『時間認識という錯覚-2500年の謎を解く-』

第6章


"量子という球状の波"


 

(首藤至道)

English

(第6章はインターネットに限定した記事であり、本編『時間認識という錯覚』にはない架空の章である。本編の出版の際に並行して書きためていたブログ記事をリライトした内容となっている。)
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目次

第6章 量子と素粒子の時間

   1 量子という球状の波 -純粋に単体の存在において時間は流れているか?-

   2 重力の正体

   3 質量とは何か -慣性質量と重力質量はなぜ一致するのか?-

   4 反重力(斥力)物質の存在可能性 -慣性質量ゼロの構造体を作る-

   (第6章の引用・参考文献)







第6章 量子と素粒子の時間



1 量子という球状の波 -純粋に単体の存在において時間は流れているか?-


 本書においてはここまで、時間の流れが我々の認識の結果としてでしか存在せず、我々の脳が作りだした錯覚のようなものであるという仮説を起点として、言語や物理的実在等の観点から「現実」の本質についての説明を試みてきた。
 特に第4章においては、物体の「動き」は、複数の物体の関係が生み出すものであるという関係説を紹介した。我々の目の前で今も「動い」ている様々な物体は、我々との関係、他の物体との関係においてそのように見えているだけであり、「動き」そのものはその物体自体の属性ではない。本章においては、この観点をさらに掘り下げて考察していく。そして、量子(素粒子)の形状を「球状の波」と捉えた時、「重力」、「慣性運動」さらには「質量」までもが説明可能になるということを徐々に明らかにしていく。本節はいわばその序章である

 もし「動き」が、動いているように見える物体自体の属性ではないとしたら、その物体単体においては時間は流れているといえるのだろうか。他の物体との関係から切り離された状態の純粋に単独の存在において時間は流れていると言えるだろうか。

 他の物体との関係から完全に切り離された「純粋な単体」について考察するために、「ニュートンのバケツ」を論の起点としたい。「ニュートンのバケツ」は、長く続いたニュートンとライプニッツの論争の題材となった思考実験の一つであり、現在も未解決の謎である。(第6章中の「ニュートンのバケツ」に関係する内容は、そのほとんどが内井惣七さんの『空間の謎・時間の謎 宇宙の始まりに迫る物理学と哲学』(中公新書)を参考にして書かれたものである。)

 ニュートンとライプニッツは、ほぼ同時期に微分を発明している。どちらが早いかをめぐって、長い間論争が続いたらしい。ニュートンとライプニッツの確執はそれだけではない。長く続いた二人の論争の最大の論点は、我々を取り巻く現実世界が絶対空間なのか相対空間なのかという問題だった。
 もし現実世界が絶対空間であるなら、世界のどこかに絶対座標が存在することになる。その座標を基準とすれば、全ての物体がどのように「動い」ているかを計ることができる。なにより「動き」そのものが存在可能になる。ニュートンはこの考え方を支持した。
 逆にもし現実世界が相対空間であるなら、世界のどこにも絶対座標が存在しないことになる。基準となる座標がないため、全ての物体の「動き」は物体相互の関係としてでしか捉えることができない。つまり「動き」は存在しないことになる。ライプニッツはこの考え方を支持した。
 ニュートンが関係説への反証として提示したのが、「回転」という概念である。物体の「動き」がそれ自体のものではなく、他の物体との相対的な関係によってそのように観測されるだけの見かけのものであるというのであれば、「回転」は一体何に対する関係なのか。
 「回転」も無理をすれば、観測者の認識の結果と捉えられなくはない。例えば、月は常に地球の方に一つの面を向けているというのは子供でも知っている話だ。つまり地球上の我々という観測者にとって月は回転していない。だからといって、月が絶対空間に浮かんだ絶対的静止状態にある物体であるなどと誰も考えないだろう。月は地球の周りを回り、地球は太陽の周りを回り、その結果として月は静止どころか宇宙空間をすさまじいスピードで「動き」、そして「回転」しているはずだ。つまり「静止」も「回転」もヒトの認識の結果でしかないと。

 だが、ニュートンはここでバケツの例を出す。「回転」が他の物体との関係の結果として存在するのではない証拠をお見せしようというわけだ。『シュレーディンガーの子猫たち 実在の研究』(ジョン・グリビン著 櫻山義夫訳)に次のようにある。

「ニュートン自身、宇宙には特別な座標系が本当に存在することを示すように思える巧妙な実験について記述しているが、後年哲学者たちはこの実験はまさに静止の絶対的基準を決定するものを示唆していると主張した。一六八六年の「プリンキピア」においてニュートンは、水を入れたバケツを長い紐でつるし、紐をかたくよじりあげて放すと何が起こるかということについて記述した。もちろん、バケツは紐がほどけるにつれ回転しだし、中の水も回りだし、遠心力が水をバケツの壁面に押しつけるので水面は凹面になる。そこでバケツをつかみその回転を止めても水は凹面で回り続けるが、しだいに減速し、だんだん平坦になり、ついには動かなくなり水面も完全に平面になる。
 回転する水の凹面は、水が回転していることを水自体が「察知している」証拠であるとニュートンは指摘した。しかし、水は何に対して回転しているのだろうか。(中略)だから、水は絶対空間に対し相対的に回転していることを「察知する」のだとニュートンは推論した。」(P313)

 バケツに水を入れて、回転させる。そうすると水はバケツの縁にはりつくように表面が盛り上がっていく。つまり、遠心力が生まれている。「回転」が物体自体の属性ではなく、観測者の観測結果として、他の物体との関係として存在しているという観点からは、「遠心力」を説明できない。「遠心力」は物体それ自体の属性である。つまり物体それ自体としての「動き」は存在しており、それはすなわち絶対空間が存在していることを証明している。そのようにニュートンは主張する。

 空間には物体相互の関係しか存在しないのか、それともどこかに絶対的な基準が存在するのか。
 遠心力は確かに存在する。ニュートンは遠心力が生まれている状況を説明するためにさらに以下のような思考実験を行った。左図は『空間の謎・時間の謎』P87からの引用である。内井惣七さんは次のように説明している。

「バケツの実験に続いて、彼は図18のようなもう一つの思考実験を提出した。二つの球がひもでつながれているとしよう。もしこの系が宇宙の中を漂っているとしたなら、その局所的な運動、すなわちほかの物体との相対的な運動を見るだけでは、この系が動いているのか、それともほかの物体が動いているのかは決められない。しかし、二つの球の重心(二つの質量と距離によって決まる)を中心として回転運動をしているのであれば、ひもに働く張力を測ることによって、(ニュートンの力学により)この回転運動の速度、絶対速度を決めることができるはずである。直線運動であれば、ほかの物体があろうがなかろうが、絶対運動はわからないかもしれないが、回転運動であれば、ほかの物体があっても、あるいは何もない空っぽの宇宙の中でも、絶対回転速度はひもの張力からわかるはずだ。これがニュートンの思考実験である。」(P86-87)



 ニュートンは、回転する物体を、二つの物体がひもでつながれている状態と同等であると考えた。先に月の例で述べたように、単に観測するだけではその物体が実際に回転しているのかいないのかを判定することはできない。しかし、二つの物体をつなぐひもの張力を測れば、そこに遠心力が生まれているかどうかが分かる。つまり絶対的な回転を測ることができ、それはまた絶対空間の存在を指し示していると。
 この「ニュートンのバケツ」は本質的な意味では現代においても未解決らしい。

 しかし、上図の、ニュートン自身が絶対空間の存在を証明するものとして提示した「ひもでつながれた二つの球」は、逆に「回転」が見かけのものであるということの証明になっていると感じる。つまり本来は複数の慣性系であるはずの物体が、すれ違いざまに重力などの「ひも」によって結びつけられ、本来直進すべきところを軌道修正させられ続けている過程が「回転」として観測されるのであると。(アインシュタインの重力理論では、二つの物体はそれぞれ相手の物体が創り出した空間のゆがみに沿って「直進(慣性運動)」し続けると表現できる。)
 だから、思考実験の「二つの球」をつなぐ「ひも」をはさみで切ると、球はそれぞれ元の慣性系に分裂して等速直線運動を再開するはずだ。つまり、遠心力(物体内部の張力)を生み出しているのは、異なる慣性系相互の関係であると言い切って良さそうである。
 しかし、この時さらにもう一つだけ問題が残る。
 思考実験の「二つの球」は「二つ」なのだから複数の物体で構成されている。だからそれを複数の慣性系に分割することもできる。それでは回転する物体が「真に単独の物体」であれば、その物体の回転は真の回転と言えるのだろうか。そうすると「真に単独の物体」の回転を計測することができれば、それは否定されたはずの絶対空間の存在証明になり、ニュートンの勝利が確定する。しかし、有名なマイケルソンの光速度一定の実験などによって、現在は宇宙に絶対的な基準が存在しないという論が主流となっている。したがって「真に単独の存在」は回転していないはずであり、遠心力も生まれていないはずである。
 真に単独の物体とは、量子(素粒子)一つ分ということであろう。もし量子(素粒子)の形状が前後左右に全くぶれのない「真球」であるならば、その上下や方向、回転等を問うことに全く意味はないはずだ。あるとすればその一点に量子(素粒子)が存在しているという事実だけである。二つ以上の量子(素粒子)が観測対象になった時に初めて、方向が生まれ、「回転」が生まれる。

 ただし、この説明は十分ではない。関係説を継承・発展させようとしたマッハは、遠心力はその物体と全宇宙との「関係」からも生まれてくるのだと説明し、全宇宙との相対的な関係によって遠心力を生み出す「マッハのバケツ」を提案している。しかし、当然のことながらそのような「全宇宙との関係」を、回転するバケツがどのように「察知する」のかという問題が生まれてくる。
 またこの問題は慣性運動とはなにかという問題と同根である。慣性とは、静止している物体は静止し続け、運動する物体は運動し続けようとする働きを意味する。はたして、慣性運動は、絶対空間との関係における運動なのか、全宇宙の物質との関係における運動なのか。
 アインシュタインは後者を支持した。『シュレーディンガーの子猫たち』に以下のようにある。

