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2014年9月

世界の基本は二重螺旋で表現可能?

「シュレーディンガーの猫」は、量子力学が引き起こす奇妙な現象を説明する際の例示に用いられる有名な思考実験です。

「シュレーディンガーの猫」とも「シュレディンガーの猫」とも呼ばれる実験とは、量子力学の問題点を突く思考実験として、物理学者のエルヴィン・シュレーディンガーが1935年に発表したもので

した。

この実験は、当時多くの科学者や哲学者を巻き込んだノイマン-ウィグナー理論に対する反論でした。

今となってはややこしい割に専門外の人には、はっきり言ってどうでもいい議論なので詳しい話は省きます。

ようは、実験結果の検証や認識にかかわる議論だったとだけ言っておきます。

気になる人は、ノイマン-ウィグナー理論で検索してみてください。

結果は、起こり得ると言うものでした。

その実験と言うのはこういうものです。

あくまでも、もし行ったらどうなるかをシュミレーションするのであって、本当にやるわけではないので誤解しないでください。

蓋のある箱を用意して、この中に猫を一匹入れます。

この箱の中には、放射性物質のラジウムを一定量と、ガイガーカウンターを1台、青酸ガスの発生装置を1台入れてあるものとします。

箱の中にあるラジウムがアルファ粒子を出すと、これをガイガーカウンターが感知して、その先についた青酸ガスの発生装置が作動する設定になっています。

ラジウムからアルファ粒子が出なければ、青酸ガスの発生装置は作動せず、箱に入れられた猫は生き残ることになります。

一定時間経過後、果たして猫は生きているか死んでいるか、というわけです。

この系において、猫の生死はアルファ粒子が出たかどうかのみにより決定すると仮定します。

アルファ粒子は、原子核のアルファ崩壊にともなって放出されます。

このとき、例えば箱に入れたラジウムが1時間以内にアルファ崩壊してアルファ粒子が放出される確率は50%だとします。

この箱の蓋を閉めてから1時間後に蓋を開けて観測したとき、猫が生きている確率は50%、死んでいる確率も50%となります。

したがって、この猫は、生きている状態と死んでいる状態が1:1で重なりあっていると解釈しなければならなくなります。

我々は経験上、猫が生きている状態と猫が死んでいる状態という二つの状態を認識することができます。

けれども、このような生きている状態と死んでいる状態が重なり合っているような、重なりあった状態を認識することはありません。

これが科学的に大きな問題となるのは、例え実際に妥当な手法を用いて実験を行ったとしても、観測して得られるのは実験結果は既に出た結果だということです。

重なり合ってない状態しかでない実験結果では、本当に知りたいことは重なりあった状態だったのにやった意味がなく、検証のしようがないということでなのです。

シュレーディンガーは量子力学の確率解釈を容易な方法で巨視的な実験系にすることができることを示し、そこから得られる結論の異常さを示したのでした。

シュレーディンガーは、これをパラドックスと呼びました。

現在では、「シュレーディンガーの猫」のような巨視的に量子力学の効果が現れる実験系が知られてます。

巨視的量子現象のなかで最も注目されているのが、ボース-アインシュタイン凝縮です。

ボース-アインシュタイン凝縮は、巨視的な数の粒子が同一の基底状態を占有し、巨視的なスケールにわたって量子力学的な位相を揃えた状態です。

超伝導現象や液体ヘリウムの超流動現象なども、ボース-アインシュタイン凝縮の結果として理解することができます。

超伝導現象は超電導現象とも呼ばれ、リニアモーターカーなどで知っている人も多いことでしょう。

実用化としては、地味だけど鉄道の送電線にも近年では使われ始めて省電力になることが期待されています。

液体ヘリウムの超流動現象とは、容器の中から勝手に流れ出してしまうとっても奇妙な現象です。

話を戻しましょう。

古典確率では説明できない相関やそれに関わる現象を漠然と指す用語として、量子もつれと言う言葉がもちいられます。

現在では、アルベルト・アインシュタイン、ボリス・ポドルスキー、ネイサン・ローゼンの3人の思考実験が提起したことにちなんで、頭文字をとってEPRパラドックスと呼ばれるアインシュタイン

