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』
6《検証実験》
理論やモデルは、検証されることによって、単なる「机上の空論」でないことを確認できます。
したがって、素スピノル物理学パラダイムについても、単なる「机上の空論」でないことを確認するためには、何らかの実験＆観察によって検証される必要があります。
幸い、素スピノル物理学パラダイムは、素スピノル熱力学の分野において、検証可能な予測（testable prediction）、しかも、従来の物理学パラダイムが思いもよらなかった予測（常識をくつがえすような予測）を提供します。
素スピノル物理学パラダイムが行う「既存のパラダイムが思いもよらなかった予測」の大筋は、次のものです。
重力子や光子（および、それらの総和である重力波や電磁波）の生成過程は、エネルギーの生成過程である。
（成果1 3《質量》）（成果3 18《ボーアの原子模型》）
よって、重力子や光子（および、それらの総和である重力波や電磁波）は、エネルギーを持ち去らない。
したがって、完全な真空状態（完全な断熱状態）に近づくほど、「（熱運動にともなって）重力子や光子を放出し続けているのに関わらず温度が下がらない状態に近づく」という傾向が確認されるはずである。
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これは、「時空が不連続であること」を前提にした予測です。
（すなわち、ネーターの定理と調和している予測です）
したがって、この予測の検証実験は、「時空が連続なのか不連続なのか」を確かめるものでもあります。
※「重力子や光子の生成過程がエネルギー生成過程であること」「時空が不連続であること」が、「従来の物理学パラダイムが思いもよらなかった予測」（常識をくつがえすような予測）に相当しています。
※なお、「エネルギーが減る（消滅する）ことを示す」次のような予測は、エネルギー保存則の適用範囲（何を閉鎖系の中に含めるか）の問題に過ぎないので、素スピノル物理学パラダイム（不連続な時空）が行う予測でもなければ、わざわざ検証実験をするまでもない予測です。
運動エネルギーの一部は、（その運動を打ち消す方向に働く）負の仕事によって完全に消滅する。
（3《エネルギー保存則）
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例えば、「木からおちたリンゴをやさしくキャッチして、静かに地面におく」だけの過程でエネルギーの消滅が起きているからです。
重力子が生成する際にエネルギーを持ち去っていないことに関する予測については、「静止質量が減らない」や「重力の法則（ニュートン＆アインシュタイン）が成立している」等の観察結果があるので、わざわざ検証実験をするまでもないことがわります。
重力子1つの放出あたり、重力子質量MG≒2×10-8/2π［kg］（≒3.2ナノグラム）だけの質量の減少が観察されていないからです。
すなわち、重力子がエネルギーを持ち去ると仮定した場合に予測される質量の減少幅は、（プランク質量あたり、9.28×1042［個/s］のペースで重力子が放出されているはずなので）実際に観察されている「温度（熱運動エネルギー）の低下にともなう、質量エネルギーの低下傾向」よりもはるかに大きいからです。
※したがって、『あらゆる物体は、温度（熱運動エネルギー）が低下すれば、同時に、（E＝mc2により）質量も減少するので、厳密に見れば、「あらゆる物体の温度の低下が重力子の放出によるものではないこと」は検証されていない（証明されていない）』という主張に対しては、わざわざ検証実験をするまでもないのであり、「あらゆる物体の温度の低下が重力子の放出によるものではないこと」は、明らかに理論的に証明できるのです。
※なお、下記を参考にして、「重力子として失った質量を、周囲から供給されるはずだ」という主張は、なり無理をしてひねり出されたことは明らかです。
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『重力波を放出している物質系は、エネルギーを外に向かって放出するはずである。したがってエネルギー保存則を考えると、この反作用として物質系の運動は減衰することとなる。それにもかかわらず、このような減衰のない振動を考えることができる。たとえば、物質系から波が外に向かって放射されるとともに、他方で中心に向かって集まってくる第2の波動場が存在する場合である。しかもこの第2の波は、第1の波によってもち去られたエネルギーと同じ量のエネルギーを、物質系に運び入れる場合である。〜』
（『アインシュタイン選集2──A9重力波について』 p.180-181） 下線は、筆者によります。
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例えば、広大な宇宙空間に浮かぶ銀河系があらゆる方向に放出する重力子と同数の重力子を、周囲の銀河によって供給されるという説明に無理があるのは明白です。