「アインシュタインは慣性力は重力にその起源があるから重力質量と慣性質量との同等性が成立すると論じ、マッハの原理、すなわち宇宙からのすべての重力質量に対するフィードバックをその一般相対性理論に取り込もうとしたのである。この線に沿って素朴な議論を展開することは、まったく容易である。すべての遠方の銀河内の(そしてほかのあらゆるものの)すべての質量が重力作用を及ぼし、この地球上の(そしてほかのあらゆる場所の)すべてのものを、私の机の上のディスクの山も含めてそこに保持しているのである。そのディスクを一枚動かそうとするとき、私がそれに費やす仕事量は宇宙がそのディスクを保持している強さの一つの尺度になる。」(P314-315)

 ここで語られている「重力」、そして「慣性力」、さらには「質量」は、次節以降の対象であり、本節においては紹介するに止める。だが本節の役割である序論として、今後の展開を語っておこう。「真に単独の存在」である量子(素粒子)を「真球」、さらには「球状に振動する波」と見なした時、絶対空間を基準にする必要もなく、全宇宙の物質との関係を考える必要もなく、それらの全てが説明可能になると。

 「真球」は、自然界においては極めてありふれた形状の一つである。多くの天体は(多少のゆがみがあるとはいえ)「真球」であり、落下しつつある水玉は「真球」になる。重力は、球状に全宇宙に向かって放射されている。
 もちろんそれらの事実は「真に単独の存在」が「真球」であることの証明にはならない。しかし、これから本章において語られていく様々な論考の一つひとつが実に都合良く現実の様々な事物を説明可能にするという過程によって、その考え方の有効性が証明されていくはずだ。

 話を進めよう。先に序論的に、「真に単独の存在」の構造は単に「真球」であるだけではなく「球状に振動する波」であると述べた。それを説明するためには量子力学の考え方に触れておく必要がある。 

 

 量子の不可解さを象徴するとも言えるのが有名な「二重スリット実験」である。
 図1はスリット一つでの実験である。実験設備として二つの板を用意して、一つには細長い穴(スリット)を開け、もう一つはスクリーンとして、並べて立てる。スリットの側(左)から光を当てると、スクリーンにスリットの形に細長く光の帯が映し出される。図1では、左から電子(光子)一つを発射している。電子(光子)一つはスクリーンに一つ分の跡しか残さないが、それを何度も繰り返すと右のスクリーンに少しずつ光の帯が浮かび上がってくる。

 

 次にスリットを二つに増やす(図2)。左から光を当てると、右のスクリーンにはスリット二つ分の光の帯ではなく、しましま模様の「干渉縞」が映し出される。この実験は20世紀初めまで光が波であることの証拠であるとされてきた。このような現象は、我々の日常にも存在する。例えば、音は空気を伝わる波である。オーディオのステレオ等も、音楽を聴く位置によって、音が大きくなったり小さくなったりする。これは右のスピーカーから出た音波と左のスピーカーから出た音波とが干渉し合って、音の波の大きい部分と小さい部分とを作り出してしまうからである。図2の実験もそのような効果の現れであるとして、前世紀初頭まで、光の正体は波であるというのが定説であった。



 ところが実験機器の発達によって、光を極限にまで絞り込んで、光の粒一つ分、すなわち光子による実験が可能になった(図3)。すると光子一つを何度も何度もとばしているうちに、徐々に「干渉縞」がスクリーン上に作り出されるのである。純粋に単独の存在である光子一つが、波の特徴である干渉縞を、時間を空けて飛ばされる他の光子と共同でスクリーン上に作り出すのである。まるで他の光子と申し合わせたかのように。近年、電子一つの実験でも同じ結果が得られることが確認されている。
 この奇妙な実験についての、量子力学における最も一般的な解釈に「コペンハーゲン解釈」がある。光子や電子は波として二重スリットを通過し、スクリーン上に粒子として一瞬のうちに収縮するというのだ。『シュレーディンガーの子猫たち』に次のようにある。

「鍵となる概念は、いわゆる「波束の収縮」である。光子や電子のような存在がなぜ波動として伝播し、粒子として到着することが可能なのかを説明するのに、ボーアらは、観測する行為が波動を収縮させ粒子にするのだと唱えた。電子による二つの孔の実験を見れば、そうなることがわかる。つまり、電子は実験装置を波として通過し、検出用スクリーン上の一点に収縮するのだ。
 それだけではない。いかにして単一電子の波は、自分自身と干渉し、収縮して粒子として到着するべきスクリーン上の点を選ぶのだろうか。コペンハーゲン解釈にしたがえば、これは、実験装置を実際に通過するのは確率の波であって、物質の波ではないことによる。量子の波の運動を記述する方程式、つまりオーストリア人のエルヴィン・シュレーディンガーによって導出された波動方程式は、水面の彼のような物質波を記述するのではなく、光子や電子などがある決まった場所で見つかる確率を記述する。」(P13)

 光子や電子の不可解さは、粒子と波の両方の性格を持ち合わせることだけではない。それがなぜスクリーン上に整然と「干渉縞」を作り出すのか。それは光子や電子が観測されるまでは「確率の波」として存在するからだとコペンハーゲン解釈は説明している。実在する光子や電子が「確率としての存在」であるとは一体どういうことなのか。それを我々の日常的なイメージとして記述する方法はまだないらしい。
 さらに奇妙なことには、二つのスリットに観測装置を置き、光子や電子がどちらを通過したかを記録すると、それらは確実にどちらかのスリットを通過しており、干渉縞はなくなってスリットを真っ直ぐに通過した跡しか残らない。観測するという行為が光子や電子の状態に影響を与えているということになる。
 また、光子や電子がスリットを通過した後に、通過しなかったスリットを閉じても干渉縞は崩れる。まるで光子や電子が後ろを振り返って、通過してきたスリットの様子を確認しているかのように。

 以上のような光子や電子の奇妙な振る舞いの仕組みを、「球状の波」という仮説が説明可能にするというのが本節の中心的主張である。下図は「球状の波」の変化を説明したものである。


 「球状の波」は、光子や電子が、外からの影響を受けない限りにおいて、半永久的に収縮と拡散(伸張)を繰り返すという仮説である。したがって上図の「収縮段階」は単に作図上、左端に位置しているだけであり、そこがスタートというわけではない。「純粋に単体の存在」としての光子や電子が、空間に存在する何らかの「リソース」を使って球状に振動を続けている。アインシュタインの一般相対性理論の考え方を借りるなら「空間そのものが振動している」と表現してもいいかもしれない。本章においてはこの振動する存在について、これ以降、意味の通りの「リソース」と呼ぶことにする。
 さて、次節以降でも問題になってくるのは、上図の右端「最も拡散した状態」をどのように扱うべきかという点だ。先の引用中に、シュレーディンガーが「波動方程式」を導出したとある。これは、「確率としての存在」である量子が観測される確率を正確に予測することを可能にする方程式だが、その概念を組み込んだのが下図である。(図の作成に当たっては『ニュートン別冊 なるほどよくわかる 音、光・電磁波、地震波… 波のサイエンス』(ニュートンプレス)P88-89の図を参考にした。)



 『波のサイエンス』に次のような解説がある。

「実際の電子の波は3次元的に広がっているが、ここでは特定の方向での電子の波形のイメージをえがいた。電子の波形は、発見確率と関係している。イラストでは、発見確率が高い場所ほど、電子の球の不透明度を高くして表現した。電子の発見確率が最大になる点は、次の山の頂点と、谷の底である。また電子の波形が横軸とまじわる点は、発見確率ゼロである。」(P89)

 まず「山の頂点」は「球状の波」においては、空間の「リソース」が限界まで収縮した結果として粒子化した状態を意味する。したがって観測可能である。
 次に「電子の波形が横軸とまじわる点」は、収縮段階と拡散段階のどちらにも一瞬存在する。「球状の波」は、空間のある一点と、無限遠の間を行き来する振動である。(片端が無限遠といっても、振動そのものは重力と同様、距離の二乗に反比例して弱まって、遠くなるにつれてほとんど通常空間と同様になるはずだ)。振動は空間の通常な状態を中間点として、空間の一点と無限遠との間とを行き来する。ならば一瞬だけ「空間のゆがみ」が通常空間と全く等しくなる瞬間があるはずだ。その瞬間、光子や電子は「発見確率がゼロ」になると考える。
 問題は波の「谷の底」である。「球状の波」においては「最も拡散した状態」であるにも関わらず、「発見確率が最大」となる。この時点で仮説としての「球状の波」が理屈として破綻してしまっているようだが、そうではない。「球状の波」の中心部分に視点を置いた時、最も収縮した状態と最も拡散した状態は、収縮から拡散、拡散から収縮へとベクトルが逆転する瞬間、どちらも動きが完全に止まった状態にある。つまり、「球状の波」の中心部は非常に似通った状態にある。したがって、最大限に拡散(伸張)した状態も、粒子として観測されることについて理屈に矛盾はない。むしろ、「球状の波」の「最も拡散した状態」の中心部が粒子としての特徴を持つということが、本章最終節において重要な意味を持ってくる。ここではその特徴を紹介するに止める。

 次に「球状の波」である電子がどのように空間を移動していくのかについて説明する。(※ 光子は省略して電子を主語として記述していく。)
 以下のアニメーション「電子の旅」においては、「球状の波」の中心部を画面の中央に置いたまま、電子銃から射出された電子がスクリーンに到着するまでの様子が表現されている。下のフローチャート図はその解説である。





 このような「波」が成立するためには、いくつか条件が必要である。

(「球状の波」についての仮説①)
「電子は、電子銃から射出される際、光速まで加速される。その際、加速のエネルギーは球状の波の伸張(拡散)作用によってもたらされる。したがって、『球状の波』の伸張スピードの最大値は光速である。」

 加速については電子銃の側の条件も加えた複合的要因も考えられるが、電子も光子も常に「光速」という地表との相対速度を持っていることを考えれば、光速に加速されることが電子自体の特徴から来ると考えた方が変数が入り込む隙がなく有利である。また、二重スリットを通過する際の電子の奇妙な振る舞いを説明するのに、伸縮スピードの最大値が光速であることが有利に働く。これについては後に説明する。