=ポドルスキー=ローゼンのパラドックスの方がはるかに有名です。

このEPRパラドックスにちなんで、このような量子もつれ状態はEPR相関と呼ばれています。

「シュレーディンガーの猫」のパラドックスは、しばしば量子もつれと関連つけて語られます。

それと言うのも、量子もつれとは、状態の重ね合わせとして紹介されるけど、混合でもなければ、相互に打ち消し合ってしまうこともなく、どちらの状態も独立に存在しつつ重なり合っている状態な

のです。

 まさに、生きている状態と死んでいる状態が1:1で重なりあっていると解釈される「シュレーディンガーの猫」ですね。

このような、どちらの状態も独立に存在しつつ重なり合っている状態は、二次元では表示が困難です。

でも、三次元で表現したらどうなるでしょう。

 二次元では波動として表現されるが、三次元では螺旋(らせん)になる可能性がある。

電子は、パウリの排他律で一つの軌道に2つと決まっています。

二次元の波動では、スピンの上向きと下向きで重ね合わせでは打消しを連想しそうになるけれど、実際にはどちらの電子もあります。

もしかすると、二重螺旋モデルの方が適切かもしれないですね。

銀河系中心の磁場を調べて、二重螺旋の星雲が、銀河面に対して垂直な中心軸のまわりを回転しているという結論を導き出したと言う報告もあります。

 二重螺旋と言えば、少し前まではDNA位しか知られていませんでした。

ロスアラモス国立研究所の物理学者であったアンソニー・ペラットは、集合したプラズマが合体して銀河と同じ螺旋構造を形成するのを発見したという情報を友人のブログから得たと言います。

パルス発電機でX線放射の実験を行っていた時に、発生したプラズマ・フィラメントが互いの磁場で引き寄せられて集合、合体したら、螺旋構造になったそうです。

量子もつれもまた、二重螺旋で表現したほうが良いのかも知れません。

 二重螺旋で表現すれば、重ね合わせであっても、どちらの可能性も打ち消されない。

そういえば、生命現象自体も、新陳代謝で新しく生まれる細胞もあれば死んでいく細胞もあるわけです。

成長期を除けば、生まれる細胞も死ぬ細胞もほぼ同数と見ても良いでしょう。

神経細胞のように、一生ものの細胞もありますけどね。

 生命活動自体が、生と死の重ね合わせと言える。

もしかすると、二重螺旋で多くの現象は理解できるかもしれません。

 直交してる電場と磁場、あるいは、電界と磁界の中を、それぞれの波動が伝播していく描像が一般的だけど、ひょっとしたら二重螺旋で表現可能かも知れない。

電場から磁場、磁場から電場が生まれていくさまは、まるで、DNAの複製過程さながらですからね。

具体的な過程にはもちろん差はあるけど…。

そうやって、新たな電磁波や電磁場が生まれていくわけですから。

追記

興味惹かれる研究成果がありました。

二重でこそないが、螺旋構造の探求に新たな展開です。

「右巻き、左巻きらせん」電子雲の歪み配列の可視化に成功 | 理化学研究所

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またもビッグバン理論に危機?!

