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ダークマターの正体

ダークマターの正体と、その存在証明  →English edition


物理独自理論研究シリーズ1  2020/12/26 S.Asada 修正、追記は随時


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ダークマターという観測されないが重力場を作る作用のある未知の存在がこの宇宙空間には大量に存在しており、その総量は見えている星や銀河の総量を上回る、というのが観測事実である。本論ではこのダークマターの正体を独自論で解明し、これがどの様にして作られ、どの様な性質を持っているかを明らかにする。


0.結論


アインシュタイン方程式の結論と若干違うかもしれないが、本論によれば慣性質量、エネルギーには重力場(時空間の歪)を作る能力はない。我々は重力場で加速度を受けたり慣性力が生じたりする性質を通常は「質量」と呼んでいる。さらに質量とエネルギーはこの性質が等価である(E=Mc^2)


従来の標準的な理論では重力場は時空間の歪であり、その大きさは質量、エネルギー、運動量テンソルにより記述されるとされた。これは大雑把に言って「その重力場を作るのも主に質量だ」という事だ。つまり「質量は重力場で加速度を受けるとともに、その重力場も作っている」という主張だ。


しかし本論によれば重力場を作る原因は物質そのものが持っている別種の能力によるものであり質量、エネルギーにはその能力は無い。


一般的な定理(質量エネルギー保存則)として広く認められている現象として、物質が重力や電気力等で結合すると、必ず結合エネルギーを放出し、結果としてそのエネルギーの質量換算値分の質量が減少する。であれば結合エネルギーがどんどん大きくなっていった場合、それに伴う大きな結合エネルギーを放出していくと最終的には物質の質量がゼロになると考えるのが妥当であろう。


しかし質量がゼロになっても物質は存在し続ける。質量とは物質が持つ性質の一つであるが、これがゼロになる状態も存在する。質量がゼロになったからと言って、物質まで無くなるわけではない。そしてその物質は重力場を作る能力を保持し続ける。


質量がゼロになるほどの巨大な結合エネルギーを伴う結合は重力結合や電気結合で確実に起こりえる。このようにして質量を無くした物質は重力場を作る性質のみを残して姿を消し、ほとんど観測できなくなる。これがダークマターの正体である、というのが本論による私の主張である。


具体的なダークマターの候補としては電子ー陽電子結合体や陽子ー反陽子結合体などがある。これらは「四次元体積保存則の提案」で詳細説明するように三次元空間での体積、質量がゼロである。これの証明は「2. 消失質量体の存在証明」を参照。


これらは慣性質量を持たないので恐らく光速で移動し、三次元空間での体積がゼロなので通常物質と作用、衝突せずに通り抜け、光速移動を続ける。存在確率は広く拡散するだろう。しかし重力場を作る能力は不変量として持っている。つまり質量消失が起こる前に持っていた重力場を保持し続ける。


このようなダークマターは個々の重力場は観測できないほど小さい。しかし存在する数が膨大なので宇宙レベルでは銀河の運動や宇宙の成り立ちにさえ大きな影響を及ぼす事になる。


下図は電子と陽電子の結合によりダークマターが生成することを表している。ダークマターは高エネルギーの光子を吸収することで電子と陽電子に再分離する事も示している。しかしダークマターが直接光子エネルギーを吸収することはできず、他の原子核に衝突して高エネルギー状態になった時に確率的にこの反応(対生成)は起こる。


まとめると電子と陽電子がその強い電気力で結合すると、両者の総質量に等しいエネルギーを光子の形で放出し、自らは質量がゼロの存在(消失質量体ダークマター)となる。それは重力場を作る作用のみを持ち宇宙をさまよう。そしてそれが高エネルギー光子を吸収した場合にその結合が切れ、再び電子と陽電子に分かれる事がある事を示している。結合を「対消滅」、分離は「対生成」と呼ばれている。しかし本論が正しければ、この用語はあまり正しくないだろう。


 一見、完璧な理論っぽくないか?