(「球状の波」についての仮説②)
「『球状の波』は一種の慣性系(静止系)である。」

 本書の第四章で説明したように、慣性系と静止系には本質的な違いはない。「球状の波」は、音が空気を振動させて伝わっていくような何らかの媒質を伝播していくような性質のものではなく、実体化した物質と同様、常に一種の慣性状態にあると考える。したがって、球状の波の中心に視点を置いた時、電子はその場に静止したまま拡散と収縮を繰り返している。そこに光速の相対速度、すなわち猛烈な勢いで「二重スリット」やスクリーンがぶつかってくるとイメージすればわかりやすいはずだ。
 先にのべた空間の「リソース」は、音の伝播における空気のように空間を満たすことで一種の絶対空間として機能するような性質の存在ではない。空間それ自体とも呼ぶべき「リソース」の特徴については、次節において詳細に分析する。
 「波」が何らかの媒質を振動させながら伝わっていくものではなく、その場で空間それ自体を振動させているという考え方は我々の常識に反するようだが、電場や磁場が媒質を必要とせずに振動する波であることを考えればそれほど奇異なことではあるまい。(電場、磁場、光、全て真空中を伝わっていく。マクスウェルは光を電磁波の一種と捉えており、これは現代においては常識の一つであろう。)
 「球状の波」としての電子が、一種の慣性系であるという考え方は、次節以降、重要な意味を持ってくる。

 この時、電子は「二重スリット」をどのように通過していくのか。下図は二重スリット通過前後の電子の様子をイメージ化したものである。



 「球状の波」である電子は、幅を持つ存在であるため、電子毎に異なる条件でスリットを通過していく。電子のスリットへの入射角度、スリットの穴の側面との距離、そして突入の際の伸縮の段階による、振動エネルギーの差等、様々な状況の違いが、スクリーンの痕跡として現れる。
 しかし、一つのスリットだけであれば、電子の軌道を変化させてスクリーンに写ったスリットの影をぼやけさせる程度であろう。ここで二つ目のスリットが大きな影響を与える。収縮段階か、拡散(伸張)段階かによっても、空間の引きずり方が大きく変化し、「球状の波」の正弦波的な振動と相まって、スクリーン上に擬似的な「干渉縞」を作り出す。

 次に、先に述べた二重スリットを通過する際の電子の奇妙な振る舞いについて説明していく。
 スリットを通過する時点で、「球状の波」の伸縮の過程の一つとして偶然、粒子化するケースを考えてみる。電子はスリット板に向かって光速で接近しながら、前方の空間を光速に近い速度で収縮させつつある。それは光速で飛びながら前方の空間を光速で引き込むことになり、空間の動きは最小限に抑えられている。そしてスリットを出た後に拡散(伸張)段階に入り、光速でスリット板から遠ざかりながら、光速に近い勢いで空間を伸張させる。つまり、この段階においても空間の動きは最小限である。したがって、スリット到達時点で観測可能な粒子状態になる電子は、ほぼ真っ直ぐな軌道でスクリーンに到達する。
 その逆に、もう一つの「発見確率最大」である、電子が最も拡散した状態についてはどうか。その状態がスリットに到達した時点で来るケースを考えてみる。電子はスリット板に向かって光速で接近しながら、光速で伸張しつつある。二つ目のスリットの影響を受けて電子の軌道は大きく曲げられるが、スリットを通過した後で反対に光速で遠ざかりながら光速で空間を引き込み、同様に二つ目のスリットの影響を大きく受ける。つまり二つ目のスリットの影響がスリット通過前後で完全に対称となり、軌道の変化が相殺される。それで、スクリーンに到達した時点で真っ直ぐの軌道だったような見かけになる。
 つまり、スリット上で観測された電子は、ストレートな軌跡を描いてスクリーンに到達する。
 この考え方により、スリットを通過した直後にもう一方のスリットを閉じても干渉縞が崩れる理由も明らかである。スリットを遠ざかりつつある電子の伸縮過程に後ろから干渉して、正弦波のもたらす整然とした干渉縞が乱されるのである。
 難解なのは、通過する電子の全てを強制的にスリット通過中に観測するケースである。この場合も干渉縞は消え去る。実験装置の詳細な状況について把握しているわけではないが、可能性としての説明を試みる。このケースについて考えるためにはもう一つの仮説が必要になってくる。

(「球状の波」についての仮説③)
 「『球状の波』の中心の一点が、擬似的な粒子として機能する。」



 先に、収縮と拡散(伸張)の両方の極限でその中心部が粒子化すると述べたが、ここでいう「擬似的な粒子」とはそれとは別に、電子の通過する軌道に関わる概念である。電子は空間を慣性移動する際、例え「発見確率ゼロ」の状態であったとしても、実質的に消えてなくなってしまっているわけではあるまい。電子を一つずつ飛ばす実験において、ある電子を飛ばした時には、スリット板とスクリーンのどちらにも電子の痕跡が残らないということはないはずだ。電子が実験機器のどこかで収縮して、粒子としての痕跡を残すその条件は、電子の中心部の通過経路によって決まると考える。上図の「球状の波」の中心点は、波がどのような状態にあっても、ベクトルの中心にある。つまり全方位に対してバランスが取れている。
 この中心点が、観測装置、スクリーンを問わず、通常の物体と接触したその表面上で収縮が始まり、最大限に収縮して再粒子化したところから、再スタートを切るように光速で飛び出すのが、「反射」と考える。つまり「球状の波」の中心点が、支点として機能するわけである。そう考えれば、観測した瞬間に電子が状態としてリセットされたことになり、前後の空間を光速に近い勢いで伸張させながら、スリット板を光速で離れていくことになる。つまりもう一つのスリットの影響は最小限に抑えられ、ストレートに近い軌道を描く。

 電子(光子)が奇妙な存在であることを明らかにするものとして、「二重スリット」以外にも「偏光板」や「ビームスプリッター」等の実験がある。それらについても「球状の波」との関連性を語ることが可能だが、ここでは詳説はしない。

 ここで、量子力学の中心的研究者の一人であるリチャード・ファインマンの提唱した「経路積分」を紹介しておく。
 ファインマンは、単体の粒子であるはずの電子(光子)が、二重スリット実験においてまるで自らと干渉するかのように干渉縞を作り出す理由を説明するために、「電子(光子)は、可能なありとあらゆる経路をたどる」という理屈を考え出した。確率としての存在である電子(光子)は、波動方程式によればありとあらゆる場所に可能性として存在している。それらの可能性としての電子の経路を全て足し合わせれば、二重スリットを通過する際の電子の奇妙な振る舞いが説明可能になるというのである。そして、電子銃からスクリーンを真っ直ぐに結ぶ経路が最も確率的に高く、月の裏側や、極端に言えば宇宙の果てを通過するような経路はほんのわずかだが可能性として存在してはいるものの、確率的にほとんど無視してよいと。
 ここで、本書の枠組みに沿うなら、この中心部は確率的に高く、そこから離れるにしたがって距離の二乗に反比例して確率的に低くなっていく「全ての経路を足し合わせた存在」は、見かけ上、全宇宙に広がる「球状」になるはずである。

 本節においては、「純粋に単体の存在」である電子や光子が「球状の波」であるという仮説に基づき、その可能性を探ってきた。全方位に対称である「真球」構造を持つ存在が半永久的に振動し続ける様子を形容する言葉として、「変化」はふさわしいとは思えない。したがって、「純粋に単体の存在」における時間の流れは、我々の通常の認識におけるそれとは全く異なる。
 しかし、半永久的に振動を続けるだけの「純粋に単体の存在」にも、「変化」する瞬間がある。そしてその「変化」こそが、重力や質量を生みだすと考えられる。その鍵となるのが「対称性の自発的な破れ」と呼ばれる概念だが、これについては次節の考察対象となる。



-補説1-
 ここまで読んだ方は、本節で説明した「球状の波の振動」について、物質の最小単位を「振動するひも」と捉えた「超弦理論」との共通性を感じているはずだ。実際、一次元の存在である「ひも」を三次元として捉えれば、本書第4章で紹介した「三次元球面」に近いイメージになるように思う。しかし、参考文献に列挙した書籍を参照する限りにおいて、「超弦理論」は数学的な思索の結果として三次元をはるかに超えた高次元を対象としている。また本書の次節以降、本節で提示した「リソース」を用いて重力や慣性について説明を試みるが、それらは三次元的イメージからのみ導出されるはずの理屈である。したがって、本章においては「超弦理論」の知見を参考にしながらも、直接的な考察対象とはしない。



2 重力の正体

 前節において論者は、「動き」の実在の是非を考えるために、他の物体との関係から完全に独立した「純粋に単独の存在」について考察すべきであると述べた。そのために量子力学を対象とし、物質の最小単位である「量子」について考察した。「確率の波」であるとされている量子を、真球構造を持つ「球状の波」であるとみなした時、「二重スリット実験」等に見られる量子の様々な「奇妙な振る舞い」が説明可能になる。

 しかし、物質の最小単位である「量子」が「空間のリソース(もしくは空間それ自体)を振動させる波」であることは、常識的イメージからかけ離れている。
 そもそもの量子力学においても、量子が「観測した瞬間に粒子化する確率としてだけの存在」ということがどのような意味を持つのかについて現在に至るまで定まったイメージはないらしい。それで実験装置の中で観測されるまで生きているのか死んでいるのか分からない状態にある「シュレーディンガーの猫」などといった冗談としか思えないような思考実験が話題となり、むしろそこから様々な研究領域が派生しているような現状がある。
 しかし、奇妙さという点では、本章の提示する「球状の波」も変わりはない。目の前の机、目の前のパソコン、キーボード、コーヒーカップ、どれも現実に触れることができ、しっかりとした手応えを感じることができる。明確な存在感を持っている。それらが全て「空間の振動」によって構成されている等とは誰も信じまい。例え本章の主張が真実であったとしても、「全宇宙に広がる空間の振動」になぜそのような存在感が生まれるのかについて考える必要がある。そしてそれは説明可能である。

