(57)【要約】【課題】ヒックス粒子を99％の確率で発見したとスイスの研究所が世界中に報道したのは、粒子を超高速で衝突させて生じた光子の変化に拠るものであるが、ヒックス粒子が何故存在するのかとの根本的な疑問の解決には至っていない。【解決手段】    ヒックス粒子が何故存在するのかとの疑問を解決する目的で、本発明では先例に倣い、実験などで実証することは不可能でも仮説と推論を積み重ねることにより、ヒックス粒子とはこのような物で、このような成り立ちをすれば物質が質量を持つことを説明でき、また更なる疑問にも答え得るとした仮説を構築した。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物質が質量を持つことを説明する目的で、粒子とはエネルギーとしての場が質量を得た物との推論と共に、宇宙を構成する全ての物質と空間は宇宙の亜光速の加速度と慣性の影響を常に受けている、との仮説を構築し、質量とはエネルギーを光速×(光速−亜光速)で割ったものという公式を採用したことを特徴とする計算方法
【請求項２】
物質が質量を持つことを説明する目的で、粒子とはエネルギーとしての場が質量を得た物との推論と共に、宇宙を構成する全ての物質と空間は宇宙の亜光速の加速度と慣性の影響を常に受けている、との仮説を構築し、素粒子の元来保持する速度を合算して  質量とはエネルギーを素粒子の速度で割ったものに近似する  という公式を採用したことを特徴とする計算方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物質が質量を持つことを説明する目的で、宇宙を構成する全ての物質と空間は、宇宙の亜光速の加速度と慣性の影響を常に受けているので、質量とはエネルギーを光速×(光速−亜光速)で割ったものという公式を採用したことを特徴とする計算方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒックス氏の唱える、物質に質量を生じさせるために必要不可欠とされているヒックス粒子は、本来質量を保持しない筈の粒子に質量を与えるために「粒子を動き難くするする物質(粒子) 」として便宜的に考え出された粒子であり、その存在を許容することによって現在の物理学、量子力学等は成立している。そのヒックス粒子を、2012年7月5日に99％の確率で発見したとスイスの研究所が世界中に報道した。以下、発明の開示において内容を詳細に説明するが、その前に比較検討の必要上背景技術として、2013年初頭において市井に流布している小学生向けの参考書類に掲載されている、宇宙誕生と宇宙の未来予測について言及する。
【０００３】
今からおよそ137億年前、ゆらぎがあるだけの状態だった宇宙は、突然ものすごい膨張を始めました。0，00001秒より短い時間に100兆倍以上に膨らみました。これを「インフレーション」といいます。
その直後膨張のエネルギーが熱に変わり、超高温、超高密度の大爆発になりました。これが「ビックバン」です。
ビックバンの0，0001秒後、中性子、電子、そして水素原子の原子核である陽子が誕生しました。その後すぐに、陽子１個と中性子１個でできた重水素の原子核ができました。ここまでビックバンから約１秒の間のことです。宇宙の始まりから、わずか３分間で宇宙にある物質の元が殆ど作られました。この段階の宇宙は約１兆℃というもの凄く高い温度で、そこでは光子と素粒子がバラバラに存在しています。光子は素粒子の１つ電子とぶっかるため真っ直ぐ進めませんでした。
ビックバンから約38万年間の宇宙は「火の玉宇宙」とも呼ばれる数万℃の高温の熱と光に満たされた世界でした。火の玉宇宙では、素粒子と光子がバラバラの状態で飛び交っていたので宇宙は透き通っていませんでした。
宇宙が広がると温度は下がっていきます。そしてビックバンから38万年経ち、温度が約3,000℃になると、陽子の周りを電子が回る水素原子ができました。さらに、陽子２個と中性子２個でできたヘリウムの原子核や、重水素に中性子が１個ついた三重水素の原子核ができました。ヘリウム原子核の周りを２つの電子が回っているのがヘリウム原子です。水素原子やヘリウム原子ができて、光子の動きを邪魔する自由な電子が殆ど無くなり、ようやく光は真っ直ぐ進めるようになりました。これを「宇宙の晴れ上がり」といいます。
