研究論文
『“現代物理学”の危機を解消する新しい手段の紹介』
6. “4つの力の統一”（4つの力の創発の歴史）について
4つの力とは、次の4つである。
重力
電磁気力
強い力（強い相互作用、本来はグルーオンを介する力であり、π中間子を介する力も含む）
弱い力（弱い相互作用、EMOES（素スピノルからの創発モデル）によると、本来は、LP光子を介する力であり、ウィークボソンを介する力も含む）
これらの“4つの力の統一”に関連して、次の2つのテーマについて説明する。
1. 力の相似性、重力＆電磁気力の特異性、ワインバーグ・サラム理論
湯川型の相互作用とは、力を伝える（キャッチボールされる）ボゾンによって生じているものである。
この湯川型の相互作用を支える、力を伝える（キャッチボールされる）ボソンの構造には、“×3（3倍）”のタイプの“フラクタルな相似性”が認められる。 （→付録3）
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ボソンのフラクタル（×3）
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×3 |
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×3 |
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ウィークボソン
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∴ ∴
∴ ∴ ∴ ∴
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π中間子
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∴ ∴
∴ ∴ ∴ ∴
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これらのボソンは、各種の“力”を創発する。
これらを整理すると、「（グルーオンを介する）強い力が1次的な力だとすれば、（π中間子を介する）核力が2次的な力である」と言えるように── 「（LP光子を介する）“原始的な力”が1次的な力であるとすれば、強い力、弱い力が2次的な力で、（π中間子を介する）核力が3次的な力である」と見なせることは、先に述べた。（結果2）
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1次的な力
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2次的な力
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3次的な力
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グルーオン
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ウィークボソン
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∴ ∴
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∴ ∴
∴ ∴ ∴ ∴
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∴×2
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（∴×3）×2
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“原始的な力”
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強い力＆弱い力
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核力
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電子、ニュートリノ、クォーク…
グルーオン、ウィークボソンを生成 |
強い力は、陽子、中性子、中間子… を生成
弱い力は、各種の粒子の種類を変える。 |
陽子や中性子といった核子どうし
を結びつけ原子核を生成 |
※（ LP光子を介する）1次的な力の所産であるグルーオンやウィークボソンを介して、2次的な力が生まれ、
（グルーオンを介する）2次的な力の所産である中間子を介して3次的な力が生まれていると見なせる。 |
1次的な力 by LP光子
（プレオン∴同士を結びつける力）
（グルーオンを生成する力、レプトンやクォークを生成する力、ウィークボソンを生成する力でもある）
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2次的な力 byグルーオン、ウィークボソン
（クォーク同士を結びつける力、クォークやレプトンを変える力）
（中間子の生成する力、陽子や中性子を生成する力、核種を変える力でもある）
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3次的な力
（陽子や中性子同士を結びつける力）
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※ウィークボソンとπ中間子は、見た目は似ている。
例えば、 W-ボソン とπ-中間子は、次のように構成されている。
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W-ボソン
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π-中間子
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| ＝電子＋反電子ニュートリノ |
＝ダウンクォーク＋反アップクォーク |
※反粒子を便宜上、アンダーバーで示している。
しかし、一見似ているが、W-ボソンがLP光子を介在して構成されているのに対して、 π-中間子は、グルーオンを介して構成されているという大きな違いがある。
※もし、ウィークボソンがグルーオンを介して構成されていたのならば、弱い力も、3次的な力であると言えたであろう。 しかし、実際は、ウィークボソンの構成要素である電子やニュートリノは色荷を持たず、LP光子を介して構成されていると考えられるので、やはり、2次的な力であるということになる。