対生成

ただし上図粒子の運動方向の図示は厳密には正しくない。実際には運動量保存則に従う。ちなみに電子ー陽電子反応もこの解釈なら質量エネルギー保存則も電荷の保存則も全て満足し、重力場も保存される。


電子-陽電子結合体の質量=(電子,陽電子質量)2×0.51Mev-(放出光子質量)2×0.51Mev=0 つまり電子と陽電子の結合体は質量がゼロである。しかし重力場を作る能力は維持する。これがeーe⁺結合型のダークマターである。p-p‾結合型、n-n‾結合型などのダークマターも存在する。


ダークマターが通常物質の原子核の近くや内部を通過するとき、強い電気力の影響を多少は受け、結合が一時的に緩む。この瞬間に大きなエネルギーの光子が作用すると、それを吸収して結合が切れ対生成が起こることがある。また電気力の影響で進路が変えられ、ジグザグ運動になるだろう。


ジグザグ運動になる事で銀河などの天体密度の高い領域では、ダークマターはある程度の長期間拘束される事になる。尚、通常物質が消失質量体の進路を曲げる事があっても、消失質量体は質量エネルギーがゼロなので、通常物質の挙動に影響を与えることは無い。ただしこれは二者問題として捉えた場合であり、多数の混合状態では様子が異なり、消失質量体が重力作用で通常物質の挙動に大きな影響を与える様になる。さらに通常物質の挙動に影響を与えたダークマター群は通常物質からの反作用を受ける。この作用もダークマターが銀河などからある程度拘束される原因になる。


このようにして消失質量体ダークマターは銀河にある程度の長期間拘束され、特に銀河外周部に広く拡散して高濃度で分布する。そしてこれらによる重力場により銀河外周部の等速回転が説明できる。


銀河中心部に近い領域ではダークマターは中心核の巨大ブラックホールで捕獲されるので、周辺部よりむしろダークマター密度が低くなる。銀河中心の巨大ブラックホールは、主にこれの吸収で急成長した。


ブラックホールが通常物質を吸い込むには制約があり、急激な成長は困難であるが、ダークマターなら制約はなく短期間で大量に吸収することも可能だ。ブラックホールはその空間構造によりダークマターに対する大きな吸収断面積を持つだろう。ダークマターを多く吸収したブラックホールは重力の強大さに比べ慣性質量が小さい特徴を持つはずだ。


証明?となると、どうしても長文となり、読んで頂けそうにないので結論を先に提示しました。

いいのかな~



1.概要

私がダークマターの正体だと考えている質量を完全に無くした消失質量体の挙動は興味深い。それは固有時間が停止しており、三次元空間での体積、慣性質量、重力質量もゼロになっている。そのため移動速度は光速度であり、しかも通常物質と衝突することなく通り抜ける。重力場の影響も受けない。しかし空間を歪めて重力場を作る作用のみ持っている。 → ダークマターのふるまいについての詳細検討


この様な物体が存在しうることを思考実験で証明を試みる。これらの証明は古典物理の範疇(主に相対性理論)で可能であり、難しい変な理論は要らない。  要らないんじゃなくて使えないんだろ


この理論展開は現代物理の常識とは若干違う事は認識しているが、私の知識範囲では間違いが見つからない。もし間違いがあるのなら知りたいので、詳しい方のご批評をお待ちしています。 


 よろしくお願いしまーす   この飼い主はあまり難しい話には付いて行けないよ。中高生レベルでも十分に分かるようにやさしく解説してやってくれ


消失質量体については宇宙誕生のストーリー (マイ オリジナル) の中で既にふれているが、そこでは全体の一部として、ついでに考えてみた程度で十分な掘り下げが無かった。ここではこれについてのみ、深く検証する。

 


2.消失質量体の存在証明


ここでの主要テーマは質量を無くした物質(消失質量体)が実在する事を証明したい。特に慣性質量、エネルギーという性質と重力場を作る能力は別のものであることを明らかにする。

一般的な重力場の説明としてアインシュタイン方程式からは、重力場(時空の歪み)の源はネルギー運動量からなるエネルギー・運動量テンソルである(wikipedia参照)とされているが、本論ではこれを否定する。この理由については本文中で思考実験により詳しく説明している。