 前節において、量子の確率の波の頂点、つまり「発見確率最大」の時に、量子(電子)は粒子化すると仮説を述べた。(※ 電子や光子での実験は、物質の最小単位である量子に一般化できる。したがってこれ以降、表現を「量子」に統一する。)目の前に確かな手応えをもって存在する物体内部の量子の一つひとつが、観測確率が低い状態にあるとは考えにくい。したがって通常物質は、粒子の観測確率が高い状態、すなわち「球状の波」である量子が粒子もしくは粒子に近い状態を、恒常的に維持し続けているはずだ。そのような状態が生まれる条件を探っていく。

 前節において、量子が粒子化して観測可能になるのは、「球状の波」が最も収縮して周囲の空間から何らかの「リソース」を奪った時であると説明した。(※「最も拡散した状態」については最終節で考察する)。以下のイラストはその瞬間を捉えたイメージである。



 粒子化した「球状の波」の周囲のリソースは、粒子に近いほど粒子に多く取り込まれ、粒子から離れるにしたがって距離の二乗に比例して通常空間の濃度に近づいていく。この粒子による「リソース」の取り込みは全宇宙に放射状に広がっているが、単独粒子の影響は微々たるものであり、なおかつ光速に等しい速度で振動し、収縮と拡散(伸張)を繰り返しているため、「リソース」の濃度のプラス状態とマイナス状態が相殺され、結果として通常空間とほとんど見分けが付かない。

 量子が粒子化した状態を保つ条件は、最大限に収縮した状態にある粒子が複数集まることだ。以下のイラストはそのイメージである。



 極限まで収縮して、伸張に転じるまでの一瞬、「球状の波」は比較的動きの少ない安定した状態にある。そのような状態にある粒子が複数集まることによって、共振に近い状態を作り出す。ここで重要なのは、それぞれの粒子の伸縮状態にほんのわずかずつずれがあるということだ。それによって、伸張段階の粒子と収縮段階の粒子は互いに影響しあい、粒子に近い状態を保ったまま短い周期で振動し続ける。複数の粒子が互いの間にはまりこんで、抜けられなくなっている状態と表現することも可能だろう。そして、多くの量子が粒子状態を保つことによって、周囲の空間から多くの「リソース」が奪われ、「リソース」の「疎」の状態が維持される。粒子群の周囲が最も「疎」が強く、距離の二乗に反比例して「疎」が弱まって、通常空間に近づいていく。

 以上のような状況を想定する根拠がいくつかある。

 その一つは、物質のもとになる素粒子であるフェルミオンが、同じ空間に同じ状態で複数存在することができないという点である。これは素粒子が物質を構成する状態にある時、周囲の空間から何らかの「リソース」を奪っているということの根拠になる。
 素粒子論における標準模型と呼ばれる分類法によれば、17種類の素粒子のうち、物質のもとになるのがフェルミオン、物質の間の力を伝えるのがボソンというように名付けられている。光子はボソンに属し、電子はフェルミオンに属す。(※ ここで電子がフェルミオンであるという事実は本書の論理展開において不利な条件ではあるが、電子はそれが属す物体から離れている時にボソン化していると仮説を立てたい。その根拠を後に記す。)
 フェルミオンとボソンそれぞれの特徴については、カリフォルニア工科大学の大栗博司さんの著書『大栗先生の超弦理論入門』の次の記述がわかりやすい。

「物質を形成するフェルミオンは、ある状態を一つの粒子が占めると、別の粒子が同じ状態をとることができません。これは、たとえばコーヒーカップという物質を同じ空間に二つも三つも置けないのと同じことだと思えばいいでしょう。物質は空間を占有するので、複数のカップを上に重ねたり横に並べたりすることはできても、同じ空間に重ねることはできません。
 それに対して、ボソンは同じ状態にいくらでも粒子を詰め込むことができます。ですから、もしボソンだけの世界に通勤電車があったとしたら、満員すし詰めに見える車両でも乗客がはみ出すことはありません。いくらでも詰め込めるので、決して満員にはならないのです。」(P88)

 本書においてこれまで説明してきた枠組みを使って、以上のような素粒子毎の性格の違いを説明するための一つの案を提示 したい。それは、フェルミオンもボソンも、「球状の波」としての量子の一つの形態に過ぎないということである。先に述べたように、「球状の波」が互いの間にはまりこんで観測可能な粒子状態を保ったまま半永久的に短く振動し続けているのがフェルミオンであり、他の粒子の影響から離れて、本来の全宇宙に広がる球状の伸縮運動を取り戻したのがボソンであると。
 その根拠の一つが、フェルミオンが単独では存在できないという事実である。フェルミオンに属すクォークが単独では存在できない点について、フランク・ウィルチェックさんは著書『物質のすべては光 現代物理学が明かす、力と質量の起源』において次のように説明している。

「もちろん、そのようなことは誰も受け入れたくなかったので、人々はやっきになって陽子を砕く実験を行ない、単独のクォークだと判定できるような粒子を見つけ出そうとした。彼らは、粉砕された破片を詳細に調べた。単独のクォークを発見した者の頭上には、ノーベル賞と永遠の栄誉が降り注ぐに違いないと思われた。ところが、その聖杯はどうにも見つからなかった。単独のクォークに一致する性質を持つ粒子は、これまでのところ観察されていない。単独のクォークがどうしても見つからないというこの有り様は、かつての、どんな発明家にも永久機関を作ることはどうしてもできなかったという有り様と同じく、一つの原理にまでなった。「クォーク閉じ込めの原理」である。」(P66)

(※ この問題はクレイ数学研究所が発表した七つの「ミレニアム問題」の一つであり、数学的に証明できれば100万ドルの賞金をもらえるという記述が、大栗博司さんの著書『強い力と弱い力』にある。)

 素粒子の全てを光子と同様の全宇宙に放射する構造の「球状の波」と捉え、それらが複数集まった時だけ粒子状態を維持して物質化すると考えれば、なぜクォークが単独では見つからないのかについて極めてシンプルに説明可能になる。

 また、『物質のすべては光』に次のような記述がある。

「だが、陽子や中性子のなかに存在する、より単純な構成要素を探る取り組みは、奇妙な困難にぶつかった。陽子と陽子をほんとうに激しくぶつけると、出てくるものは……元々あったものよりもたくさんの陽子で、ハドロンの親戚まで一緒に登場することもあるのだ。標準的な実験では、二個の陽子を高エネルギーで衝突させると、陽子が三個、反中性子が一個、そしてπ中間子が数個現れる。出てくる粒子の総重量は、衝突前の総重量より大きい。(中略)まるで、グラニースミス種のりんごを二つぶつけて砕いたら、グラニースミスが三個、レッドデリシャスが一個、カンタロープが一個、さくらんぼ十二個、ズッキーニ二本が出てきたような話である!」(P55-P56)

 つまり実験結果による「事実」として、二つの陽子をぶつけると、陽子が三つに増え、さらに様々な素粒子が追加される。このような奇怪な事実を説明するのに、物質を構成する素粒子が、我々の日常的なイメージからくる固い粒子ではなく、全て光子と同じく「空間の振動」と捉えた方がはるかに明確な論理につながるはずだ。もとからある陽子という「球状の振動」が、粒子加速器の中で光速に近いスピードでぶつけ合わされることでそのエネルギーを吸収し、複数の「球状の振動」に分裂するわけである。

 次に、なぜ複数の「球状の波」が、互いの間にはまりこんだように観測可能な粒子状態を保ち続けるのかについて、説明を補足したい。それは「対称性の自発的破れ」という概念によって説明可能になる。
 「対称性の自発的な破れ」はノーベル賞を受賞した南部陽一郎さんの提唱した考え方である。大栗博司さんの著書『強い力と弱い力』における説明がわかりやすい。

「広い体育館の中にたくさんの人々が並んで立っていると思ってください。この体育館は完全な円形で、壁には時計もなければバスケットボールのゴールやステージもありません。したがって、どちらを見ても風景は同じ。つまり回転対称の状態です。
 特別な方向がないので、そこに立っている人々はどちらを向いてもよさそうです。ところが彼らは付和雷同しやすい性格で、周りの人たちと同じ方向を向きたがる。最初はバラバラの方向を見ているのですが、その中の何人かがある方向を向くと、周囲もそれにつられて同じ方向を向くようになります。その結果、体育館そのものは回転対称なのに、そこにいる人々がすべて同じ方向を向く。回転対称性が自発的に破れているのです。こうして対称性が自発的に破れたのは、その方がエネルギーの状態が低くなり、安定するからです。」(P181-182)

 この考え方を、本章の枠組みに当てはめたのが以下の図A、図Bである。





 図Aは上記引用中の「回転対称」の状態を表す。本書の枠組みでは「伸縮対称」と呼ぶべきだろう。密集した一つひとつの「球状の波」は本来、他の「波」とは無関係に伸縮を続けている。しかしこのままでは一カ所に留まることができず、収縮するために必要な「リソース」に余裕がある空間に引かれて、ばらばらになってしまうはずだ。しかし、ある程度の時間が経過すると、それらは共振(もしくは量子もつれ)を起こして、同じパターンで伸縮し始める。つまり伸縮対称が自発的に破れる。
 上記の引用ではそれを「エネルギーの状態が低くなり、安定するから」と説明しているが、本章の対象とする「球状の波」の群に関してはこのままでは安定できない。なぜなら物質を構成可能な状態、すなわち複数のフェルミオンの状態にある「球状の波」は、同じ空間に複数同じ状態でいることはできないからである。本書においては先にその理由を収縮するための「リソース」が枯渇するからと説明した。したがって、例え全く同じ場所に重なっているわけではなくても、伸縮の段階が「球状の波」毎にずれていた方が、限りある「リソース」を代わる代わる使うという意味で有利なはずだ。
 前出の『強い力と弱い力』に次のようにある。

