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』
17《ゼロ点エネルギー(零点エネルギー)》
ゼロ点エネルギーも、これまで、不確定性原理(不確定性関係)で説明されてきました。
それは、次のような記述から読み取れます。
これは、結局は不確定性原理のせいである。Δq・Δp≒hであり、単振動している固体原子は、かなり狭い空間に押し込められている。つまりΔqは小さい。とすると、相当大きい運動量Δpが期待され、そのため
E=(Δp)2/2m (6.40)
のエネルギーが、どんなに冷たい物質の中にでも、不確定なために存在するわけである。(6.40)がなぜ hν/2になるかは、直接には導き得ない。しかし、量子論においてはこのように、未決定部分があるために、ゼロ点エネルギーというものが存在する。ある物質から、熱などの形で全部エネルギーを抜き去っても、なおかつプランクスケールな意味で物質はエネルギーを所持し続けるのである。
(p.224『なっとくする量子力学』 都筑卓司 講談社) 下線は筆者によります。
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『(6.40)がなぜ hν/2になるかは、直接には導き得ない。』という部分には、“ゼロ点エネルギー(零点エネルギー)”を不確定性原理(不確定性関係)によって説明してはいますが、“ゼロ点エネルギー(零点エネルギー)”の幾何的モデルが不在であることが示されていると思われます。
この“ゼロ点エネルギー(零点エネルギー)hν/2”についても、素スピノル物理学パラダイムは、やはり、不確定性原理(不確定性関係)では説明しません。 なぜなら、不確定性原理(不確定性関係)は、やはり、本来、人間の観測事情(プランクスケールの自然(nature)とマクロの自然(nature)の関わり合い)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示す原理ではないからです。
※「不確定性原理(不確定性関係)の(プランクスケールの自然を説明するための)転用」は、自然(nature)からの乖離をもたらしうるのでした。
実際、『単振動している固体原子は、かなり狭い空間に押し込められている』や『相当大きい運動量Δp』と『ある物質から、熱などの形で全部エネルギーを抜き去っても、なおかつプランクスケールな意味で物質はエネルギーを所持し続ける』の間には、矛盾が存在しているようです。なぜなら、“個体原子の単振動そのもの”が、熱運動の例そのものだからです。しかも、運動量Δpが大きいほど、単振動(熱運動)の振幅が大きくなるはずだからです。
そのことからも、上記の「不確定性原理(不確定性関係)の(プランクスケールの自然を説明するための)転用」による“ゼロ点エネルギー(零点エネルギー)hν/2”の説明には、かなり無理があることがわかります。
それでは、素スピノル物理学パラダイムは、“ゼロ点エネルギー(零点エネルギー)hν/2”を、どのように説明するでしょうか?
“ゼロ点エネルギー(零点エネルギー)”を示す幾何学的モデルとは、何でしょうか?
ヒントは、『固体原子は、かなり狭い空間に押し込められている』『(6.40)がなぜ hν/2になるかは、直接には導き得ない。』『ある物質から、熱などの形で全部エネルギーを抜き去っても、なおかつプランクスケールな意味で物質はエネルギーを所持し続けるのである』にあります。
まず、「電子の零点エネルギー」について、考えてみましょう。
こりまで電子について説明した中で、最もエネルギーが低く、最も狭い空間に押し込められた状態は、1s軌道でした。
それは、下図のようになります。
※1s軌道の場合、電子の波長は、λ1[m]です。
2πr=λ1[m]より 、1波長進むことによって、円を一周することになります。
これは、2つの電子ヒッグス場ユニットの間を電子が軌道運動し続けている状態です。
なお、たった1つの円だけを軌道運動し続けるわけではないのでした。決定論的なカオスにより、微妙に軌道を変化させながら、軌道運動するために、球状の空間を網羅することになるのでした。
以上が、1s軌道が生む電子雲が創発するしくみでした。
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ボーアの原子模型では、1s軌道よりも小さな軌道を考えることはできません。 しかし、素スピノル物理学パラダイムの原子模型では、さらに小さい軌道を考えることができます。
それを“0s軌道”と呼ぶこととします。
この“0s軌道”は、2πr=λ1/2 となるものであり、それは下図のようなものです。
※関わる電子ヒッグス場ユニットが、1つだけとなっています。
2πr=λ1/2[m]より 、電子が、λ1/2[m]が1つ分進むだけで、円を一周しています。1つの電子ヒッグス場ユニットの中(orごく近辺)で電子が軌道運動し続けている状態です。
これも、やはり、たった1つの円だけを軌道運動し続けるわけではりません。決定論的なカオスにより、軌道を微妙に変化させながら運動し続けるために、球状の空間を網羅することになります。
