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February 15, 2017

トンデモ科学者の疑問;「天文編20(負エネルギー物質とダークマター)」

常々疑問に思っていることがある。それは負エネルギーは存在しないのかと言うことだ。ほぼ全ての物事には裏と表、あるいは陰と陽がある。それならばエネルギーにも陰つまり負があって良いと思うからだ。

こんな質問を専門家にすれば、そんな物が存在すればエネルギー保存則が成立しなくなる。エネルギー保存則が常に成立している以上負エネルギーの存在はあり得ないと言って一蹴されるだろう。しかし本当にそうだろうか。負のエネルギーが実際に存在していない証拠としては、これだけでは不十分のように思える。負のエネルギーが実在しても観測できない可能性について考えてみたい。

負のエネルギーは負の量を持つ。従って有名な式e=mc2の左辺を負とすると、質量mかc2のどちらかが負の値をとることになる。その意味するところは何だろうか?

まずc2が負であるということは速度が虚数であると言うことで、これは物体が虚空間に存在することを意味する。これはつまり、負エネルギ-の物質が実空間にある時は負の質量を持ち、虚空間にある時は正の質量を持つことになると言うことを意味する。これを正エネルギーの物質に拡張すると、正エネルギーの物質は実空間では正の質量を持ち虚空間では負の質量を持つことになる。

次に、正エネルギー物質と負エネルギー物質の相互作用を考えてみよう。引力については、万有引力方程式から明らかなように、質量が正の正エネルギー物質と質量が負の負エネルギー物質の間では力が負になるので斥力が働く。つまり、正エネルギー物質と負エネルギー物質は反発し合い互いに遠ざかろうとする。従って両者が衝突することはない。従って、両者の粒子が空間で混在している状態では、同種の粒子が引き合い異種の粒子が反発し合うことで次第に局在化するだろう。

これは現在の我々の空間、つまり正エネルギー粒子が主体の領域に負エネルギー粒子が見当たらない理由になり得るだろう。つまり、局在化の結果現在の我々の観測可能宇宙内では負エネルギー粒子が発見できない状態になっている可能性もあると言うことだ。

c2が負である事の意味については別の解釈もできる。負エネルギーが虚空間に存在するとすれば、原初に超空間の揺らぎなどで正負のエネルギーが対生成したが、正エネルギーは実空間を、負エネルギーは虚空間をそれぞれの属性として形成したため、互いの空間からは観測できないと言う考えだ。この場合正負は交換しうるので、どちらが正であるかは意味がない。さらに、この場合は我々が観測可能な空間内には負エネルギーが存在しないため、実用上は負エネルギーは宇宙に存在しないとも言える。

ところで、負エネルギー物質が実空間に存在すると仮定して、どうすればそれを観測できるのだろう。一番に思い浮かぶのは斥力の観測だが、これでは通常物質に対して斥力を働かせるとされるダークエネルギーと区別が付かない。あるいは、ダークエネルギーは負エネルギー物質である可能性を考えても良いのだろうか。

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