「体育館の中にいる人たち全員が同じ方向を向いているときに、一人だけあらぬ方向を向くのはいろいろな意味で大きなエネルギーが必要です(中略)しかし、ほんの少しだけ首を左右に振ることは簡単にできるでしょう。長い間同じ方向を向いているのに疲れた人が、少し首を動かしてみる。そうすると、それにつられて隣の人も首を少しだけ振る。そのまた隣の人もまた首を振る……という具合に首振りの動作がさざ波のように伝わっていく(図29)。一人だけで別な方向を向くのは大変ですが、首振りのさざ波を起こすためにはあまりエネルギーはいりません。」(P191-192)

 この考え方を、本章の枠組みに当てはめたのが以下の図C、図Dである。





 図Cは「球状の波」が「一人だけあらぬ方向を向く」例である。他の共振状態にある「球状の波」の群が収縮段階にあるのに対して、例え「リソース」の供給状態という点で有利であるとはいえ、一つだけで違う動きをするのは無理がある。図Dのように「首振りの動作がさざ波のように伝わっていく」、すなわち伸縮の段階が隣り合った「球状の波」毎に少しずつ変化していく方が、限りある「リソース」を無駄なく受け渡し合うという点で有利である。
 以下の図29は、『強い力と弱い力』P193からの引用である。そして、それを「球状の波」に当てはめ、実際に動かしてみたのがその下のアニメーションである。





 上記の「対称性の自発的破れ」を「球状の波」として解釈したアニメーションの、「首振りの動作がさざ波のように伝わっていく」様子は、まるでそれぞれの粒子(クォーク)が斜めに移動しているようにも見える。この「錯覚」は、「陽子のスピン」の実態について大きな示唆を与えてくれているが、それについては次節において説明する。

 この「対称性の自発的破れ」のアニメーションには構造的に弱点がある。収縮段階にある一つひとつの粒子が、限界に到達した後に伸張段階に移行する点については理屈に矛盾はない。しかしある程度まで伸張が進んだところからまた収縮段階に移る点については、それがどのような仕組みによるものであるか説明がつかない。
 伸張段階にある粒子は、収縮する際にため込んでいた「リソース」を周囲に発散しつつある。周囲の粒子はそれを受け取って収縮を進める。その理屈であれば、伸張段階にある粒子はそのまま「リソース」を解き放ちながら一気に伸張し、ボソンになって飛び出していってしまうはずだ。

 その問題を回避するために次のような仮説を立てた。それは、フェルミオン(クォーク)が収縮限界一歩手前で、到達しきれずに細かく振動し続けているというものだ。
 それを説明したのが以下のアニメーションである。



 上図の左のボソンは構造的に無駄がない。本書第四章でガリレオ・ガリレイの考案した振り子時計について書いた。ボソンの「球状の波」も、摩擦などのエネルギー損失のない素粒子レベルの極微の世界で、対称性を保ったまま半永久的に振動し続けている。ここで重要なのは、収縮段階も伸張段階も、それぞれの限界にまで達してから次の段階に移行しているという点だ。そもそも空間の「リソース」という形のないものを使った振動であるため、振り子時計の振り子のように途中で物理的に跳ね返ってしまうというようなことは考えにくい。エネルギー損失のない世界では、それぞれの段階の限界に到達することが次の段階に移行する条件と考える。
 そのように考える時、右のフェルミオン(クォーク)は、複数(陽子ひとつ分では3つ)が限られた空間に密集した結果として、その空間の「リソース」が枯渇してしまう。複数のクォークが足りなくなった「リソース」を奪い合いながら、その全てが収縮限界へと向かうベクトルをそのままに、あるクォークが収縮限界に向かっては引きずり落とされ、また別のクォークが向かっては引きずり落とされを繰り返す。その結果として複数のクォークが全体としての安定を保っている。これが本節の仮説を基にした時の「クォーク閉じ込めの原理」の解釈である。
 そのような複数のクォークの関係を説明したのが以下のアニメーションである。



 二つのクォーク(球状の波)をシーソーに例えると分かりやすい。

 二つのクォーク(球状の波)は、収縮に必要な空間の「リソース」を使い切って、収縮限界の一歩手前にとどまり続けている。それはシーソーの両端にバネを押し込んで、シーソーがどちらに傾くこともなく水平な状態を保っているのに似ている。
 この時、シーソーに手をかけて揺らしてみる。摩擦などが無くエネルギー損失の無い世界、つまり量子レベルの極小の世界では、シーソーは半永久的に揺れ続ける。そのシーソーの両端がそれぞれクォーク(球状の波)だ。片方が大きく下がる時は、もう片方は大きく上がる。片方が小さく下がる時は、もう片方は小さく上がる。従ってつねにその平均値は、元の水平状態に等しい。
 また我々が観測した瞬間、片方のクォーク(球状の波)が上にあり、もう片方が下にある。これが実際には逆であっても、一つが上がり一つが下がっているという構造は変わらない。だから一見、上のクォークと下のクォークが常態的に存在しているかのように見えるが、実際はシーソーの上がり下がりで立場を入れ替え続けている。アップクォークやダウンクォークという素粒子がそれぞれ別個に存在するのではなく、アップクォークに見える状態、ダウンクォークに見える状態が、複数の「球状の波」によって代わる代わる生み出されるだけなのだ。

 この「シーソー」を具体的に説明したのが、以下のアニメーションである。(ただし図中の"up""down"はアップクォーク、ダウンクォークを意味するものではなく、「シーソー」という例えの範囲内での記述である。)



 上図「クォーク(カラー)閉じ込めの原理(その②)」における「カラー」とは、南部陽一郎さんの提唱した領域である量子色力学の用語である。陽子を構成するクォークには先に述べたダウンクォークやアップクォーク以外にもいくつかの種類があり、常にそれが同じ組み合わせとは限らない。しかし、それらに一種の例えとして「色」をつけると、その組み合わせが常に「白」になるというのである。まるで我々の日常において三原色を混ぜ合わせると白になるように。これは「陽子を構成する三つのクォークは全体としてつねに一定の状態を保つ」と簡潔に言い換えることができる。この「白」こそが、限られた空間の「リソース」を三つのクォークが奪い合っていることの証拠である。「リソース」に明確な限界があり、それを代わる代わる残りなく奪い合っているからこそ、それら三つのクォークを全体として見た時に、その状態が一定になるのである。

 以上の理屈によって、「陽子のスピン」の正体についても説明可能になる。
 この第六章の冒頭で、ニュートンとライプニッツの有名な論争を紹介した。回転とはいったい何に対する回転なのかという論争である。もし、陽子のスピンが、陽子の内部で三つのクォークが代わる代わる収縮限界近くで振動している様子が見かけ上「スピン」に見えている疑似的なものであるなら、「何に対する回転か」という問題と対決する必要がない。つまり「陽子はそれ自体としてスピンしている」と説明できる。
 しかし本節の段階では以上の理屈を正確に説明することはできない。次節において、「質量とは何か」及び「慣性とは何か」を考察した上で再びこの「陽子の疑似的なスピン」について語ることにする。





 さて、ここからが本節の題名でもある「重力の正体」についてである。
 物質化した状態にある「球状の波」は、粒子に近い状態(観測可能な状態)を保ったままで複数が密集し、それぞれタイミングをずらしながら小刻みに振動しつつづけている。したがって、物質(複数の「球状の波」の密集状態)の周囲の空間の「疎」の状態も、小刻みに変化し続けている。
 
 そのような状態にある「物質」に、他の「物質」が接近した時に何が起きるか考えてみよう。それを表現したのが以下のイメージ画である。



 物質化した複数の「球状の波」は、粒子状態を保とうとするため、周囲の空間から球状に「リソース」を引き込もうとする。その引き込み度合いは、距離の二乗に反比例して弱まりながらも、全方位、全宇宙に放射状に広がっている。この時、他の「物質」が接近すると、その相手も自らの周囲の空間から「リソース」を奪って粒子化しているため、それぞれの方向の空間の「リソース」の供給が通常空間に比べて減少することになる。足りない分を補うために、それらの「物質」は相互にその方位の空間をより深く引き込みあう。

 これが引力であり、重力の正体であるというのが本節の最終的な主張である。



-補説2-





Fluid mechanics suggests alternative to quantum orthodoxy (MIT News)
(流体力学が、量子力学の権威に対する代替案を提示している : マサチューセッツ工科大学の広報 )

 第六章の主張である「球状の波」と、「対称性の自発的破れ」による「球状の波」群の粒子化という仮説を、実証していると思われる実験がある。
 二つ紹介したYouTube映像のうち、上の一つをご覧になっていただきたい。液状のシリコンを満たしたケースを一定の周波数で振動させ、そこに同じシリコンの滴を一滴垂らす。すると滴は液面からは吸収されず、宙に浮いたまま上下に振動しながら踊り始める。単に宙に浮くだけではなく、滴を中心に何重もの同心円状の「波」が広がっているのがわかる。その「波」は、滴と液面の接触によるものではないということが映像からはっきり分かる。それは滴から放射状に広がる「何か」と、振動する液面とが干渉して生まれる「波」である。非常に興味深いのは、液面にレリーフのように浮き上がった同心円状の「波」がほとんど動いていないことだ。もし滴と液面が接触したために起きるのであれば、「波」は放射状に広がって次々に拡散していくはずだ。まるで「凍りついた波」だ。
 YouTube映像の下の一つでは、3:40あたりに、二重スリット実験とこの滴の実験との関連を主張する映像が紹介されている。
 それらの映像の下に、「MIT News」内の同実験に関する記事へのリンクを貼っている。その記事には、この実験は量子力学の創始者の一人であるルイ・ド・ブロイの提唱した「パイロット波理論“pilot-wave theory”」を実証するものであると書かれている。「パイロット波理論」とは、素粒子自体は固い粒子であるとし、それらの一つひとつからガイドウェーブが周囲に放射されており、それが粒子本体を揺らして、二重スリット実験などに見られる量子の奇妙な振る舞いを作り出しているとする考え方である。そしてこの理論は、「コペンハーゲン解釈」に代わるものとして再登場すべきであるという説が述べられている。