そもそも、物体は、重力子のエネルギーを吸収して蓄えることが不可能です。
重力子は、あらゆる物質を透過して進むからこそ、太陽や地球は、その質量に匹敵する重力子を宇宙空間に放出できるのです。（例えば、もし太陽や地球の中心部の質量から放出される重力子が途中の質量に吸収されて引き返すことを繰り返していたら、太陽や地球は、その総質量に匹敵する重力子を宇宙空間に放出できなくなってしまいます）
したがって、以下では、光子についての予測にしぼって、話を進めます。
光子（および、それらの総和である電磁波）の生成過程は、エネルギーの生成過程である。
（成果3 18《ボーアの原子模型》）
よって、光子（および、それらの総和である電磁波）は、エネルギーを持ち去らない。
したがって、完全な真空状態（完全な断熱状態）に近づくほど、「（熱運動にともなって）光子を放出し続けているのに関わらず温度が下がらない状態に近づく」という傾向が確認されるはずである。
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光子とは、「電荷から（エネルギー保存則を破って）生じる仮想光子が、加速や周期的な振動によって剥ぎ取られた結果、生成したもの」なので、理論上、（重力子の放出の場合と同様に）光子の放出によって温度が低下することはありえないのでした。
そして、あらゆる温度が低下が、熱エネルギーの散逸（by熱伝導＆対流）によって説明できることが、その考えを支持しているのでした。
※なお、（熱放射された）光子によって熱エネルギーを与えられた物体は、温度が上がります。
そのことは、「光子の生成過程におけるエネルギー生成」と矛盾していません。
したがって、光子が放出される際にエネルギーを持ち去らないことを証明するためには、物体の温度の低下が、（光子によるエネルギーの持ち去りによるのではなく）周囲の空気（分子）への熱エネルギーの散逸（by熱伝導＆対流）だけによることを証明すればよいことになります。
そのためには、熱エネルギーの散逸（by熱伝導＆対流）の影響を可能な限り減らしていくことで、物体の温度の低下がどうなるかを調べればよいと考えられます。
具体的にどうすれば、熱エネルギーの散逸（by熱伝導＆対流）の影響を減らすことができるでしょうか？
それは、「 高温の物体を浮かばせながら、周囲を完全な真空に近付けていく」ことによって可能となります。
つまり、『周囲が完全な真空に近付いてゆく過程で、（浮かんでいる）高温の物体の温度が、どのように変化するかを調べる』という実験をすることによって、「光子がエネルギーを持ち去るか持ち去らないか」ことを確かめることができるのです。
※この検証実験は、「“光子がエネルギーを持ち去る”ことが証明されてこなかった」ということが前提になっていることを不思議に思う方もおられるかもしれまん。
「“光子がエネルギーを持ち去る”ことが証明されてこなかった」ことは、容易に確かめることができます。
なぜなら、「100％の完全な真空」を作り出せてこなかったことを思い出せばよいだけだからです。
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『人工で作り出せる真空状態は、10-11Pa程度である。この圧力下でも1cm3に数千個の気体分子が存在することになる。外宇宙と呼ばれる銀河と銀河の間でも気体分子は存在するとされている。』
（Wikipedia 『真空』）
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「100％の完全な真空」を作り出せない以上、「あらゆる物体の温度の低下」について、熱エネルギーの散逸（by熱伝導＆対流）の影響が否定できなくなるのです。
したがって、「100％の完全な真空」を作り出せなかったので、「“光子がエネルギーを持ち去る”ことが証明されてこなかった」と結論できるのです。
《『周囲が完全な真空に近付いてゆく過程で、浮かんでいる（他の物質に接していない）高温の物体の温度の低下の様子が、どのように変化するかを調べる』実験》
従来の物理学パラダイムでは、熱の移動には、次の3つあったのでした。
1.熱伝導、2.対流、3.熱放射
※一方、素スピノル物理学パラダイムによれば、熱の移動は、『1.熱伝導、2.対流』だけであり、『3.熱放射』は、熱の生成なのでした。
確かめたいことは、「1.熱伝導、2.対流」による影響を減らすことによって（「3“熱放射”」だけによる影響に絞り込んでいくことによって）、物体の温度の低下の様子がどのようになるかです。
「1.熱伝導、2.対流」による影響を減らしてゆく（「3“熱放射”」だけによる影響に絞り込んでゆく）ためには、できるだけ完全な真空に近付けてゆく＆浮かばせる（他の物質に接しさせない）ことが重要になります。
考えられる実験の具体的な方法は、次のようなものです。