これが、“0s軌道”が生む電子雲が創発するしくみであると考えられます。
※なお、水素原子の中で、実際に“0s軌道”を取ることは不可能だと考えられます。なぜなら、水素原子の中心部に原子核(陽子──クォーク×3つ)が存在し、それらが、1つの電子ヒッグス場より、大きいと考えられるからです。
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これは、電子を構成するマイナスプレオンのもっとも小さな軌道、スピン角運動量がh/4πとなるときの条件と似ています。
(成果2 3《磁極の起源、および“電子のスピン”》)
このことは、電子におけるこの「2πr=λ1/2」という条件こそが最も小さな軌道であり、“スピン”に似た性質を持ち、ほとんど軌道運動しない(熱運動をしない)状態に相当していることを示唆しているように思われます。
すなわち、「軌道角運動量が、h/2πの整数倍であるのに対して、スピン角得運動量が、h/2πの半整数倍であること」と、「“ゼロ点エネルギー(零点エネルギー)”でのみ、エネルギーが(E=hνの)1/2となること」は、関連していると考えられます。
すなわち、「1s、2s、3s…」という軌道において、電子が2つの“電子ヒッグス場ユニット(eHU)”と相互作用する“軌道運動”とちがい、“0s軌道”が電子がたった1つの“電子ヒッグス場ユニット(eHU)”と相互作用する“スピン様運動”であることが、“0s軌道”において半整数のE=hν/2[J]となる理由を示していると考えられます。
以上のような「たった1つの電子ヒッグス場ユニット(eHU)と相互作用し合いながら単振動を繰り返し、“スピン様運動”が持続している状態」が、素スピノル物理学パラダイムが示す、電子のゼロ点エネルギー(零点エネルギー)E=hν/2[J]の幾何的モデルです。
※この“ゼロ点エネルギー(零点エネルギー)”が“スピン運動に近い状態”に相当するということは、場所をほぼ移動しないこと(軌道運動(公転運動)をしないこと)を意味しており、“熱運動”とも関係なくなります。
すなわち、“ゼロ点エネルギー(零点エネルギー)”は、絶対0度でも、存在し続けることになります。
以上のことは、『かなり狭い空間に押し込められている』や『ある物質から、熱などの形で全部エネルギーを抜き去っても、なおかつプランクスケールな意味で物質はエネルギーを所持し続けるのである』というような“ゼロ点エネルギー(零点エネルギー)”が持っているべき性質と調和しています。
しかも、不確定性原理(不確定性関係)を全く用いない説明です。
(すなわち、「不確定性原理(不確定性関係)の、プランクスケールの自然(nature)の説明手段としての転用」が存在しない説明です)
この“ゼロ点エネルギー(零点エネルギー)E=hν/2”の幾何的モデルは、電子についてのみならず、プレオン∴、クォークやニュートリノについても同様に、考えることができます。
そして、特に、クォークの“ゼロ点エネルギー(零点エネルギー)E=hν/2”の幾何的モデルを用いれば、“ゼロ点エネルギー(零点エネルギー)E=hν/2”を持っている『かなり狭い空間に押し込められている』個体原子を説明できます。
個体原子を構成している陽子や中性子が、スピン様運動をする“ゼロ点エネルギー(零点エネルギー)E=hν/2”を持つクォークによって、担われていると理解すればよいのです。
これにより、『単振動している固体原子は、かなり狭い空間に押し込められている』や『相当大きい運動量Δp』と『ある物質から、熱などの形で全部エネルギーを抜き去っても、なおかつプランクスケールな意味で物質はエネルギーを所持し続ける』の間にある矛盾も解消できます。
※なお、個体原子を構成している電子は、取りうる最低のエネルギー順位で、この原子核の周囲を軌道運動し続けていると考えられます。もし、エネルギー順位が上がっていれば、熱を持っている(熱エネルギーとしてのエネルギー散逸が可能である)ことになるからです。
※なお、光子や重力子に関する“ゼロ点エネルギー(零点エネルギー)E=hν/2”は、考えにくいです。
なぜなら、たった1つの原始ヒッグス場ユニットとだけ相互作用し続ける光子や重力子の幾何的な実体像を考えることができないからです。 このことは、素スピノル物理学パラダイムは、“ゼロ点エネルギー(零点エネルギー)E=hν/2”を持つものは、スピン1/2のフェルミオンに限るということ、すなわち、光子や重力子の“ゼロ点エネルギー(零点エネルギー)は、実在しないこと示していることを意味しています。
※なお、“電子のスピン”は、実は、マイナスプレオンの“ゼロ点エネルギー(零点エネルギー)E=hν/2”の総和に相当するものだったことになります。 (成果2 3《磁極の起源、および“電子のスピン”》)
このことも、「軌道角運動量が、h/2πの整数倍であるのに対して、スピン角得運動量が、h/2πの半整数倍であること」と「“ゼロ点エネルギー(零点エネルギー)”でのみ、エネルギーが(E=hνの)1/2となること」が関連していることを示唆しています。
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