 さて、本章において私が語りつつある「球状の波」は明らかに「パイロット波理論」の発展型として位置づけられるべきものである。本章の枠組みを用いてこの実験における滴の奇妙な「踊り」を説明すると以下のようになる。
 滴から放射され、液面に同心円状の干渉波を描く「何か」は、スケール的に「球状の波」単体によるものではあるまい。上記の「対称性の自発的破れ」による粒子群のアニメーションから分かるように、「球状の波」群はある程度のグループに分かれて、極限に近く収縮した状態を保ちながら規則正しく振動している。
 滴も液面も同じ液状シリコンであるため、その内部の振動周期も一致しているはずである。(もしくはシリコンは分子単位で振動が同期しやすい性質を持つと推察される)。
 滴が液面に近づく。本章の理屈を使うなら、滴も液面も周囲の空間の収縮段階と拡散(伸張)段階が同じ周期で現れる。滴が表面張力等で簡単には吸収されないところに、双方の周囲の空間が同時に拡散(伸張)段階に入るとする。すると上記の重力の仕組みの逆の状況が生まれる。双方共が拡散(伸張)段階にあることに加えて、そこに液面の振動ベクトルがぴったりタイミングとして上向きだった場合、滴と液面の間の空間の「リソース」が一瞬過剰になり、それが斥力として働いて、滴を液面から上へ跳ね上げる。逆に双方共にその周囲の空間が収縮段階に入ると、上記の重力(引力)の図と全く同じ状況が生まれ、引きつけ合う。液面の振動の状態によって、跳ね上がりと引きつけの規模が変化する。これが延々繰り返される。
 液面の同心円状の波は、滴の周囲の空間の状態を示している。滴の内部で共振している「球状の波」の群は、「対称性の自発的破れ」の結果として、極限に近い収縮状態を保ったまま、短く伸縮を繰り返している。もし伸縮が完全であれば、(つまり対称性が破れていなければ)、伸縮によって生み出された波は放射状に拡散していくはずだ。しかし粒子化した「球状の波」の群は、極端に短い距離を極端に短いスパンで振動しているため、滴の周囲の波は広がる間もなく引き戻され、ほとんど同じ状態を保ち続けている。つまり「凍りついて」いる。広がりかけて凍りついた「波」によって、空間の「リソース」の「疎」の領域と「密」の領域が、滴からの距離に応じて代わる代わる発生している。「疎」の領域は液面を引き上げ、「密」の領域は液面を押し下げる。これが液面の「凍りついた波」を作り出す。
 宙に浮いた滴が液面を滑るように移動する原理も、上記の「対称性の自発的破れ」のアニメーションで説明可能である。液面及び滴の振動が上記のアニメーションのように方向性を持って滑らかに変化しているとき、周囲の空間も方向性を持った変化を持っているはずだ。それをガイドウェーブとして滴は液面を滑っていく。

 上記説明中にもあるように、液面から浮き上がる滴は、斥力(反重力)の原理とその存在可能性とを暗示的に物語っている。これについての説明は本章最終節の役割である。



3 質量とは何か -慣性質量と重力質量はなぜ一致するのか?-

 本章において私は、「動き」が物体自体の属性ではなく、物体相互の関係が作り出すものであるという関係説の観点を基点に、純粋に単体の存在における時間の流れについて考察してきた。
 まず第1節においては、純粋に単独の存在である「量子」を「球状に振動する波」と見なした時、重力の発生要因が説明可能になり、慣性運動や質量についても、ニュートンのように絶対空間を基準にする必要もなく、マッハやアインシュタインのように全宇宙の物質との相対的関係を考える必要もなく、全てが説明可能になると述べた。前節において「重力」について考察した。本節においては「慣性」そして「質量」の正体について考察する。

 前出の『シュレーディンガーの子猫たち』に次のような記述がある。

「このことが、何十年にわたって断続的に科学者たちを悩まし続けたミステリーヘとつながっていく。すなわち、慣性の謎である。空気摩擦などがない大気圏外でものを押すと、別の力が加わらないかぎりそれは押された方向に同じ動きを続ける。その方向を変化させたり、速度を速くしたり遅くしたりするにはエネルギーが必要である。(中略)しかし、運動している対象はどのようにしてその運動が変化した(あるいは変化しない)ことを知るのであろうか。」(P243) 

 「動き」が複数の物体の相対的な関係によって生まれるものであり、単独の物体には無縁のものであるなら、慣性状態にある物体は自分が慣性状態にあることをどうやって察知しているのか。慣性状態を破るような働きかけに対して反作用的な抵抗があるのは、慣性状態かそうでないかを物体自体が察知しているということだ。
 「慣性状態を破るような働きかけ」による運動とは、加速運動のことである。つまりこの「慣性運動」の謎は「加速とはなにか」という謎と同等である。比較する物体の全くない宇宙の中でたった一つの物体が加速しつつあったとして、それが加速していることをどうやって計るのか。また例えば加速しつつある物体の横で、全くそれに同調して加速しながらカメラで撮影したとする。記録された映像の真ん中には、静止状態の「加速する物体」が写り続けているはずだ。つまり加速でさえも、他の物体との相対的な関係として成立する「動き」であると言えなくはない。ならばなぜ加速の際に物体に反作用的な抵抗が生じるのか。
 この「反作用的な抵抗」は質量の定義にも関わってくる。ウィキペディアの「質量」の項に「質量とは、物体の動かしにくさの度合いを表す量のこと。」とある。

 確認しよう。「慣性運動」、「加速運動」、「質量」、これらは全て問題を一にする観点であり、その発生要因を同時に明らかにすべきものであると。そして、それは可能である。

 以下のアニメーションは、慣性(静止)状態にある粒子化した「球状の波」の一群、つまり普通の「物体」が、右から出てきた金属の棒で押され、元の慣性状態とは異なる相対速度の慣性(静止)状態まで加速される様子を表現したものである。



 慣性(静止)状態にある粒子群は、その周囲の空間を球状に振動させながらその真ん中で安定した状態にある。これまで説明してきたように、「球状の波」としての粒子の一つひとつは極限に近く収縮した状態を保ちながら、「対称性の自発的破れ」によってグループ単位で振動し続けている。
 そこの右から金属棒が伸びてきて、粒子群を押す。金属棒は空間を押すことはできないから、密集した粒子群の本体だけが押されることになる。「球状の波」としての粒子は、収縮段階か拡散段階かのどちらかにある。どちらの段階にあっても、「球状の波」は周囲の空間の「リソース」をその段階に応じた状態に保とうとしている。その本来あるべき状態に、金属棒に押された分のベクトルが位置的に加算され、予定よりずれてしまう。例えば金属棒に接する側の収縮段階にある「球状の波」は、金属棒に押された分のベクトル相当、遠くから「リソース」を引き込む形になる。それが反作用的な抵抗となる。これが物体の動かしにくさとしての「慣性質量」の正体である。



 この「反作用的な抵抗」は、金属棒が粒子群を押している間に限って出現し、金属棒が離れた後まで持続することはない。(持続するということはつまり、力が作用していないのに後ろ向きに加速するということになる)。なぜなら「球状の波」は、第1節で述べたように最大で光速に等しい振動スピードを持っている。金属棒によって中心点をずらされて、新しい球状の波を作り出した時には、それ以前の球状の波の残余部分も光速で無限遠の彼方に向かって拡散しつつある。光速で逃げていくものを光速で追いかけても追いつくことはない。したがって、「反作用的な抵抗」は、金属棒に押されている間に限って発生する。
 金属棒が離れた粒子群は、加速された後に安定し、また慣性(静止)運動を始める。加速される以前の速度とは相対的に異なるが、その中心部に観測視点を移せば、それはもとの慣性状態と物理的に全く変わることはない。粒子群は球状の波の中心で伸縮し続けている。それが慣性(静止)運動ということの本質である。

 ここで本章本節の記述内容を補足し、強化する意味で、「重力質量」を紹介する。これは、重力によって生まれる物体の加速の際に、その力を作り出す基となる質量である。「慣性質量」と「重力質量」は、現代の観測機器の計測限界まで一致することが実験によって確かめられている。これを「等価原理」という。かのアインシュタインが思考実験によって導き出し、自らの一般相対性理論の基盤とした。彼が「生涯最良の名案」と自ら呼んだことは有名なエピソードである。しかし、なぜ本来異なる発生要因による(とされている)「慣性質量」と「重力質量」が実測値として計測限界まで一致するのかについては、現在に至るまでそれを説明する理論は存在しない。

 下のアニメーションは、「重力質量」の発生を説明したものだ。



 前節の最後に説明したように、極限に近く収縮した状態を保った粒子群の周囲の空間には空間の「リソース」の「疎」の状態が保持されている。そのような状態にある二つの粒子群(すなわち二つの物体)が接近した時、互いの方向の「リソース」の不足を補うために、空間をより深く引き込み合うのが引力(重力)であると説明した。
 上記のアニメの下には地球があると考えるとわかりやすい。地球の周囲の巨大な「疎」の空間に引き込まれて、上から粒子群が加速しながら「落ちて」くる。重力は空間全体を引き込むので、「落ちて」くる物体は慣性状態と全く変わらず、球状の波の中心に位置し続けている。
 その下に誰かが立っていて、粒子群を受け止める。その人物は空間を押すことはできないから、密集した粒子群の本体だけがその場に止められる。その人物の手のひらの上で、粒子群は伸縮を繰り返す。空間全体は地球に向かって常に加速しているから、手のひらの上の粒子群の伸縮は、常に下方に向かってベクトルが加算された状態にある。それが「反作用的な抵抗」となって、その人物の手のひらを押し下げ続ける。これが「重力質量」の正体である。



 上図「重力質量」のイラストは、「人物」の足下が粒子群になっているが、これは前節最後の重力のイラストを意識して描かれたものである。引力が二つの物体の相互作用に基づくものであることを強調するねらいもあるが、足下の粒子群の規模を極端に膨大にすればそのまま地球になる。