複数物体が重力や電磁気力、核力などで結合する事により結合エネルギ-Ef を放出すると、元の質量の合計から結合エネルギーEf に相当する質量(ΔM=Ef/c^2)が消失するのは、よく知られた事実であり疑いの余地は無い。

ここではこのよく知られた現象の拡大解釈と、その結果についての検証を行なうため下記①~③のテーマに取り組む。それにより前記目的を達成する。

テーマ① 
複数物体の結合で結合エネルギーが極限まで高い状態を想定すると、物質から質量が消滅してしまう事が容易に想定される。尚、結合とは合体のみに限定せず、近接した状態で結合力が働いている状態も指す。

テーマ② 
そして物体(物質)が結合エネルギーを放出して質量と体積がゼロになったとしても、物質は4次元時空では存在し続けている。時間軸が無限に伸びたために3次元空間での体積、質量がゼロになっているだけだ→四次元体積保存則の提案

テーマ③ 
更に質量はエネルギーと等価で物質から完全に抜け出す事もあるが、重力場を作る性質は物質にあり、不変であり分離できない。この性質をここでは重力素量と呼ぶ。宇宙の不変量には質量エネルギー、電荷、重力素量があると考えている。

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2-1.論理展開の方針→ 消失質量体の存在証明

ここで言う質量(慣性質量、または重力質量)とは慣性力を受けたり重力場で加速度を受けるといった受動的な性質の事である。これには重力場を作るという能動的性質は含まれていない。
例えば地表付近の重力加速度は9.8m/s^2であるから、1kgの質量のある物体には9.8Nの力が働く。質量はエネルギーと等価(変換式は有名なE=Mc^2)であり、エネルギーも質量と同じ性質を持つ。つまり重力場で加速度を受け、慣性がある。しかし重力場を作る作用は質量、エネルギーには無いと私は主張する。

2-1-1.従来の定義との違い

従来の定義では重力場も質量エネルギー、運動量テンソルだとされてきたが、しかしここでは ”慣性力や重力場で加速度を受ける性質”  重力場を作る性質” は別の物として扱う必要があった。そのためそれらを質量エネルギーと重力素量という2つの要素に分けて扱っている。

重力場はそれを作る能力のあるものが空間に与えた歪みであり、そこを通る物体等はそれを作った原因物体に関係なく歪んだ空間に応じた運動をする。つまり核力や電磁気力の様に単純に物体間に働く力ではない。


2-1-2.重力素量という言葉の採用

空間を歪ませて重力場を生み出す能力は慣性質量やエネルギー、運動量には付随せず、独立の性質であり物質に付随する。この性質を表すものとしてここでは重力素量という言葉をあてはめた。
思考実験
                                      [図-1] 思考実験装置

2-2.”思考実験装置” の解説

[図ー1]の思考実験装置には外部からの重力等の影響は一切無いものとする。そしてAとBは完全に等しい質量の大質量物体であるとする。するとAーB間には重力による引力が働く。しかしA、Bはワイヤーで発電モーターに繋がれており、これが回転しないと距離を変える事はできない。ここで言う発電モーターとは回転エネルギーを電気エネルギーに可逆的に変換する理想的な変換機であり、変換効率は100%とする。

A、Bが近づく様に発電モーターを操作する。すると結合エネルギーが放出され、発電モーターが発電してバッテリーに電気エネルギーを充電する。逆に引き離すにはバッテリーから電気エネルギーを供給してモーターとして働かせ、A、Bを引き離す事ができる。

話を単純化するために、これらの動きはゆっくりであるとし、運動量は無視できるものとする。動きの方向、速度等は発電モーターへのエネルギー供給、放出量を制御する事で、どのようにでもできる。 


2-3.物質から質量エネルギーが完全に消失する事例 → 証明① 

複数物体の結合で結合エネルギーが極限まで高い状態を想定すると、物質から質量が消滅してしまう事が容易に想定される。尚、結合とは合体のみに限定せず、近接した状態で結合力が働いている状態も指す。