1.ある高温の物体を浮かべる（他の物質に接しないようにする）
2.その高温の物体の周囲を、できるだけ完全な真空に近付ける
3.その高温の物体の温度の低下の様子を調べる
「1.ある高温の物体を浮かべる」＆「2.完全な真空に近付ける」
下図のような装置を作ればよいでしょう。
※「浮かべる」ためには、「磁力と重力の釣り合い」を使えばよいでしょう。
すなわち、地上では、例えば永久磁石を上手に配置することで、容器に一切接触しないようにして浮かべることが可能です。
あるいは、地球の周りを周回する宇宙ステーションの中で浮かべることもできるかもしれません。
※「完全な真空に近付ける」ためには、ある高温の物体を、真空を生み出すための機械（真空ポンプ等）に接続できる「完全に密封できる、一定温度（低温）の“不透明な容器”」を用意すればよいでしょう。
※容器を開閉したり、温度計を接触させれば、当然、正確に温度を測定できません。
したがって、赤外線放射温度計の“測定口”を、はじめから容器の中に固定して、この放射温度計による測定結果の数字が、外部に表示できるようにすればよいでしょう。
※なお、容器が不透明であることによって、外部からはいってくる「光子」によって、熱エネルギーが与えられてしまう影響を遮断できます。また、容器が一定温度（低温）であることによって、容器からの放射熱の影響をなくすと同時に、高温の物体の温度の低下の様子だけを調べることができるようになります。なお、同様の理由で赤外線放射温度計の“測定口”の温度も一定温度（低温）である必要があります。簡単にするため「容器の一定の低温度」も「赤外線放射温度計の“測定口”の一定の低温度」も同じ値に設定するとよいでしょう。
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このようにすることによって、「ある高温の物体の周囲の“空気”」や「ある高温の物体の“支え”（固定器具、つり下げ器具…）」が担いうる「1.熱伝導、2.対流」による熱伝導を減らし、相対的に「3.熱放射」の影響による変化の方をメインにして観察できるようになります。
「3.その高温の物体の温度の低下の様子を調べる」
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このような系において、高温の物体からは、光子の放出（by熱放射）が続いているはずです。
『もし、「光子がエネルギーを持ち去る」のであれば、たとえ完全な真空を作り出せても、長時間後、この高温の物体の温度は、低下するでしょう。
もし、「光子がエネルギーを持ち去らない」のであれば、完全な真空を作り出すことによって、（長時間たっても）この物体の温度は低下しなくなるでしょう』
しかし、人工的に“100％完全な真空”を作ることができない以上、このような「（長時間たっても）高温の物体の温度は低下しない」という観察は不可能です。
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『人工で作り出せる真空状態は、10-11Pa程度である。この圧力下でも1cm3に数千個の気体分子が存在することになる。外宇宙と呼ばれる銀河と銀河の間でも気体分子は存在するとされている。』
（Wikipedia 『真空』）
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なぜなら、真空を作り出すための最高の技術であってさえ『1cm3に数千個』もの気体分子が存在するのであれば、上記のような実験をしても、熱エネルギーの散逸（by熱伝導＆対流）の影響（“空気を構成する分子との衝突”を介した「1.熱伝導、2.対流」の影響）によって温度が低下せざるをえないはずだからです。
つまり、完全な真空を作れない限り、「光子がエネルギーを持ち去るかどうかに関係なく」、時間系経過とともに、高温物体の温度は低下し、容器等の温度（一定の低温度）に等しくなってしまいます。
このように、「最終的に、高温物体の温度が低下すること」は、『1cm3に数百個』でも、『1cm3に数十個』でも、『1cm3に数個』であっても変わらないはずです。
（その数の変化に応じて、容器や赤外線放射温度計の“測定口”の温度（一定の低温度）に等しくなる（＝熱平衡に至る）までの所用時間は変化すると予想されますが──）
確かに、「長時間たって、高温の物体の温度が低下するかしないか」という形で検証するためには、「100％完全な真空」を作る技術が不可欠です。
※もし、「100％完全な真空」が実現できれば──
『高温の物体の温度が下がれば、熱放射（∈光子）がエネルギーを持ち去る』
『高温の物体の温度が下がらなければ、熱放射（∈光子）がエネルギーを持ち去らない』
の「どちらかが実証され、どちらかが反証される」といった形で、明確に検証できます。
※なお、思考実験では、“100％完全な真空”状態を（頭の中に、想像上で）簡単に作ることができます。