ナショナルジオグラフィックニュース2014年9月11日付に、面白い記事がありました。

またしても、ビッグバン理論に見直しが迫られていると言うのです。
修正を繰り返して、完成に近づくなら良いのですが、いろいろと突っ込み処満載な展開をしています。
最近では宇宙定数にまで色目を使っているけれど、これ、本来はアインシュタインが定常宇宙を前提に導入した、万有引力と大きさが同じで反対方向に働く力なのです。
つまり、マクロからミクロまで働いている引力と釣り合う力として宇宙定数は導入されたので、引力より大きいとしたら、素粒子はとっくの昔にぶっ壊れてないとおかしいはずなのです。
さらに、ダークマター(暗黒物質)やダークエネルギー(暗黒エネルギー)という仮説を、プラズマ宇宙論では必要としていません。
プラズマ宇宙論は、宇宙的スケールの現象は重力だけではなく、宇宙の全バリオン物質の99.9%を占める電気伝導性の気体プラズマの運動に起因する、巨大な電流と強力な磁場の影響を大きく受けているとする理論です。
そして電磁気力と重力の相互作用によって、壮大な現象を説明できると主張しています。
プラズマ宇宙論では、ダークマター(暗黒物質)やダークエネルギー(暗黒エネルギー)とは、バリオン物質の99.9%を占める気体プラズマの質量やエネルギーとして説明できると言うことなのでしょう。

ナショナルジオグラフィック ニュース

ビックバンの見直しを迫る新たな観測

Michael D. Lemonick

for National Geographic News

September 11, 2014

 地球から約8万光年の距離にある星団でも、どうやら私たちの銀河と同様に、金属元素のリチウムの量が理論上の値よりも大幅に少ないらしいことが、9月10日に発表された最新の研究で明らかになった。

ビッグバン理論の見直し迫る新たな観測

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ビッグバン理論の見直し迫る新たな観測

 このリチウム量の不足から考えられる可能性は、これまでの天体物理学研究ではビッグバンを十分に説明できていないか、恒星のはたらきを十分に説明できていないかのいずれかであると、論文の著者らは示している。ただし、今回の発見は、ビッグバンの概念そのものを覆すものではない。

「この(リチウム量の)問題に関する最も極端な説明は、ビッグバン理論が不完全であるということだ。そこまで極端にならずに、この問題を説明する方法は見つかっていない」と、イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校の理論物理学者ブライアン・フィールズ(Brian Fields)氏は言う。フィールズ氏は今回の観測には参加していない。

 宇宙についての基本的な理論では、宇宙は誕生後の数分間、ちょうど原子炉のような働きをして、最も軽い3つの元素である水素、ヘリウム、リチウムを生成したとされている。これより重い、酸素や窒素や炭素やケイ素などの元素は、それ以降に、恒星の核の中か、強力な超新星爆発において作られたという。

 最初期の核反応に関するこうした理解に基づいて、最も軽い3つの元素がどれだけ生成されたかが理論上予測された、とカリフォルニア大学サンタクルーズ校(UCSC)の物理学者ジョエル・プリマック(Joel Primack)氏は説明する。なお、プリマック氏も今回の観測には参加していない。全体的に見て、これらの予測は正確に当たっていた。「宇宙学の最大の成功の1つだ」とプリマック氏は言う。

 だがそれも、リチウムには当てはまらない。「リチウムについては、この予測は私たちが実際に恒星で確認できた数値より、約3倍も多かった」とプリマック氏は言う。

◆別の銀河系ではどうなる?

 リチウムの量が予測より少ないことは、フランソワ・スピート(Francois Spite)氏とモニク・スピート(Monique Spite)氏の計測によって、1982年に初めて明らかになった。この2人は夫婦でともに天文学者である。「その後も多くの人が計測し直して、やはり同じ結果を得ている」とプリマック氏は言う。

 ただし、天の川銀河の外の恒星におけるリチウムの量は、これまで計測されてこなかった。初めてそれを行ったのが、ボローニャ大学のアレッシオ・ムッチャレッリ(Alessio Mucciarelli)氏らによる今回の研究である。「ほかの銀河系でもこの問題が同じであるなら、ローカルな問題ではなく全宇宙的な問題なのだと確認できるだろう」とムッチャレッリ氏は言う。