例えばA,B2つの物質が重力場で結合していったとする。すると結合エネルギーΔEf を放出して、そのエネルギー分に相当する質量(ΔM=ΔEf/c^2)が結合前の質量よりも減少する事はよく知られた事実である。→アインシュタインの有名な変換式E=Mc^2

この現象は重力結合だけではなく、電気力や磁力,化学結合,核力などでも同様である。

これを [図-1] の思考実験装置で説明する。例えば物体A、Bは大質量なので、大きな重力場を作り強い引力が働くものとする。これをワイヤーを通して発電モーターがくい止めている。ここで発電モーターをゆっくりと回転させてAーB間の距離を縮めることで結合エネルギーを放出させて発電し、その電気エネルギーをバッテリーに蓄える。

するとA+Bの質量は、バッテリーに移動したエネルギーに相当する質量(ΔM=Ef/c^2)が減少していく。逆にバッテリーの質量は(ΔM=Ef/c^2)だけ厳密に増える。これによりボックス②内の質量エネルギーは一定を保ち保存則が満足される。

ここで結合エネルギーが極端に大きいと大きな結合エネルギーを放出してA,Bの質量が完全にゼロになる事も想定される事になる。

この様に極端に大きな結合エネルギーを放出しうるのは重力による結合と電気力による結合の場合で容易に想定される。重力による質量消失は巨大スケールで起きる現象であり、電気力による質量消失はミクロ領域で起きる現象である。ミクロ領域の場合は電気力以外の強い力、弱い力も結合に参加しているだろう。

2-3-1.重力結合による質量消失


重力による結合エネルギーは総質量が大きくなっていくと結合エネルギーも無限に増大するという性質がある。だから例えばA,Bをブラックホールになる直前の条件の中性子星(両者は質量その他がまったく等しい)だとすれば、両者を近づける事で両者の結合エネルギー放出が両者の質量のエネルギー換算値に達し、質量がゼロになりうる。

別の例では地球程度の大きさの星でも多数を同時に近づけていけば、互いに接触していなくても結合エネルギーは総質量換算値に達する。この宇宙全体はごく低密度だが、ほぼ重力結合エネルギー総量と総物質のエネルギー換算値が近い事が知られている。→重力結合エネルギー

尚、質量がゼロになる条件はブラックホールになる条件に近い。また重力による完全な質量消失は自然の状態では考えにくい。なぜならA,Bの質量が厳密に等しくないと結合後の質量はゼロにはならない。

また重力結合の場合、重力結合が進む過程でブラックホールになり、光エネルギーも抜け出せなくなる。その為、質量エネルギーが閉じ込められて残留する。だからせいぜい失っても全質量の50%程度だろう。

2-3-2.電気力結合による質量消失


電子と陽電子,陽子と反陽子,中性子と反中性子などもそれぞれの電荷間の距離が極めて短くなると大きな電気的結合エネルギーとなり、これを放出すると質量がゼロになる事も想定される。この場合は両者の質量と電荷の絶対値が厳密に等しいので、結合後の質量が厳密にゼロになりうる。→ 結合エネルギー
 電荷間の結合エネルギーEf≒9×10^9×Q1×Q2÷r^2  (rは電荷Q1-Q2 間の距離)- - - - これは重力結合エネルギーの式と同じ形をしている

この結合後の質量がゼロになる電荷間の距離は電子と陽電子の場合で単純計算では10^-15m程度だろう。陽子,反陽子や中性子,反中性子の場合は内部構造を持つので少し複雑そうだが質量がゼロになる電荷間距離は存在する。中性子、反中性子の場合も内部構造(クオークレベル)では陽子同様に電荷を持っており電気的結合による質量の消失が有り得る。→実際に確認されている→(例)電子ー陽電子反応、陽子ー反陽子反応

陽子,反陽子の様な場合、そのままの形態での結合体なのか、クォーク,反クォーク結合体になって分散しているのかは分からない。不安定なクォークも反クォークと結合することにより質量ゼロの消失質量体となり、固有時間が停止することで永久的な寿命になる。