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このような1次的〜3次的な力が持っている関係は、“フラクタル相似の原理”に従っており── 「“力の理論的な統一”の一種である」と言うこともできると思われる。
しかし、もし“力の統一”の定義が「力の大きさが同じになること」であるならば、これを“力の統一”を意味していると言うことはできないだろう。
一方、「電磁気力と重力」の統一は、ともに「原始ヒッグス場抵抗の減少量」によって説明されるので（結果1）、そういう意味で、力の大きさを含めた“力の統一”を意味していると言える。
それでは、1次的〜3次的な力、すなわち、「LP光子を介する“原始的な力”、ウィークボソンを介する弱い力、グルーオンを介する強い力、中間子を介する核力”」と、「電磁気力と重力」の関係は、どうなっているのだろうか？
「“原始的な力”、弱い力、強い力、核力」は、いずれも── 「“湯川型の相互作用”を支える、力を伝える（キャッチボールされる）ボソン」によって創発する力である。 いずれも、“短い距離でのみ働く”という共通点を持っている。
一方、「電磁気力と重力」は、EMOES（素スピノルからの創発モデル）によれば、結果1、結果2でも述べたように── やはり、いずれも原始ヒッグス場の上で創発する力であり、ともに“無限遠方の距離まで働きうる”という共通点を持っている。
比較すると次のようになる。
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力
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「“原始的な力”、弱い力、強い力、核力」
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「電磁気力と重力」
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ボソン
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LP光子、ウィークボソン、グルーオン、中間子
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仮想光子、重力子
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ボソンの性質
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「“湯川型の相互作用”を支え、
力を伝える（キャッチボールされる）」
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ファラデー＆マクスウェルやアインシュタインが考えた
“近接作用”を支え、電磁場や重力場を作る
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働く範囲
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“短い距離でのみ働く”
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“無限遠方の距離まで働きうる”
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重力や電磁気力は、あくまで、「重力子や仮想光子が生じる“原始ヒッグス場ユニットの“4面体”の変形”の総和」である“場”（重力場、電磁場）を介して伝わる力であり、“ボソンのキャッチボール”（湯川型の相互作用）によって生じる力ではないということになる。
例えば、電磁気力は、本来、ファラデーが考え、マクスウェルが定式化したように、あくまで“場”を介して伝わる力である。
EMOES（素スピノルからの創発モデル）によれば、静電気力は、（仮想光子の総和から生まれる）電磁場（すなわち、原始ヒッグス場ユニットの変形（の総和））として創発しているものである。 したがって、EMOES（素スピノルからの創発モデル）によれば、 “仮想光子の交換”によって、電磁気力が生じているとは、言えないのである。（→結果1、2）
しかし、「素粒子物理学の標準模型」や「場の量子論」の教科書の中では、ほぼ例外なく「電磁気力は、（仮想）光子のキャッチボール」によって、生じると説明されている。
これは、なぜか？
キャッチボールであると見なして計算しても、結果的に、部分的に、うまくいったからである。
そして、電磁気力が「光子のキャッチボール」で生じると説明する方が、他の、弱い力や強い力等と、統一的に説明しやすくなったからである。
（そして、電弱統一理論（ワインバーグ・サラム理論）が成功したからである）
それは、すなわち、「光子のキャッチボール」の描像の方が、“ゲージ原理”という抽象的で強力な手段とマッチするからとも言える。
そのことは、次の記述からも読み取れる。
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『電磁相互作用、強い相互作用、弱い相互作用そして重力は全てゲージ理論として統一的に理解できる。いわゆる「4つの力」全てゲージ理論とみなせるのである。素粒子物理では粒子がケージ・ボソンを放出し、それをもう一方の粒子が吸収して力を及ぼし合うと考えることが多い。これを力がゲージ・ボソンにより「媒介される」と通常いう。力は相対論的には場として理解するのが自然であり、場は量子化すると粒子の言葉で説明できるからである』
（p.79『素粒子物理学』 原康夫・稲見武夫 青木健一郎 著 朝倉書店）
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確かに、抽象的な数学（抽象的な数式、ゲージ原理…）を駆使することによって、形式上、重力や電磁気力も“ボソンのキャッチボール”と“見なす”ことができるかもしれない。
しかし、自然（nature）の中で、電磁気力や重力が、実際に“ボソンのキャッチボール”によって生じていると考えることは、抽象的な数学（抽象的な数式、ゲージ原理…）の濫用（誤用）であるおそれがある。 すなわち、自然（nature）は、重力や電磁気力を生み出すために、実際は“重力子や光子のキャッチボール”を採用していないおそれがあるのである。
その理由を3つ挙げる。
1.EMOES（素スピノルからの創発モデル）は、自然（nature）が“重力子や光子のキャッチボール”を採用していないことを示している。