 チームが観測対象に選んだのは、いて座矮小楕円銀河に属する球状星団M54(メシエ54)だ。「これらの星は非常に暗いので、正直なところ、うまく行くかどうかも定かでなかった」とムッチャレッリ氏は言う。

 最終的には、チリにあるヨーロッパ南天天文台(ESO)の超大型望遠鏡VLTを用いた30時間の観測によって、天の川銀河の外にある恒星でも、やはりリチウム量は予測より少ないとの確証を得た。

◆謎は深まるばかり

 リチウム量の不足の説明として考えられるものの1つは、恒星にはもともと現在より多くのリチウムが含まれていたが、核反応によって破壊されたという説だ。「そんなに突飛な考えではないが、詳細まで確認するのは難しい」とフィールズ氏は言う。

 より可能性の高い説明として、フィールズ氏とプリマック氏がともに認めているのは、ビッグバン直後の最初の数分間に、これまでの研究では明らかになっていない何らかのエネルギー放出があって、リチウムの生成が抑制された、というものだ。もしそうだとすれば、リチウムははじめ、くずのような形で誕生し、それがやがて崩壊して暗黒物質(ダークマター)になった可能性がある。

 プリマック氏は、もしそうであれば「このリチウムの問題から窺えることは、恒星に関する些細な事柄などではなく、ダークマターに関する根本的な事柄なのかもしれない」と言う。

 ダークマターの性質は、宇宙学の分野で今なお謎とされている主要な問題の1つなので、プリマック氏の仮説の通りなら、これは本当に大きな話になってくる。

 球状星団M54のリチウム量に関する今回の論文は、「Monthly Notices of the Royal Astronomical Society」誌のオンライン版に9月10日付けで掲載された。

Photograph by ESO

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やはり宇宙は生きている?!その4

カラパイア2014年8月17日にこの記事があります。

この記事で思ったのは、宇宙にはDNAを連想できる二重螺旋(らせん) のフィラメント構造があること、ボイド構造があることです。

宇宙の全バリオン物質の99.9%を占める電気伝導性の気体プラズマの存在と、プラズマの生命にも似た振る舞いが指摘されるので、宇宙にはプラズマ生命体が居てもおかしくないという科学者までいます。
さらには、世界の階層性は入れ子のようなフラクタル構造であることが、原子と天体の相似形からもうかがえるのです。
その階層性にまた新たなリストが加わったことになりませんか。

脳細胞と宇宙は激似していた!驚くほど似ているマクロとミクロの比較画像

2014年08月17日
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 一方はわずか数ミクロンの範囲の画像。そして他方は数10億光年にも及ぶ範囲を写したものだ。前者はネズミの脳内にある神経細胞であり、後者は宇宙のシミュレーション画像である。両者は全く別の自然現象であるにもかかわらず、驚くほどよく似ている。
 左側の脳内神経細胞の写真は米マサチューセッツ州ブランダイス大学の博士過程で、脳内において特定の神経細胞同士が接続するメカニズムを研究するマーク・ミラー氏によるもの。薄くスライスしたネズミの脳を染色し、神経細胞同士の接続を可視化してある。この画像では、左側にある3つの神経細胞(赤いものが2つと黄色いものが1つ)同士が接続する様子を確認できる。

 右側の宇宙の写真は、昨年、宇宙物理学者の国際チームがコンピューターシミュレーションによって、宇宙が成長し、進化する様子を再現したもの。シミュレーションによる本画像は、数千もの星々や銀河、暗黒物質がクモの巣状に大銀河団(明るい黄色のもの)を取り囲んでいる現在の宇宙の姿である。

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※画像クリックで拡大表示

via:nytimes・原文翻訳:hiroching

 宇宙と脳内がシンクロしているところを目の当たりにしたかのような見事な写真である。人間って小宇宙(コスモ)なんだね。うっかり聖闘士星矢を思い出してしまったのは私だけではないはずだ。

 ちなみに、宇宙と脳だけではない。インターネットのネットワークもとても良く似ているそうだ。

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