前記の〔図ー1〕で電気結合の場合を考えると引力Fは電気力となる。そして取り出されたエネルギーは質量と等価なので質量の性質(慣性質量、重力質量)があるが、重力場を作る性質は無い。重力場を作る性質は物体A,Bにある。


2-4.質量がゼロになっても、物質が無くなったわけではない → 証明② 


物質が結合エネルギーを放出して質量と体積がゼロになったとしても、物質は4次元時空では存在し続けている。時間軸が無限に伸びたために3次元空間での体積、質量がゼロになっているだけだ→四次元体積保存則の提案

先の証明で物質AとBを合わせた質量がゼロになってしまう場合があり得るとの結論に達したが、AとBを合わせた質量がゼロになったとしても、AとBが存在しなくなったわけではない。以下でそれを証明する。

2-4-1.質量消失現象の可逆性

図ー1の思考実験装置でAとBが結合エネルギーを放出して、限りなくその質量が減少していったとしても、この過程は可逆的である。バッテリーから電気エネルギーを供給して発電モーターがワイヤーを巻き上げA,Bを引き離していけば、もとの質量のAとBに必ず復帰する。

この現象の本質を分かりやすく説明するため、物体をAさん,Bさんという個性を持ち複雑で繊細な構造を持つ人間であったとして話を進める。このAさんとBさんが重力結合する事により重力結合エネルギーを放出する。するとその放出したエネルギー分だけ二人の質量は減少し、そのエネルギーはワイヤーを通して発電機で電気エネルギーに変換され、バッテリーに蓄えられる。

バッテリーはその分の質量が増加してボックス②内での質量エネルギー保存則を満足させる。この保存則の正当性については文末の「3.慣性質量、重力場の保存則についての考察」を参照。 


これは一見、AさんBさんの体がバッテリーに移動したかに見えるが、可逆的なのだから発電モーターに電気を供給して巻き上げれば、また元のAさんBさんにもどる。電気エネルギーから人間が簡単に組み立てられるわけはないから、可逆的の意味をよく考えなくてはならない。質量は減ったり無くなったりしてもAさんBさんはボックス①内にずっと存在していた事になる。つまりAさん、Bさんの座標では何も変化は無い。彼らの視点では自身の質量も変化しない。あくまで外部観測者の視点での質量移動、消失現象だ。

これは例えば宇宙空間から人が地球に降りると、重力結合エネルギーを放出して質量が減る。しかし再度宇宙空間に引き上げれば元の質量の人に戻る。この間、その人の構造や人格が変わる事は無いのと同じ事だ。これらの過程は可逆的だ。

2-4-2.質量消失を説明する4次元体積保存則の提案

このAさんBさんに起こる現象は4次元時空間での形状変化により説明できる。4次元時空では4次元体積x・y・z・tが保存される様だ。結合により大きく結合エネルギーを放出すると3次元空間での保存則を満足させるようにx・y・z(=質量)が縮小し、それに応じたエネルギーを発生する。

そして4次元時空での保存則を満足させるようにx・y・zが縮小した分は時間軸tが伸びて4次元体積が一定となり保存則を満足する。これは時間が遅れることを意味する。

これを人で説明すると、大きく結合エネルギーを放出すると外部観測者から見たx・y・zつまり体積,質量が小さくなる様に観測され、tが長く、つまり寿命が長くなる様に観測される。

究極的には体積,質量がゼロになり、時間軸が無限に伸び、固有時間が停止する。

しかしその人たちの視点(座標)で見れば、その人たちの質量も時間も通常通りであり変化は無い。あくまで外部観測者の視点で見た時の話である。→ 四次元体積保存則の提案

2-4-3.全ての結合エネルギー放出現象で現れる質量消失と時間の遅れ

重力場で結合エネルギーを放出して質量が減少すると時間も遅れる事は良く知られているが、本論によればこれは重力場に限った事ではなく、電気力、核力その他すべての結合エネルギーを放出する現象で質量の消失と時間の遅れはセットで起こっていると主張する。