“重力子や光子のキャッチボール”が、重力や電磁気力を生み出すのではなく── 質量や電荷が生み出した重力子や仮想光子が、重力場や電磁場を創発し、それらの場の状態にしたがって、他の質量や電荷が運動するのである。
この描像は、「電磁気力は、電磁場（電場や磁場）を介して生じている」という、ファラデーやマクスウェルの描像（業績）、「“時空の曲がり”が重力を生む」と考えたところのアインシュタインの描像（業績）とも調和している。
2.“ボソンのキャッチボール”は、短い距離でのみ働くと考える方が自然である。
重力や電磁気力は、無限遠まで伝わることを含めて、 1次的〜3次的な力、すなわち、「“原始的な力、弱い力、強い力、核力”」とは、明らかに、根本的に性質が異なっていると考える方が自然である。
3.重力や電磁気力が“重力子や光子のキャッチボール”によって生じていないというEMOES（素スピノルからの創発モデル）においては、重力と電磁気力の統合、重力場の量子化（すなわち、一般相対論と量子論の統合）を容易にできる。
すなわち、抽象的な数学（抽象的な数式、ゲージ原理…）を駆使し、具体的な数学（具体的な幾何、具体的な数式…）を切り捨てたからこそ、これらが困難になってしまったおそれがある。
※3.の意味では、重力と電磁気力──“重力場の理論と電磁場の理論だけの統一”の方が、理にかなっており、比較的易しいと言えると思われる。
（実際、結果1で示したように、（高校数学レベルの）具体的な数式＆幾何で、達成できてしまう）
この文脈で見ると、アインシュタインが“重力や電磁気力だけ”の統一を目指したことにも、それなりに意味があったことになる。
つまり、「電磁気力は、光子のキャッチボール」によって生じるという説明は── 抽象的な数学（抽象的な数式、ゲージ原理、群論…）のみに頼り、「幾何的な実体像の探求」（具体的な数学（具体的な幾何やフラクタル、擬態的な数式…）の活用）を切り捨てればこそ（ないがしろにすればこそ）、できるものなのである。
それでは、「電磁気力は、光子のキャッチボール」によって生じていることを前提にして生まれている、電弱統一理論（ワインバーグ・サラム理論）が成功していることについては、どのように説明できるであろうか？
EMOES（素スピノルからの創発モデル）がしようとしていることは、電弱統一理論（ワインバーグ・サラム理論）を否定することでない。
電弱統一理論（ワインバーグ・サラム理論）は、どのようにして成功に至っているのかを説明することである。
それを以下に示す。
そもそも、“電磁気力の理論と弱い力の理論”の統一は、非常に無理のあることである。
なぜなら、電磁気力と弱い力は、その性質が、全く違うからである。
2つを比較してみよう。
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電磁気力
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弱い力
（弱い相互作用）
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関係するボソン
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仮想光子
（素スピノル2つからできている）
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ウィークボソン（W−、W＋、Z0）
（2つのレプトンやクォーク
（“電子＆反電子ニュートリノ”やクォーク）
からできている）
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力が生じるしくみ
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「仮想光子による原始ヒッグス場ユニットの変形の総和」
として創発する電磁場を介して力が生じる
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ウィークボソンのキャッチボールによって
（湯川相互作用によって）力が生じる
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到達範囲
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無限遠方
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10-18［m］
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あまりにも、違い過ぎる。 その実体像が全く違う。
これらの力が本当の意味で統一できるとは、やはり考えにくい。
しかし、抽象的な数学（抽象的な数式、ゲージ原理、群論…）を駆使することによって、電弱統一理論（ワインバーグ・サラム理論）として統一することに成功したと言われている。
この“電弱統一理論（ワインバーグ・サラム理論）”の成功は、EMOES（素スピノルからの創発モデル）によって、果たして、どのように説明できるであろうか？
電弱統一理論（ワインバーグ・サラム理論）に関して、次のような記述がある。
『ワインバーグのモデルの重要なポイントの1つは、このU（1）対称性に関係した唯一のゲージ量子である光子が、電磁気に登場する光子ではないと言うことである。 このU（1）ゲージ量子（B0という）と電子とのミニマルな相互作用バーテックスの性質は、すでに確立している量子電気力学理論の性質とは異なるのだ。』
（p.384 『「標準模型」の宇宙』 ブルース・シューム著 森弘之 訳 日経BP社 ） 下線は、筆者によります。
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プレオン∴×4
（四極子）
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クォーク＆レプトン
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∴ ∴
∴ ∴
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→ |
∴
∴ ∴
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→
← |
∴
∴ ∴
∴ ∴
∴ ∴ ∴ ∴
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→
