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質量とエネルギーの本質

慣性質量とエネルギーや時間の本質、そして物質の本質を解明する私の仮説。

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物理独自理論研究シリーズ1  2022/11/13 S.Asada 修正、追記は随時

本論は私の仮説宇宙の成り立ち、宇宙誕生のストーリ」についてある程度のご理解を頂けたものとしての論理展開となる。これの大まかな内容は「ビッグバン宇宙論」とは全く逆説的な宇宙論である。

主論ページにリンク→「宇宙の成り立ち、宇宙誕生のストーリ

それは我々には観測不可能な領域にある外部空間という広大で高温、希薄な空間が舞台。そこに発生した巨大な「宇宙ブラックホール」のシュヴァルツシルト半径内を、我々の宇宙空間は落下過程であると想定している。


ここでは上記仮説に関連する「慣性質量とエネルギーの本質。そしてそれらの容器である物質の本質」についての仮説を詳細に解説する。尚、本論を含め質量、エネルギー絡みの私の主張は本論末尾の「7.物質、質量、エネルギー保存則のおさらい」の思考実験結果から導いている。


0.本論の目的と結論

     

※ 本論の目的

    

物質と質量、エネルギー、時間、重力場の関係を明らかにする。ただし本論は私自身でも検討中の内容を含む。

※ 本論の結論
    
物質とは重力場を作る能力を持つ唯一の存在。エネルギーは慣性質量(=重力質量)という性質を与える唯一の存在。物質はエネルギーを収納する。そのエネルギーは物質内で結合エネルギーの形で存在している。

物質とは陽子、中性子、電子など。しかし最も多い存在はダークマターという形態である。ダークマターは物質の一形態であり、正、反物質の結合体である。これは全くエネルギーを収納していない状態の物質だ。つまり慣性質量がゼロであり三次元空間での体積がゼロである。しかし重力場を作る能力は物質の四次元体積に依存するので、結合前と同じだけの重力場を作る能力を持つ存在である。

これに対しエネルギーは様々な形で存在するが、宇宙では主に光という形態と物質の中に正の結合エネルギーとして収納されている形態が多い。これは物質内で同一極性の電荷等を無理やり結合させるためのエネルギーである。

以下は思案中の仮説。少し飛びすぎているかも。

物質は四次元時空間にまたがる存在であり、時空間を歪ませる事で重力場というものを作る。具体的には物質が周囲の時間軸を伸ばす働きをする。そのため近傍空間の時間速度を遅らせる。

時間速度が変化すると空間の構造も変化し、二点間の最短距離も変化する。真空空間では最も短時間で到達するのが最短距離であり光路だから、時間速度の遅い空間の方向に曲がろうとする。これが空間の歪みであり、重力レンズ効果だ。

ここで考えを導くために物質の疑似イメージモデルを作ってみる。物質は光を反射で閉じ込める容器であるとする。慣性質量は無いが重力場を作る性質、つまり近傍空間の時間を遅らせる能力がある。

物質、例えば中性子では一個の+2/3電荷と二個のー1/3電荷がある。これらを中性子内に閉じ込めておくために大きなエネルギー(約900MeVの光子)を同居させている。

通常はこの光子はランダム運動ですべての方向に衝突の運動量を与えるので、それがバランスして物質に力が働くことはない。しかし物質という容器が動こうとすると、その逆方向の光圧が強まり動きに抵抗する。これが慣性力の正体である。また物質が作る重力場(時間の遅れる空間)では時間遅れが強い方向に光の進路が曲がる。そのため物質内でも重力場の方向の光圧が増大し、推力が発生する。これが重力加速度の正体である。

なんだか話が大きくなり、古典物理の範疇で宇宙の成り立ちを説明するなんて言ってたけど、これは古典物理を否定していないか? 古典物理では慣性力やの重力加速度、物質の本質に対する解明はされていなかったから、問題は無い。古典物理というか飼い主の信条である質量エネルギー保存則、無から有は生じない、その逆も無い。という信念は貫いているからいいのだ。 うーん  - - - 


解説:物質はその大きさが四次元時空間で保存される。重力場を作る能力は四次元体積で決まる。一般化して言うと観測者から見て三次元体積(慣性質量に比例)を時間速度比で除したものが重力場を作る能力である。