その理想的な“100％完全な真空”の中では、“分子との衝突”を介した熱エネルギーの散逸（by熱伝導＆対流）によってエネルギーが持ち去られてしまうことを、100％防ぐことができます。
そして、その想像上の、理想的な“100％完全な真空”の中で実験では、「熱放射（光子の総和）がエネルギーを持ち去さらない」（「高温の物体の温度が下がらない」）という結果に至ります。
このことは、厳密には、（想像上の）「空気の摩擦がない理想状態」ではじめて、「重力の法則」や「運動法則（慣性の法則、F＝ma）」、「力学的エネルギー保存則」が厳密に成立するということと似ていると思います。
しかし、100％の完全な真空を作れないからといって、お手上げなのではありません。
まさに、「熱平衡に至るまでの所用時間が変化する」ところを詳しく観測すればよいのです。
観測によって得られた、『「容器中の気体分子の数（∝圧力）」と「熱平衡に至るまでの所要時間T」の関係のグラフ』が、「容器中の気体分子の数（∝圧力）」が0に近づくほど、無限大に近づくことを予想させるものであれば、そのことが「熱放射（∈光子）がエネルギーを持ち去さらない」ことを確かめたことに相当すると考えられます。
（無限大に近づくということは、「100％完全な真空」状態になれば、まさに“温度が下がらなくなる”ことを意味します）
※「100％完全な真空」に相当する0（横軸）に近づくにつれて所要時間T（縦軸）が無限大に至ることを予想させるグラフとなっています。
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そして、一方、観測によって得られた『「容器中の気体分子の数（∝圧力）」と「熱平衡に至るまでの所要時間T」の関係のグラフ』が下図のように、たとえ「100％完全な真空」になったとしても有限の時間で「熱平衡に至る」ことを予想させるグラフになれば、「熱放射（∈光子）がエネルギーを持ち去る」ことだけによって、熱平衡に達しうることを確かめたことになります。
| ※「100％完全な真空」に相当する横軸で0の場所に近づくにつれて所要時間T（縦軸）が有限の値に至ることを予想させるグラフとなっています。 |
つまり、仮に「100％完全な真空」が実現できなくても、少なくとも「熱放射（∈光子）がエネルギーを持ち去るかどうか」を確かめることは、可能なのです。
以上のような検証実験によって、もし「熱放射（∈光子）がエネルギーを持ち去る」ことが確かめられたのなら、「時空が不連続である。光子の生成過程はエネルギー生成過程である」という考えは、反証されたことを意味します。
（このことによって、素スピノル物理学パラダイムは、大きな見直しを迫られるでしょう）
逆に、もし「熱放射（∈光子）がエネルギーを持ち去らない」ことが確かめられたのなら、「時空が不連続である。光子の生成過程はエネルギー生成過程である」という考えは、反証されなかったことを意味します。
（さらには、素スピノル物理学パラダイムが反証されなかったことを意味します）
このように「時空が不連続である。光子の生成過程はエネルギー生成過程である」や「素スピノル物理学パラダイム」が反証されるかどうかを確かめることができます。
従来の物理学パラダイムは、「時空は連続である。光子や重力子の生成過程のエネルギー保存性が成り立つはずである」という前提を持っていましたので、「本当に、光子や重力子がエネルギーを持ち去るかどうか」を実験で確かめようとする動機付けが、全く生まれなかったのだと思われます。
すなわち、既存の物理学のパラダイムであれば、「このような実験は、実際にやるまでもなく、結果は目に見えている」というものであったと思われます。
しかし、素スピノル物理学パラダイムは、「時空が不連続である。重力子や光子に関しては、エネルギー保存側が成り立っていないはずである」という前提を持っており、そこからの演繹により「光子や重力子がエネルギーを持ち去らないことを示す実験結果が出るはずだ」という確信に至ります。
だからこそ、この検証実験に対する動機付けが生まれるのです。
このあたりの事情は、かつて、「年周視差」や「光の進み方の曲り」が観測されてきた状況と似ています。
「年周視差」は、地動説という前提があり、演繹により「年周視差が観測されるはずだ」という確信に至ったからこそ、その観測がはじめて動機付けられて実際に観測されたのであり、一方、「光の進み方の曲り」は、アインシュタインの一般相対性理論という前提があり、演繹により「時空の曲がりによって、光の進み方も曲がるはずだ」という確信に至ったからこそ、その観測がはじめて動機付けられて、実際に、エディントンらによって観測されたのでした。
※「年周視差」が観測された状況については、次の記述がとても参考になります。