2-5.質量はエネルギーに付随し、重力場は物質に付随する → 証明③ 


質量はエネルギーと等価で物質から完全に抜け出す事もあるが、重力場を作る性質は物質にあり、不変であり分離できない。この性質をここでは重力素量と呼ぶ事にしている。宇宙の不変量には質量エネルギー、電荷、重力素量があると考えている。

2-5-1.質量、重力場の保存則を提案

ここで図-1のボックス①内について考えてみる。ここからはワイヤーで外部にエネルギ-が出入りできるため、ボックス①内の質量やエネルギーが変化するのは問題無い。しかしボックス②からは外部に何も出入りがないので、内部で何が起ころうと外部から見たボックス②内には何も変化があるべきではない(保存則が成立すべき)。これは質量も重力場も電荷もである。

ただし電荷は保存されるものの電荷にはプラスとマイナスが有るので、両者間の距離が極端に近くなると外部には電界が及ばなくなる。この保存則の正当性証明は文末の番外編参照

2-5-2.A,Bの結合で消失した質量の行方と重力場の行方

前記の保存則が成り立つ前提で話を進める。AさんBさんが近づく事で結合エネルギーを放出し、質量が減少する現象を考える。減少した質量はワイヤーを通して力学的エネルギーの形でボックス①から出て発電モーターで電気エネルギーに変換され、バッテリーに蓄えられる。

ここで前記保存則を満足させるには、ボックス①内で減少した質量分は全てバッテリーの質量の増加とならなければならない。つまり減少した質量は全てエネルギーとなった。そのエネルギーが減少した質量と全く等しい質量を持っている。

これはエネルギーの形態に関係しない。光エネルギーでも熱エネルギーでも化学エネルギーでも同様である。なぜなら物体A、Bからバッテリーまでいかなる形でエネルギーが伝搬されたとしても結果は変わらないからである。またエネルギーを蓄えるのも電気に限る必要はなく、様々な形のエネルギー蓄積器でも結果に影響しない。光エネルギーを長距離で蓄積させる装置でも同様だ。だから光子にもhν/C^2の質量エネルギーがある。 そんな事言っていーのかい?

AさんBさんが結合してエネルギーを放出し質量が減少したりゼロに近くなっても、再び発電モーターで引き離せば元の質量や個性を持つAさんBさんにもどる(可逆性)


2-5-3.通説の否定(重力場はエネルギーと運動量テンソルであるとする説)

アインシュタイン方程式が語るように重力場を作る能力がこのバッテリーに移動したエネルギー(質量)にあるのならば、重力場はバッテリーに移動することになるが、それは完全に間違いだろう。もしそうならAさんBさんの質量が減少すると重力場も小さくなっていき、次第にエネルギーが取り出せなくなる。


そうなると発電モーターで引き離しても両者間の引力は弱いので、十分なエネルギーが供給されることは無く、AさんBさんは簡単に引き離されるだけだ。するとエネルギーが逆流することが無く元にもどれない。質量が減ったままになる。つまり非可逆的になる。

しかしこれは物理法則の常識的に間違っているだろう。物理現象で非可逆的なのは時間、エントロピー増大くらいであり、この事例は典型的な可逆的変化だ。もしこんな非可逆的変化が起こると仮定したら、人がエレベータで上下を繰り返すと体重が減っていかなくてはならない。細胞数が減る?細胞が小さくなる?人格が変化する?物理的にあり得ない。
 そんな強い重力場ではAさんBさんは死ぬから非可逆的だ、なんて言いっこなし。思考実験ではAさんBさんはものすごく丈夫だ、という事で済ませていーのだ。それに日常的な弱い重力場だとしても、数値が少ないだけで上記と同様なことが日常的に起きている。

2-5-4.重力場の行方→物質に付随する

  

すると正しくは重力場は移動せずにボックス①内に全て残っていなくてはならない。この事から重力場を作る性質,能力はAさんBさんに付随すると結論できる。この重力場を作る性質,能力を重力素量と呼ぶことにする。従来は重力素量は質量エネルギーと同じものという扱いをされてきたが、ここでは独立した能力として扱う事にする。