 さて以上のように、「慣性質量」と「重力質量」は、慣性(静止)もしくは慣性(静止)に等しい状態にある物質に対して、外から力が働いた時に発生するものである。加速と減速は、その物体と観測者との相対速度に対する加速方向が(つまり見た目が)異なるだけの全く同じ作用である。「慣性質量」は金属棒による働きかけによる加速、「重力質量」は「人物」による受け止めによる減速、というように、観測の際の主観的な視点は異なるものの、どちらも加減速の際の粒子群からの周囲の空間の引きはがしという点で、原理的に全く同じといえる。それをイメージ化したのが下のアニメーションである。



 以上のように、「等価原理」は極めてシンプルに説明可能である。そのこと自体が、「質量」を説明する枠組みとして本書のパラダイムが有効であることの証明の一つとなるはずだ。オッカムの剃刀的に。

 以上の考え方を証拠づけていると考えられるのが、前節において紹介した「陽子のスピン」である。






 日経サイエンス8月号(2015)のクォーク特集の記事に次のようにある。

「ハドロンを強磁界中に置くと、スピンの値に応じて異なる向きの首振り運動(歳差運動)と円運動をする。」(P39)

 陽子(ハドロン)は強磁界中で「首振り運動」と「円運動」をする。つまり陽子は、「スピンに似た特徴を持つ」というのではなく、我々が日常目にすることのできる「回転(スピン)」そのものに近い性質を恒常的に持っているというのである。
 これは実に奇妙なことだ。
 我々の日常でスピンするものを例として考えてみる。例えば独楽は回転エネルギーを与えられて初めて回転する。そして、接地部分や空気との間に起きる摩擦などの抵抗によって勢いを弱らせ、やがて止まってしまう。
 天体は半永久的に回転しているように見えるが、これは真空中を漂うためにエネルギーを減少させる要素が少ないからである。
 しかし、「首振り運動」をする陽子は強磁界によって外からの影響を受けている。受けているからこそ、その状態を「首振り運動」に変化させている。そう考えると、回転する独楽がやがて止まってしまうように、陽子も止まってしまうはずだ。それなのに陽子は止まらない。
 可能性があるのは、陽子が地球ごまのように二重構造になっていて、外殻と内部構造とが独立してすれ違うように回転しているという考え方だ。そう考えれば、「外殻」を強磁界で固定されても、内部構造は回転して「首振り運動」を持続することが出来る。しかし、そのような回転を半永久的に持続させるエネルギーはどこから来るのか。陽子はまるで永久機関のようだ。
 そもそも本章冒頭部で述べたように、現代の物理学は相対空間を前提として成立している。アインシュタインの相対性理論はその象徴ともいうべき存在だろう。相対空間を前提とするならば、回転について語るためにはそれが何に対する回転なのかを語らなければならない。我々にとって一つの面を向けて静止している月は、実際には静止していないのだから。

 「三つのクォークが代わる代わる伸縮する様子が疑似的なスピンを生み出している」という考え方はその全ての条件を満たす。

 本節において、限界近くまで収縮した状態を保った球状の波が、自らの周囲の「空間のリソース」を減少させることによって、その中にはまりこむように慣性質量が発生していると語ってきた。上記の「疑似スピン」において、三つの球状の波(クォーク)はそれぞれ慣性状態を保ったままである。その場を動くことなく「リソース」を奪い合い、それが見た目の「スピン」を生み出している。一種の錯覚とも言うべき「スピン」を作り出している。しかし、三つの球状の波(クォーク)はその内部で質量の変化を起こしている。本節で語ってきた仮説を前提にするなら、収縮度の高い状態にある球状の波(クォーク)はほんのわずかではあるが質量が他の球状の波(クォーク)より大きいはずだ。したがって、三つのクォークが順番に収縮することによって、質量の中心点は陽子内部をぐるぐる移動する。それによって、絶対空間・絶対座標に頼ることなく、それ自体としての円運動と首振り運動とが生まれている。陽子はいわば、それ自体を絶対座標として「スピン」しているのだ。
 逆に、陽子の奇妙な「スピン」の仕組みを絶対空間に頼らずに説明可能にするという事実が、本節の仮説の有効性を証拠づけているとさえ言える。

 余談ではあるが、恒星・惑星の回転、銀河系の回転もそのエネルギーがどこから来るのかについては未解決問題だと聞く。上記の、それ自体としての「陽子の疑似的スピン」は、その発生要因についても説明している。
 三つのクォークが共振(量子もつれ)を起こして陽子化し、「疑似的スピン」をスタートさせる。それらがさらに寄り集まって物質を作り出し、互いの内部の微弱な質量変動に影響され合って、長い時間の果てにゆっくりとゆっくりと互いの回りを回り始める。その「回転」は惑星規模、恒星規模、銀河規模等、様々なレベルで進行し、銀河の複雑な構造を生み出していく。以上の「宇宙創生」のシナリオはおそらくコンピューターシミュレーション可能であろう。



-補説3-

 「質量」の発生要因と聞くと、二年前にノーベル賞を獲得したヒッグス粒子のことを誰でも思い浮かべるはずだ。しかし、前出の『強い力と弱い力』において大栗博司さんは次のように説明している。

「しかし、ヒッグス粒子が関わっているのは、実は、私たちの身の回りにある物質の質量の一パーセントにすぎません。」(P28)

 本章の「球状の波」の枠組みが導き出す「質量」の仕組みは、それ自体で完結しているので、例え「一パーセント」であったとしても他の要素が入り込む隙はないように思う。しかし、本書の理屈は慣性状態、すなわち「慣性質量」の場合も「重力質量」の場合も、粒子群に視点を置いた時、空間の状態が通常と変わらないことを前提としているので、他の要素が入り込むとしても双方に共通すると考えることもできる。可能であれば、例え「一パーセント」であったとしても、世間で認められている論との矛盾は作りたくない。



4 反重力(斥力)物質の存在可能性 -慣性質量ゼロの構造体を作る-

 さて本章前節までは、仮説とはいえ現時点で確認されている観測事実を対象として、一つの可能性としての解釈を書き綴ってきたが、ここからは完全にフィクションの領域である。

 本章冒頭部分の"量子という球状の波"のアニメーションをご覧になっていただきたい。粒子状の見かけを持つ中心部の周囲で、空間の「リソース」が収縮と拡散(伸張)を繰り返し、半永久的に振動し続けている。
 中心部が極限まで収縮して周囲の空間から「リソース(黄)」を奪っている様子を、中心部の「黒」、周囲の空間の「白」で表現している。
 中心部が極限まで拡散して周囲の空間に「リソース(黄)」をまき散らしている様子を、中心部の「白」、周囲の空間の「黒」で表現している。
 本章においては主に前者の収縮状態を論の対象としてきた。最終第4節では、後者の拡張(伸張)状態を対象として仮説を展開していく。それは反重力(斥力)物質の存在可能性についてである。

 第1節において私は、量子力学の波動関数の別解釈として、量子の発見確率が最大になるのが、極限まで収縮した状態と極限まで拡散した状態の二つのケースであると述べた。「球状の波」の中心部分に視点を置いた時、最も収縮した状態と最も拡散した状態は、収縮から拡散、拡散から収縮へとベクトルが逆転する一瞬、どちらも動きが完全に止まった状態にある。つまり、「球状の波」の中心部は非常に似通った状態にある。
 そのように考える時、主に収縮状態を対象として論じてきた第2節、第3節の内容が、そのまま拡散(伸張)状態にもあてはまる。

 以下のイラストは、本章冒頭部の「球状の波」アニメーションの極限まで拡散した瞬間を切り取ってきたものである。



 本章第2節の冒頭部分で説明したように、単独粒子の「波」は距離の二乗に反比例して薄まりながら全宇宙に広がっている。その「波」は光速に等しい速度で振動しているため、周囲の空間では「リソース」の「疎」の状態と「密」の状態とが瞬時に入れ替わり、結果として通常空間とほとんど見分けがつかない。
 この時、「対称性の自発的破れ」によって、量子群が粒子群となり(ボソンがフェルミオン化し)、観測可能な収縮状態を持続させているのが通常物質であると述べた。極限まで収縮した時の中心部と、極限まで拡散した時の中心部が、「波」の状態として似ているのであれば、「対称性の自発的破れ」は拡散(伸張)状態においても起きるはずである。

 それを表現したのが下のイメージである。



 しかし上図には構造的な弱点がある。
 通常のフェルミオン(陽子)においては、それを構成する複数のクォークが互いに空間の「リソース」を奪い合うことで、強く引きつけ合っている。しかし、この「極限まで拡散した球状の波」のクォークの群は、拡散という動きの性質上互いに反発し合っているはずだ。したがって、例え何らかの作用によって拡散限界近くの状態にある複数のクォークが凝集されたとしても、反発の作用ですぐにばらばらになってしまうと考えるのが自然である。
 そのような反論に対して、拡散限界近くの「球状の波」の群が、互いに引きつけ合う可能性を示したのが以下のアニメーションである。



 上図左の通常のフェルミオン(陽子)は、先に述べたように空間の「リソース」を互いに奪い合うことで安定した構造を保っている。それに対して右のダークフェルミオン(仮称)においては、それぞれのクォーク(球状の波)周囲の空間の「リソース」が限界まで過剰な状態にある。クォークが「リソース」を放出するのが「拡散」という動きの本質であるなら、「リソース」が限界まで過剰な状況においてその唯一の逃げ道は互いのクォークそのものである。ダークフェルミオン(仮称)の内部においては、クォークはそれぞれの周囲の過剰な「リソース」に押し込まれるように互いに近づき合う。そして代わる代わる「リソース」を押しつけ合いながら、拡散限界一歩手前で振動し続ける。そのように考えれば、拡散状態にあるクォークも「対称性の自発的破れ」を起こすことができる。

 さて、このような「物質」が実在するなら、どのような特性を持つだろうか。
 「リソース」の「疎」の空間を身にまとう通常物質が引力を持つのなら、その反対に「密」の空間を身にまとう「拡散」粒子群は斥力を持つはずだと、シンプルに説明することも可能だ。しかし、ここでは少し慎重に論を進めたい。