重力場を作る能力 MT(kg)=(慣性質量M÷時間速度比SR)=同一時間速度での慣性質量

エネルギーは唯一、慣性質量という性質を持つ。そして物質に収納されて物質に慣性質量という性質を与える。エネルギーに個性、体積は無く、あらゆる形に自在に姿を変える。

物質は四次元時空で保存される量であるが、エネルギーの収容能力は三次元体積分だけである。そして物質の三次元体積とは慣性質量に比例する。

物質は四次元時空での存在であり周辺空間の時間速度を遅らせる能力がある。重力場に置かれたエネルギー魁(慣性質量)は時間速度の遅い空間の方に圧力を受ける。なぜなら物質中に閉じ込められたエネルギーを光子魁とすれば時間速度の遅い方向に光子が曲げられ、その方向の光圧が増加することから説明できる。そしてこれが重力加速度の正体である。

時間速度が変化すると空間の最短距離も変化する。最も短時間で到達するのが最短距離だから、時間速度の遅い空間をできるだけ通ろうとする。これが空間の歪みの正体であり、重力レンズ効果だ。一般の光学でも例えばガラス中などは光速が遅くなるので、その方向に光が曲がる。それを利用したのが光学レンズだ。



以下は本論


1.三次元空間での質量エネルギー保存則。

下図は物体A,物体Bが重力で引き合い、その結合エネルギーを発電モーターで取り出し、バッテリーに蓄えるという趣旨の思考実験装置である

発電モーターを動かし物体A,物体Bから結合エネルギーを取り出すと、そのエネルギーはワイヤーや変換機を通ってバッテリーに蓄えられ、バッテリーの慣性質量はその結合エネルギーの質量換算値分が増加する。そしてボックス①(A+B)の慣性質量は同じ量が減少する。これでボックス②内での質量エネルギー保存則が満足する。

関連リンク ダークマターの正体


2.物体Bが純粋なエネルギーのみだったとしての思考実験。

ここでAを通常物質、Bをエネルギーのみとして考えてみる。尚、エネルギーのみの物体Bとは、エネルギーが光なら反射率100%の箱を想定して、中で光子が反射を繰り返しながら永久保存されていると考える。ここでは箱の質量はゼロ、光の吸収も全く無いものとする。この想定は思考実験なら問題は無いだろう。

このようなエネルギー箱Bを「ダークマターの存在証明」論でお馴染みの下記の思考実験装置にセットする。

思考実験


Aは通常物質なので重力場を作る。Bは純粋なエネルギーの塊なので重力場は作らないが、M=E/c^2 の慣性質量をもつ7.物質、質量、エネルギー保存則のおさらい を参照)。従ってAの重力場で引っ張られる。Aは重力場では力を受けないが、Bを引っ張った反作用で同じ力で引っ張られる。

そこで発電モーターを回して結合エネルギーを取り出すと、そのエネルギーはバッテリーに全て移動し、バッテリーの慣性質量が増加する。ここでAの重力場は十分に強く、Bの慣性質量がゼロになるまで結合エネルギーを取り出す事が可能であるとする。

ここで可逆性を試してみる。結合エネルギーを全て取り出してBの慣性質量がゼロに限りなく近づいた場合、引力は働かない(F=0×G=0)。そのため発電モーターで引き揚げてもエネルギーは供給されない。つまりBのエネルギーはバッテリーから逆流しない。

これはBのエネルギーがゼロではないが減少した段階からの引き上げでも同様だ。A,Bをいったん近付けてBからエネルギーを取り出すと慣性質量が減少しているので、また元の位置まで引き上げても慣性質量は元の値に戻らず、不可逆的な現象であることが分かる。これが物質とエネルギーの本質的な違いとなる。

Bが物質ならエネルギーはワイヤーをつたいバッテリーに移動しても、物質そのものは移動しない。ただしエネルギーが抜けると物質は三次元体積を維持できず収縮する。すると物質は四次元体積を保存しようとして時間軸方向に伸びる。つまり時間速度が遅れる。重力場は物質の四次元体積に依存するので、ボックス①内の重力場も保存される(変化しない)。

Bが物質なら引き上げればエネルギーが逆流し、元の質量の物質に戻る。つまりこの場合は可逆的な現象である。


3.物質とエネルギーの違いと関係性のまとめ。

物質はある程度の個性を持つ。また物質は四次元時空間で保存される。つまり結合エネルギーを放出して三次元空間での体積(慣性質量)が変化しても、四次元体積は増減しない。(x・y・z・tが一定)。これの意味するところは結合エネルギーを放出して慣性質量が減少した物質は、その比率で固有時間が遅れている。