エネルギー、質量が完全に抜け出した物体は重力場を作る事はできるが、質量が無いので他の重力場から力を受ける事はない。この様に物体に付随して不変の重力場を作る性質、能力が重力素量である。重力素量の単位はとりあえずkgtとする。そしてそれは結合エネルギーを全く放出していない物質の質量と等しくなる。  これは飼い主の仮説だよ 


2-6.電荷の場合について

前記証明は主に重力結合について解説してきたが、電荷の場合でも同様の結論が得られる。ここでは 電荷の場合の詳細な検討を行う。

重力の場合は従来、重力場を作る能力zxと質量が同一視されていたので、それを正すために重力素量という概念を持ち出したが、電荷の場合は電場を作るのは電荷、質量は質量と最初から分かれているので問題が簡単だ。

物質(電子,陽子等)には電荷が含まれており、例えば電子ー陽電子では強い電気力が働く。この電気的結合エネルギーを放出すれば電子ー陽電子の質量は減少し、結合エネルギーが更に大きくなればその質量がゼロになることも容易に想定される。

これは重力での結論と同じになる。ただし電子などの場合には図ー1の様な実験装置は厳密には適用できない。電子にワイヤーを付けるのは思考実験でも適用外だ。結合エネルギーも連続的には取り出せず量子力学での扱いが必要になる。ただし基本的な考え方は重力の場合と同様だ。

2-6-1.電子ー陽電子結合による質量消失

電子と陽電子が接近して結合エネルギーを放出するのは、経験的に光子(ガンマ線)を放出する事で行われている。ただしこの放出は随時、連続的に行われるのではなく電子、陽電子の質量換算値に等しい0.51Mevの光子を2個放出して瞬時に結合する。

結合エネルギーを放出した電子ー陽電子対は3次元空間での体積x-y-zと質量がゼロになり、一見存在しなくなる。しかし4次元時空では存在し続けており、重力場を作る能力はあり続ける。また電荷も無くならないが、3次元空間での体積がゼロの中にプラスとマイナスの等電荷が収まるので電気力が打ち消され、通常の方法では外部から電荷を観測できない。

そして先の証明で質量、エネルギーには重力場を作る能力は無い事を証明したので、保存則より重力場を作る能力は消失質量体となった電子ー陽電子結合体がすべて引き継いでいる事になる。

この空間はこのような質量が消失した「電子:陽電子対」や「陽子:反陽子対」、「中性子:反中性子対」または「クォーク:反クオーク対」が多数存在していると推定する。これらは3次元空間での体積、質量がゼロなので観測されないが、重力場を作る能力はあるので例えば銀河系の回転運動などでは、これの影響が強く現れているのだろう。現在有ると確認されている数千億個の銀河のほとんどの運動状態を説明するには、このような物体(ダークマター)が通常物質以上に大量に存在すると仮定しないと成り立たない。

また初期宇宙空間にも巨大なブラックホールが観測されているが、短期間で通常物質がこの様な大規模集積をする事は困難である。しかし質量を持たないダークマターなら移動速度が光速度なので、短期間でブラックホールに集積し、その重力場を巨大化させた可能性がある。

それに伴い通常物質や光エネルギーも吸収、蓄積し質量も巨大化していった。この効果により銀河も急速に成長した。


2-6-2.電子ー陽電子結合体の再分離(対生成)

電子ー陽電子結合体などの消失質量体では電荷は保存されているものの、両電荷間の距離がほぼゼロなので電荷が打ち消しあい、外部への電界の影響はほぼ無くなる。しかし厳密にゼロではない。そのため特殊な条件下ではこの電荷対がその性質を現わすことがある。

例えばこれが原子核の近くを通過する様な場合には、その強い電界の影響を受けて進路が変わったり、エネルギーを受け取る場合もある。このような条件下で高エネルギーの光子などが作用するとそれからエネルギーを受け取り、結合が解けて電子と陽電子が対で生成する。

