁力(磁気モーメント)を担わない“電子のスピン”
(その実体は、素スピノルのスピン)
これらは数値が同一の1/2(厳密にはh/4π[kg・m2/s])なので、これらを同一視しても大きな問題がなくなります。
この1/2(厳密にはh/4π[kg・m2/s])の値は、さらに、「(波長λe[m]&軌道半径re[m]が2πre=λe/2を満たす場合の)電子の軌道角運動量の値」や「マイナスプレオンのスピン(固有角運動量)の値」、「(波長rES・[m]&軌道半径rES・[m]が2πrES・=λES・/2を満たす場合の)素スピノルの軌道角運動量」とも等しいと考えられます。
整理してみると次のようになります。
電子の軌道角運動量
(電子の波長λe[m]&軌道半径re[m]が2πre=λe/2を満たす場合) →成果4 《ゼロ点エネルギー》) |
1/2(h/4π[kg・m2/s])
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電子のスピン(固有角運動量) |
1/2(h/4π[kg・m2/s])
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マイナスプレオンの軌道角運動量
(マイナスプレオンの波長rp∴[m]&軌道半径rp∴[m]が2πrp∴=λp∴/2を満たす場合) |
1/2(h/4π[kg・m2/s])
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マイナスプレオンのスピン(固有角運動量) |
1/2(h/4π[kg・m2/s])
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素スピノルの軌道角運動量
(素スピノルの波長rES・[m]、軌道半径rES・[m]が2πrES・=λES・/2を満たす場合) |
1/2(h/4π[kg・m2/s])
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素スピノルのスピン(固有角運動量) |
1/2(h/4π[kg・m2/s])
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ここには、法則めいたものがあります。
※この法則性は、仮説2-3.1と調和しています。
※「(波長rES・[m]&軌道半径rES・[m]が2πrES・=λES・/2を満たす場合の)素スピノルの軌道角運動量」とは、1つの素スピノルあたり、1つの原始ヒッグス場ユニット(PHU)が半径rES・[m]の円周上に配置しており、『2πrES・=λES・/2 の関係』が成立して相互作用している場合に存在するものだと考えられます。詳細な検討は、今後の課題である。
※なお、一方で、このマイナスプレオンの運動エネルギー(外部)の総和が、電子の静止質量エネルギーの大部分を担っていると考えられます。このようにプレオン∴の運動エネルギー(外部)が質量エネルギーを持ちうるということは、ダークマターを考えるヒントとなります。(成果5 11《ダークマター》)
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以上により、個々の電子にしろ、強磁性をもつ永久磁石にしろ、電磁石にしろ、いずれにせよ、それらによって生じる磁場は、マイナス電荷(マイナスプレオン)の軌道運動によって生じた磁場(“プランクスケール&マクロ”)として、統一的に説明できたことになります。
すなわち、個々の電子、永久磁石、電磁石… を含め、この自然界で磁場を生んているのは、結局は、『“マイナス電荷”(マイナスプレオン)の中の「左巻き素スピノル」の軌道運動』ということになります。
※このことが、N極とS極の間の時空では、磁場を作るマイナス電荷の軌道運動の向きが同じになるので、優位となるプランクスケール磁場が増加するのみ(=“原始ヒッグス場ユニットの変形”が増加するのみ→“原始ヒッグス場抵抗”が減少するのみ)になることを支え、N極とN極(S極とS極)の間の時空では、磁場を作る“マイナス電荷の運動の向きが逆になるので、優位となるプランクスケール磁場がキャンセルするのみ(=“原始ヒッグス場ユニットの変形”がキャンセルするのみ→“原始ヒッグス場抵抗”が増加するのみ)になることを支えると考えられます。
もし、自然界で磁場を生んているもの中に、『“プラス電荷”(プラスプレオン)(by「右巻き素スピノル」)の軌道運動』があれば、そうならない(キャンセルだけは生じない)と考えられます。詳細な検討は、今後の課題です。
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