← |
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∴
∴ ∴
∴ ∴
∴ ∴ ∴ ∴
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∴
∴ ∴
∴ ∴
∴ ∴ ∴ ∴
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∴
∴ ∴
∴ ∴
∴ ∴ ∴ ∴
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第1世代
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第2世代
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第3世代
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その過程で高世代の“クォーク”が分解される際に限り、「CP対称性の破れ」を生じる。
（“原始的な力”によって生まれた ウィークボソンの生成（＆分解）すなわち、“弱い力”による）
その結果、 その結果、物質（アップクォークuやダウンクォークd）が、
反物質（反アップクォークuや反ダウンクォークd）上回る。
その過程で、 ウィークボソンの生成（＆分解）、すなわち、弱い力による、次の変化が起きている。
「（ボトムクォークbやストレンジクォークsの中の）ダウンクォークd
→アッブクォークu＋W−ボソン（→電子＋反電子ニュートリノ）」の変化
「（トップクォークtやチャームクォークcの中の）アップクォーク
→ダウンクォークd＋W＋ボソン（→陽電子＋電子ニュートリノ）」の変化
トップクォークtやチャームクォークcの方が、
ボトムクォークbやストレンジクォークsより質量エネルギーが大きく、なおかつ、宇宙のトータルの電荷は0なので
アップクォークuと電子e−が1つずつ（トータルの電荷が−1/3分）が優位になる過程」は、
「ダウンクォークdと陽電子e＋の1つずつ（トータルの電荷＋2/3分）が優位になる過程」の2倍の頻度で生じた
※物質になり損ねて対消滅した所産は、各種のヒッグス場ユニットの材料となる。
（“アップクォークヒッグス場ユニット”、“ダウンクォークヒッグス場ユニット”、
“電子ヒッグス場ユニット”、“ニュートリノヒッグス場ユニット”）
※なお、この頃には、すでに「重力子＆「縮みきり“4角形”」」の一時的なキャンセルによって“4面体”
が生じているので、ウィークボソンも、電子もクォークも、ニュートリノも質量を持っていると考えられる。
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プレオン∴×4（四極子）
→クォーク＆レプトン
（ダウンクォーク、アップクォーク
ストレンジクォーク、チャームクォーク
ボトムクォーク、トップクォーク
電子、電子ニュートリノ、
ミューオン、ミューニュートリノ
タウオン、タウニュートリノ…
およびそれぞれの反粒子）
LP光子・・＆
“プレオン∴の閉じ込め”
ウィークボソンの生成（＆分解）
アップクォーク、ダウンクォーク
が優位になった物質世界
電子、陽電子
電子ニュートリノ、
反電子ニュートリノ
“アップクォークヒッグス場ユニット”、
“ダウンクォークヒッグス場ユニット”、
“電子ヒッグス場ユニット”
“ニュートリノヒッグス場ユニット”
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↓「物質の凝縮＆宇宙の膨張」が進む
それに合わせてエネルギー密度が低下する
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重力
強い力
“原始的な力”
弱い力
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一方で、グルーオンに基づく強い力が創発し、クォークの閉じ込めが成立する。
よって、優位になった物質（アップクォークu×2＆ダウンクォークd）については、速やかに次の変化が進む
「アップクォークu×2、ダウンクォークd×1→陽子」の変化
高エネルギーの元で、一部では、「陽子p→中性子n＋陽電子＋電子ニュートリノ」の変化も進んだ
さらには、「中性子→陽子＋電子＋反電子ニュートリノ」の変化も生じた。
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グルーオン＆
“クォークの閉じ込め”
（対消滅しない、優位になった）
中性子、陽子、電子、
電子ニュートリノ
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↓「物質の凝縮＆宇宙の膨張」が進む
それに合わせてエネルギー密度が低下する
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重力
強い力
電磁気力
“原始的な力”
弱い力
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“重力子の重ね合わせ”が生じるとともに、原始ヒッグス場ユニット（PHU）の“4面体”が生じ始める。
その結果、電磁波としての光子や仮想光子が存在できるようになってくる。
原始ヒッグス場が完成し、 現在の質量を持つウィークボソンが生まれるとともに、
物質（陽子p＆電子e−や中性子n）が、「10億＋1」対「10億」の割合で優位になったところで
「低世代←→高世代＆CP対称性の破れによる」物質が優位になる働きは終了する。
（現在の宇宙では全く起こらない）
各種のヒッグス場ユニットの総和（原始ヒッグス場、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、陽子ヒッグス場、中性子ヒッグス場）とともに、
プレオン∴、電子、クォーク、ニュートリノ、陽子、中性子の相互作用の結果として、
プレオン∴場、電子場、クォーク場、ニュートリノ場、
が完成（現在の真空の完成）
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原始ヒッグス場ユニットの“4面体”
光子（電磁波を構成）
仮想光子＆電磁場
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↓「物質の凝縮＆宇宙の膨張」が進む
それに合わせエネルギー密度が低下する