ここでもディラックさんらの考えとは異なってくるが仕方ない。私は質量エネルギー、電荷、重力場の保存則を最重要視する。


2-7.実験による証明方法 


身近な例では鉄は最も安定した原子( 結合エネルギーが最大)であり、それを作る陽子,中性子,電子などの合計よりも原子核の結合エネルギー分だけ軽くなっている。素粒子の質量の合計が重力素量だから、鉄は重力素量と慣性質量の差が最も大きい物質となる。この様な物質1kgと水素の様な比較的結合エネルギーの小さい物質1kgの作る重力場を精密測定したら鉄の方がわずかに大きな重力場を持つだろう。


電子と陽電子を結合させると0.51MeV×2個の光子と、質量がゼロの(電子ー陽電子結合体)が発生する。これをとらえる事ができれば、この理論の正当性が証明される。ただし質量がゼロなので光速で移動し、3次元体積もゼロなので物質を透過するので検出は容易ではない。おそらくそれの作る重力場でしか検知できないが、それは極端に小さい。


3.慣性質量と重力場の保存則についての考察


本論での理論展開は外部との出入りが全く無いボックス②の中でどのような反応が起こってもボックス②を外部から測定した慣性質量や重力場は変化しない、という保存則が成り立つことを前提にしている。これが正しければ、ここでの結論は正しいはず。しかしそうでないならば、ここでの結論は大間違いという事になる。


しかしこの保存則が間違いだと仮定すると別の大問題が発生してしまう。例えば図ー1の思考実験装置でバッテリーに充電されても質量は変化しなかったとする。つまり保存則は成立しない場合を考えてみる。


まずボックス①内でAとBを近づけたり離したりする。発電モータその他の効率が100%なら、この動作には外部からのエネルギー供給は必要としない。


するとボックス②を外部から見ると質量が変化している様に観測される。これをたとえば地上に置くと重さが繰り返し変化する。


この様なものがあったとすれば、例えばそれをバネの上に置けば上下動を繰り返すことになる。するとその動きで発電できてしまう。つまり何もないところから無限にエネルギーが取り出せる。これは第一種永久機関であり、熱力学第一法則に反する。これはこの段階で「ありえない」と完全否定してよいだろう。


つまりボックス②から外部に出入りが一切ない場合、その質量は変化しないという保存則は厳密に成立しなくてはならない。すると本論で結論したダークマターの存在証明も正しいと結論できるだろう。


尚、重力場も変化しないという保存則についても同様のプロセスで正しいと結論される。例えば電子と陽電子の対消滅と対生成で、それの重力場まで消えたり発生したりする、としてしまうと結果的に第一種永久機関の存在を許すことになり、その考え方は強く否定される。


これを詳しく解説すると、ボックス内でエネルギーの出入りが無くても対消滅と対生成が繰り返し起こる平衡状態は想定可能だ。もし対消滅するとその重力場も消えてしまうとすれば、そのボックスの重力場は変化する。するとその上にバネを置き物質を置くと、その物質は上下動を繰り返す。するとそれからエネルギーを取り出す事が出来、やはり第一種永久機関になってしまう。従ってこの様な事は起こりえない。つまり対消滅しても、それの作る重力場は変化しないと結論できる。


 電子の質量は非常に小さく、それの作る重力場は観測不可能なレベルだが、どんなに出力が小さくても第一種永久機関が理論上出来てしまうのは、その仮定が間違っている事の証明になる。少なくとも古典物理においては    古典物理とはアインシュタイン、ニールス・ボーア、ハイゼンベルク等の時代だよ 

厳密な話をすれば、この操作をすれば重心位置が変化する。すると重力波でエネルギーが出ていくし、外部でボックス内の重心移動を利用したエネルギーの取り出しも可能だ。だからボックス②からは「エネルギーも何も出入りがない」という前提は守り切れず、保存則は厳密には成り立たない。しかしこれによる本論の結論には影響がない。A、Bの接近、引き離しを繰り返すのは、必要エネルギーが厳密にはゼロではないという事だ。思考実験的には、このボックスや実験装置が無限に小さいと仮定すれば、この問題は回避できる。



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