物質は上記実験装置でロープを伝ってバッテリーに移動することは無い。結合エネルギーを放出して物質の慣性質量が減少したとしても、それは物質が収容していたエネルギーが出て行っただけであり、エネルギーが戻ってくれば元の慣性質量の物質に戻る。

物質には個性があり、それはエネルギーの出入りに関係しない。例えば物質が人だったとすれば、エネルギーの出入り、入れ替えがあってもその人の個性は保たれる。ちなみに結合エネルギーを放出して慣性質量が減少し、固有時間が遅れたとしても、その人にとっては慣性質量も時間も変化しない。

それに対してエネルギーは個性が全くない。物質に同居していたエネルギーはロープを伝って形を変えながらバッテリーに移動することができる。

物質はエネルギーの容器でもある。物質はエネルギーを収容することにより慣性質量という性質が現れる。しかし重力場を作る性質は容器である物質自体が持っており、エネルギーには無い。

物質が四次元時空間で時間軸方向に延びると四次元体積保存則により三次元体積(慣性質量)が減る。すると物質に収まっていたエネルギーがあふれ出す。あるいは逆に物質からエネルギーを引き出すと結果的に三次元体積(慣性質量)が減り、結果として時間軸が伸びる。つまり時間が遅れる。これが三次元空間における質量エネルギー保存則の本質である。


4.物質の性質のまとめ。

物質とは重力場を作る能力を持っている。またエネルギーの容器でもある。その形態は四次元空間への広がりを持つ。何らかの作用で三次元空間でのエネルギー容量(これを慣性質量と呼ぶ)が減ると時間軸方向に延びて四次元空間での容積を一定に保つ。しかし三次元空間では三次元体積分のエネルギーしか収容できないので三次元体積が縮小すると、収容できなくなったエネルギーがあふれ出す。

関連リンク  四次元体積保存則


5.エネルギーの性質のまとめ。

エネルギーは三次元空間で保存される量である。物質の様に三次元空間で増減したり、さらにそれが時間軸方向に移動することも無い。三次元空間ではエネルギー総量が保存される(変化しない)。エネルギーが増減するように見えるとしたら、物質というエネルギー容器に取り込まれたり、放出されたりするためである。


6.重力場を作るもののまとめ。

重力場を作る能力MTもエネルギーと同じ三次元空間で保存される量である。重力場は物質のみが持っている性質であり、その強さは物質の四次元体積に依存する。しかしこの表現は一般化できていない。一般化すると重力場を作る能力MTは三次元体積(慣性質量)Mを観測者に対する時間速度比SRで除した値になる。

重力場を作る能力 MT(kg)=慣性質量M÷時間速度比SR=同一時間速度での慣性質量

従って重力方程式に上記MT(kg)を代入すれば、その物体が作る重力場Gが求められる。

あらゆる物体は上記で作られた重力場Gの中で慣性質量M(kg)に比例した力を受ける。
F=GM


7.物質、質量、エネルギー保存則のおさらい

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(記号MT)という言葉をあてはめた。

思考実験


上図で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(MA+MB)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。

A+Bから減少した質量はボックス②内で保存されるので、そのエネルギーはワイヤーを通して発電モーターを介してバッテリーに移動する。その結果、バッテリーの質量は(ΔM=Ef/c^2)が増加する。

ここで重力の結合エネルギーが極端に大きい場合を想定すると、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。

A+Bの質量が減少したりゼロになっても重力場が減少したりゼロになるわけではない。重力場は物質A,Bに付随している。A,Bからエネルギーが流出すると質量は減少し極限的にはゼロにもなるが、重力場は存在し続ける。これの詳細解説は下記リンク先を参照。
関連リンク→ダークマターの正体

重力場の保存則を認めればボックス②内の重力場は保存されるのでバッテリーの慣性質量が増えても重力場は増えない。つまりエネルギーには慣性質量があるが重力場を作る能力は無いと結論される。

エネルギーは無個性でワイヤーを伝って移動したり形を変えれるが、物質は個性があり、ワイヤーを伝ってバッテリーに移動したりすることはできない。どのようになってもAとBはボックス①内にとどまる。重力場もAとBに付随する。

このようにして慣性質量を失った物質A+Bがダークマターであり、三次元空間での体積と慣性質量がゼロのもかかわらず、重力場を持つ存在であり、これがダークマターである。

最も多いと思われるダークマターは電気力結合による消失質量体である電子-陽電子結合体や陽子-反陽子結合体などである。


この飼い主の妄想はどこまで続くやら~。







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