 本章第2節の最後で、補説2としてシリコンの滴による「凍りついた波」を紹介した。振動する液面に触れることなく、宙に浮いたまま規則性のある「踊り」を見せるシリコンの滴は、反重力(斥力)の存在を暗示していると述べた。
 「拡散」粒子群はその周囲の空間の「リソース」を供給過剰な状態に保つ。補説2の実験の、滴の周囲の「凍りついた波」が暗示するように、粒子個々のごく小さな振動によって、粒子群の周囲の「供給過剰状態」は、その見かけを保持している。
 この「物質」を我々の地球の地表に置くとする。先に、通常物質はその周囲に「疎」の空間をまとうため、地球から見た時のその物質のある方向の「リソース」が不足し、その方向の空間を深く引き込もうとするのが重力(引力)であると述べた。逆に「拡散」粒子群によって構成された物質は、その周囲に「密」の空間をまとい、その物質のある方向の「リソース」が供給過剰になる。地球の重力は自分の周囲の「疎」の状態を保とうとするために、その「物質」を跳ね飛ばす。その「物質」には通常物質と全く反対の力が作用し、地表から空に向かって加速しながら地球の重力圏外まで弾き飛ばされる。つまりこの物質は「反重力物質」と呼ぶべき存在となる。

 また、この「反重力物質」は通常物質と同様の慣性質量を持つ。なぜならシリコンの滴の「凍りついた波」と同様、「拡散」粒子群の周囲の空間も「密」の状態を保とうとするはずだからである。だから、第3節の「慣性質量」と全く同じ説明がこの「物質」についても成立する。

 さらには、同じ「反重力物質」同士が接近すると、その間の空間の「リソース」が供給過剰になって、互いに反発しあう。
 しかし、同じ慣性質量分の通常物質と反重力物質が接近すると、本書の理屈では奇妙なことになる。通常物質の側から反重力物質の方向を見ると「リソース」は供給過剰であるため、その方向の空間を遠ざける力が作用する。逆に反重力物質の側から通常物質の方向を見ると「リソース」が不足しているため、その方向の空間をひきつける力が作用する。同じ慣性質量であればそれぞれの引力と斥力も全く同等であるため、完全に拮抗してこの二つの物質の間には全く力が作用しない。

 (あくまでも理屈の上での話ではあるが)もっとも興味深いのは、通常物質と反重力物質を完全に重ね合わせたケースである。
 「球状の波」の振動は、空間の「リソース」の増減に視点を置いたとき、極限まで収縮した状態と極限まで拡散した状態とでは、完全な逆位相状態にあるはずである。(そうでなければ半永久的な反復運動にはなり得ないはずだ)。完全な逆位相状態の二つの「物質」を重ね合わせることができれば、それは通常空間と全く変わらないはずだ。

 以下の「数式」はそのイメージである。



 実際には、それぞれの粒子が一定幅の空間を占有しており、フェルミオンが一つの空間に一つしか存在できないという点を考えても、通常物質と反重力物質が重なり合うことはない。しかし、たとえば反重力物質を通常物質でサンドイッチ状態にした合板を作れば、周囲の空間の「リソース」を限りなく通常空間に近づけることは可能なはずだ。

 そのような、構造体はどのような特性を持つだろうか。

 同じ慣性質量の通常物質と反重力物質によって作られた構造体(合板)には引力(重力)も斥力も作用せず、ふわふわと宙を漂う。さらには、その構造体の慣性質量は限りなくゼロに近づき、作用する力に対してリニアに反応する。たとえば金属棒で押せば、どのような巨大な構造体でも一瞬のうちに押してくる金属棒と同じスピードまで反作用もなく加速する。実際にはそれぞれの物質を完全に重ねあわすことは不可能なので、慣性質量を完全にゼロにすることはできない。また、地表では空気抵抗もある。しかし、通常物質のみの構造体に比べて、この二種類の物質による「構造体」は、明らかに非日常的な運動特性を持っている。

 さて、話はこのまま夢物語に入っていく。この「反重力物質」や「慣性質量ゼロの構造体」を使えばどのようなことが可能になるか。

 まず反重力物質は、天井のない空間では逆向きに重力加速しながらあっという間に空に消えてしまう。そんな物質はかえってコントロールが難しくて、使い物にならないのではないかといえばそうでもない。
 例えば、地球と同じ程度の質量の天体と往復するのであれば、ほとんど移動のための燃料を必要とせずに旅行が可能になる。反重力物質で作られた宇宙ロケットは、地球の重力によって地表を離れると、1Gでどんどん加速していく。(地球から離れるに従って次第に加速力は弱まっていく)。そして同じ1Gの別の天体に近づくと逆にどんどん減速していき、その天体の地表に到達した時に速度ゼロになる。その瞬間に碇でも打ち込んで係留すればいい。(これは天体それぞれの空気抵抗や、天体相互の相対速度等を無視した場合の話ではある)。

 通常物質と反重力物質を同質量組み合わせた構造物は、反重力物質以上に日常的に価値の高い存在となるはずだ。
 例えばそのような構造物で作られた航空機は、推力に対して抵抗するのは空気だけである。空気抵抗は航空機の体積に応じて発生する。だから進行方向の空気を押しのける推力は最低限必要である。しかし、機体本体の慣性質量がゼロであるため、ほんの僅かな推力であっという間に加速する。逆に、推力をカットしたとたんに空気抵抗の影響で一瞬のうちに速度ゼロまで減速される。つまり一般に言われるところの「空飛ぶ円盤」に近い動きが可能になる。
 そのような構造物が、宇宙空間でどのような動きをするのか想像もつかない。単純に理屈で考えれば、例えば慣性質量ゼロの物体は、推力として使う燃料の燃焼爆発の加速と完全に同調してしまう。だとしたら人の体はそのGには耐えられない。しかし、もし人の体を、その体重と同等の慣性質量を持つ反重力物質で作られた宇宙服で包み、それ自体を慣性質量ゼロに近づけることができれば、どのような加速に対してもまるで自由落下しているかのように追従できるはずだ。

 繰り返すが、これはもちろん夢物語だ。上記のような物質が存在しなくても、「量子の拡散状態は『対称性の自発的破れ』を引き起こさない」と一言で説明できるので、本章の第3節までの理屈の反証とはならない。
 しかし、もしそのような特性を持つ「物質」とその「構造体」が存在するのであれば、それは本章の理屈の一つの証明になるはずだ。


 前章まで私は、観察者と観察される側との関係が「動き」を生み出すと語ってきた。その「動き」が、観察者の脳内のニューロン群の反応のずれを生み、それがステレオグラム的に合成されて「時間認識」を生み出す。そのように説明してきた。
 断るまでもなく、我々も、そして観察対象である「何か」も、どちらも物体である。さらに極端に言えば、我々は膨大な量のフェルミオンの塊である。質量を持ち、互いに重なり合うことはなく、力が加えられない限りにおいてそれぞれ慣性(静止)状態を保つ存在である。
 もし我々がボソン(光)だったらと想像してみよう。そして、宇宙にボソンしかない状態を想像してみよう。ボソンは一つの場所にいくらでも重なり合うことができる。しかも、(理屈の上では)常に一定のスピードで宇宙を飛び回っている。
 つまり、ボソン同士は互いに干渉し合わない。
 互いに影響を受けず、ただ球状に振動し続けるだけの存在に、時間が流れていると言えるだろうか。時間という概念の定義によるだろうが、ボソンしかない世界における「時間」は、少なくとも我々の認識する日常的な意味での時間とは全く異なる状態であろう。光(ボソン)しか存在しない世界における「時間」は、言わば現在という瞬間を軸として、過去と未来に交互に振動し続けているようなものだ。つまり対称性を保っている。
 そのようなボソンしか存在しない宇宙の中で、偶然よりそった複数のボソンが共振(または量子もつれ)し始める。そして、それらのボソンの周囲の「リソース」が枯渇し、収縮状態を保った状態で安定した瞬間、つまり「対称性の自発的破れ」が発生した瞬間、ボソンはフェルミオン化し、世界に「物質」が誕生する。さらに、「物質」が複数創り出された時、「関係」が生まれ、「動き」が生まれ、「時間の流れ」が発生し、そしてそれを認識する「主体」が存在可能になる。

 「時間」は、そして「心」は、光の海の「対称性の自発的破れ」から生まれたのである。




(第6章の引用・参考文献)

内井惣七『空間の謎・時間の謎 宇宙の始まりに迫る物理学と哲学』二〇〇六年三月十日 中公新書 中央公論新社
J・グリビン著 櫻山義夫訳『シュレーディンガー子猫たち 実在の探求』二〇〇三年九月十日 シュプリンガー・フェアラーク東京株式会社
『ニュートン別冊 なるほどよくわかる 音、光・電磁波、地震波… 波のサイエンス』二〇〇九年十二月十五日 株式会社ニュートンプレス
谷村省吾『別冊日経サイエンス199 量子の逆説 -光子の逆説-』二〇一四年六月十八日 日経サイエンス社
スティーブン・ホーキング レナード・ムロディナウ著 佐藤勝彦訳『ホーキング、宇宙と人間を語る』二〇一一年一月五日 株式会社エクスナレッジ
ローレンス・M・クラウス著 吉田三知世訳『ファインマンさんの流儀 全てを自分で創り出した天才の物理学人生』二〇一二年一月二十五日 早川書房
フランク・ウィルチェック著 吉田三知世訳『物質のすべては光 現代物理学が解き明かす、力と質量の起源』二〇〇九年十二月二十五日 早川書房
大栗博司『重力とは何か アインシュタインから超弦理論へ、宇宙の謎に迫る』幻冬舎新書 二〇一二年六月二十九日 幻冬舎
大栗博司『強い力と弱い力 ヒッグス粒子が宇宙にかけた魔法を解く』幻冬舎新書 二〇一三年十月二十日 幻冬舎
大栗博司『大栗先生の超弦理論入門 九次元世界にあった究極の理論』ブルーバックス 二〇一三年九月五日 講談社
首藤至道『時間認識という錯覚 : 2500年の謎を解く』二〇一三年七月二〇日 幻冬舎ルネッサンス





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