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重力
強い力
（中間子を介する強い核力）
電磁気力
“原始的な力”
弱い力
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電子と陽子が結びつき、水素が生成する
※電磁気力による。
陽子、中性子が結びついて、ヘリウムが生成する。
※強い力によって生まれた“中間子”の生成、すなわち、“強い核力”による。
※結びついた4つの陽子の中の2つが中性子に変化する際、“弱い力”も作用する。
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電子場
クォーク場
（＝中間子ができる場）
完成した各種の場
→現在の真空
水素、ヘリウム…
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EMOES（素スピノルからの創発モデル）は上記のように、宇宙の始まりの時点で、純粋な重力（重力子）や原始的な力（LP光子）がすでに存在し── ふつうの電磁気力、弱い力、強い力、（強い核力）が、それぞれに順々に創発してきたこと、すなわち、各種の場（各種のヒッグス場ユニットの総和）の創発とともに、各種の力も、それぞれに創発してきたことを示している。
このことは、4つの力は、ある“1つの力”から分岐して生まれてきたわけではないことを意味している。
すなわち、重力は、はじめから重力として存在していたし、電磁気力も、はじめから電磁気力として存在していたし、強い力も、弱い力も、はじめからそれぞれの力として存在していたことを、EMOES（素スピノルからの創発モデル）は示しているのである。
つまり、それぞれの力は、自己組織化によって創発してきているのである。
※例えば、EMOES（素スピノルからの創発モデル）で、統一的に説明できる“原始的な力（by LP光子）”＆弱い力（byウィークボソン）、強い力（byグルーオン）＆“強い核力（by中間子）”は、それぞれ、自己組織化によって、創発してきている。
また、EMOES（素スピノルからの創発モデル）で、統一的に説明できる、重力と電磁気力も、それぞれ、自己組織化によって、創発してきている。
このようなEMOES（素スピノルからの創発モデル）による説明は、現代物理学の科学スタイルが生んでいる説明、すなわち、「たった1つの力から分岐した」とは大きく異なる説明である。
両者を比較すると次のようになる。
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現代物理学
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EMOES（素スピノルからの創発モデル）
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力
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たった1つの力から分岐した
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それぞれの力は、それぞれに自己組織化によって創発した
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念頭に置いている学問の流れ
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『「電磁気力と弱い力の統一（電弱力）」（→上記）
→「電弱力と強い力の統一（大統一力）」（→結果5）
→「大統一力と重力の統一（超大統一力）」（超弦理論）（→考察3）
…』 |
『力学（dynamics）の物理革命
→場（fields）の物理革命
→量子（quantum）の物理革命』
（より深いレベルの階層からの創発として説明する“究極の量子論”によって
量子（quantum）の物理革命は完成に近づき、物理学を統合的に説明できる。
ニュートン力学の法則（→結果1）
マクスウェルの4つの方程式（→結果1＆2）
アインシュタインの特殊相対性理論の前提である光速不変＆相対性原理（→結果1）
アインシュタインの一般相対性理論（→結果1）
ハイゼンベルクの不確定性原理（不確定性関係）（→結果4）
波と粒子の二重性（→結果4）
…
が、なぜ、どのようなしくみで成立するかさえも説明できる）
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科学スタイル
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「抽象的な数学（抽象的な数式、ゲージ原理、群論…）と観測」
に頼り、計算値（予測値）と観測値の数字が一致することが必要で
一致すれば十分。
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「抽象的な数学（抽象的な数式、ゲージ原理、群論…）と観測」のみならず、「具体的な数学（具体的な幾何＆フラクタル、具体的な数式…）」も用いて、ミクロの自然（nature）の「幾何学的な実体像（“true picture at Panck scale”）」を、自然な世界観（3Steps原理）や想像力を活用して探求していく。
（計算値（予測値）と観測値の数字が一致することが必要で一致しても十分ではない） |
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自然（nature）
との関係
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乖離が進んでいる
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調和に向かって進化している
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やはり、自然（nature）と調和する限り、科学スタイルは尊重されるべきである。
現代物理学の自然（nature）と調和している部分（証明・実証された部分）を支持し活用しながら育まれているものがEMOES（素スピノルからの創発モデル）なのである。
そのような意味では、EMOES（素スピノルからの創発モデル）は、現代物理学をも包含しているのである。
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