『たとえば、地球の公転を裏書きするための決定的な「事実」の一つと普通考えられている恒星の年周視差が、望遠鏡で観測されたのは一八三八年が最初である。わずらわしいが、多少数値にまで立ち入ってみれば、こうした恒星の最大年周視差（つまり、地球から最短距離にある太陽意外の恒星についての年周視差）は、約二五〇〇分の一ほどであり、一方人間の眼が最高の条件下に識別可能な最小の角度差は、約二五分の一度と言われている。一八三八年に、恒星の年周視差が、望遠鏡の助けを借りて発見できたのは、明らかに、地動説という前提が先にあって、そこからの演繹によって、視差が見つかるはずである、という確信に導かれたからであって、当然のことながら、年周視差が発見されたために、地動説（太陽中心説）が生まれたのではない。』
（『近代化学を超えて』 村上陽一郎 講談社学術文庫） 下線は筆者によります。 |
同様に、「時空は不連続である、光子の生成過程がエネルギー生成過程である」という前提が先にあって、そこからの演繹によって、「光子（by熱放射）がエネルギーを持ち去らないことを示す実験結果になるはずだ」という確信があればこそ、この検証実験が、はじめて動機づけられるのです。
逆に、従来の物理学パラダイムが持っていた「時空が連続である」という前提の元では、「真空度を変化させることによって、浮かんでいる高温の物体の熱平衡状態に至るまでの所要時間がどのように変化するか」を実験してみようという動機付けが、全く生まれようがなかったのです。
整理しますと、『周囲が完全な真空に近付く中で、（浮かんでいる）高温の物体の温度が、どのように変化するかを調べる』という実験によって、確かめることができるものは、次の2つです。
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1.「光子の生成過程がエネルギー生成過程であるかどうか」「時空が不連続であるかどうか」
（「熱放射（∈光子）が、エネルギーを持ち去るかどうか」）
2.この点について、素スピノル物理学パラダイムと従来の物理学パラダイムのどちらが見直しを迫られるのか。
（この点について、どちらが進歩するべきなのか）
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※なお、素スピノル物理学パラダイムには、『“自然（nature）から乖離した世界観”（3ステップス原理）』（特にシンプル一様化原理、幾何的な実体原理）も含まれるのでした。
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素スピノル熱力学が提供する、「熱放射（∈光子）がエネルギーを持ち去らないこと」という予測は、実験的に検証できる予測（experimentally-testable prediction）です。
しかも、この予測に対する検証実験は、比較的（未知の粒子の発見より、はるかに）低予算で可能なものだと思います。
この「熱放射（∈光子）がエネルギーを持ち去らない」という予測──
もし、この予測が外れていたならば、当然、素スピノル物理学パラダイムの素スピノル物理学パラダイムは見直しをせまられることを意味します。
しかし、もし、この予測が正しければ、素スピノル物理学パラダイムが反証されなかったのみならず、従来の物理学パラダイムは見直しをせまられることを意味します。
たとえ、この予測が正しかったとしても、その結果、決して、従来の物理学パラダイムが“ひっくり変える”というわけではありません。
従来の物理学パラダイムが進歩（成熟、深化…）し、より高い自然（nature）との調和性を獲得するのです。
「砂上の楼閣、「粗悪な材木」でできたもの…」から脱することができるのです。
※この予測が外れていた場合には、従来の物理学パラダイムが安泰となりながら、素スピノル物理学パラダイムが進歩（成熟、深化…）し、より高い自然（nature）との調和性を獲得するようになるのです。
この検証実験は、少なくとも、従来の物理学パラダイムとっても、素スピノル物理学パラダイムにとっても非常に重要な分岐点だと思います。
この分岐点は、確かに、両者に、厳しい“現実”をつきつけうるものです。
しかし、厳しい現実を突きつけられたサイドにとって、それは、進歩のチャンスなのです。
したがって、検証結果がどちらに転んだとしても、結果的には、どちらのサイドにとってもプラスとなりうるでしょう。
どちらのサイドにとっても、より高い自然（nature）との調和性を獲得できるというメリットがあります。
机上の空論にすぎないのかどうかを、はっきり判定できる検証実験が存在することは、（ときに間違いを認めなければならないという意味で）とても厳しいことである以上に、やはり、とても幸いなことなのです。
従来の物理学パラダイムにとっても、素スピノル物理学パラダイムにとっても──。
そして、両者は、今後とも共存し続けてよいのです。
※素スピノル物理学と従来の物理学は、共存し続けられることは、分子生物学が登場した後にも、従来の生物学が存続していることと似ています。
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