ビックバンから４億年後、宇宙に存在する元素は殆んど水素で、僅かにヘリウムができていました。宇宙では超新星爆発が何回となく繰り返され、重い元素がばら撒かれていますが、宇宙は広大で、ビックバンから137億年後の宇宙に存在する元素は、重量比で水素が71％、ヘリウムが27％、その他が2％です。
しかし、宇宙には元素以外にも未知の物質とエネルギーがあります。銀河団の研究では、明るさから計算されるそれぞれの銀河の質量や動きと、実際の銀河団の様子が、食い違うことが判ってきました。また、銀河の回転の様子や、銀河の周囲にあるガスが銀河から離れて行かないこと、銀河の近くを通る光が重力の影響によって曲がる重力レンズ効果など、詳しい観測によって宇宙の謎が増えてきました。その結果、宇宙には光で観測できる物質の数倍の質量の、観測できない物質があると考えられるようになりました。このように星間物質として、確かに有る可能性が高く、未だ人類の技術では直接観測できない、存在しているはずなのに観測できない未知の物質があり、それが「ダークマター」で、暗黒物質とも呼ばれます。最初の頃、ハップルの法則で、遠くにある銀河ほど地球から速く遠ざかるということが、観測の結果確かめられていました。そしてまた、今膨張している宇宙も、重力によってだんだんと膨張が遅くなると考えられていました。ところが実際の観測からは、宇宙の広がる速さは、遅くなるどころか加速しているという結果が報告されました。宇宙マイクロ波背景放射の観測から、宇宙は膨張し続けるという可能性が示されました。観測が正しければ、宇宙には重力に逆らって宇宙を膨張させようとする、これまで知られていなかったエネルギーが有ることになります。宇宙の膨張を加速させる未知のエネルギーは、「ダークエネルギー」と呼ばれ反発力を持った謎のエネルギーで、この宇宙を広げているエネルギーのことです。宇宙において、私たちの知っている物質は僅か4％で、ダークマター22％、ダークエネルギー74％と考えられています。
他にも銀河の分布から判ることがあります。超銀河団は、さらに幾つも重なり合って、宇宙に巨大な構造を作りだします。発見された当時は、まるで銀河がウオールのように連なっているという意味で、「グレートウオール」巨大な壁と呼ばれました。現在では、更に広い範囲の観測から、このような構造が幾つも連なり、石鹸の泡のような作りになっていることが判っています。銀河は、泡の膜の部分に纏まってあり、その間は銀河がない「ボイド」という空洞になっています。宇宙の泡構造と呼ばれています。
また、宇宙のどの方向からも一定の強さでやって来るノイズがあります。宇宙のどこからも放射されている電波は、宇宙マイクロ波背景放射という弱い電波で、ビックバンで宇宙が誕生した証拠で、弱い電波は、初期の宇宙を満たしていた光の名残です。宇宙誕生期のかすかな電波を観測できるマイクロ波観測衛星の観測結果、宇宙が晴れ上がった時の状態では全体に温度の斑があり、温度の斑は物質の集まり具合の斑でもあります。宇宙の広がりとともに、物質同士は引力によって集まり、始めのささいな斑が、段々はっきりしていきます。そうしてできた宇宙の造りは、泡の集まりに似ています。泡の表面や、隣の泡との境目に銀河などの天体が集まり、銀河のほとんどない空間を包んでいるのです。前述した宇宙の泡構造です。
【０００４】
今、世界の天文学者は、宇宙の始まりを観測し研究することができたので、宇宙の終わりを予測しようとしています。宇宙の未来を予測するには、宇宙全体の質量やエネルギー、つまり宇宙全体の重力と、宇宙が膨張しようとする力の存在が重要な手掛かりになります。そして、宇宙の未来には、大きく分けて３つの可能性があると考えられています。
「閉じた宇宙」は  宇宙全体の重力が、宇宙が膨張しようとする力よりも強いなら、宇宙の膨張はいつか止まり、やがては縮まって、宇宙の始まりのような粒の状態になると考えられます。このような宇宙を閉じた宇宙といい、宇宙が縮まった状態をビッグクランチといいます。
「平坦な宇宙」は、宇宙全体の重力が、ちょうど宇宙が膨張しようとする力と釣り合うなら、宇宙の膨張はいつか止まり、それ以上は変化しなくなると考えられます。このような宇宙を平坦な宇宙といいます。
「開いた宇宙」は、宇宙全体の重力が、宇宙が膨張しようとする力よりも弱いなら、宇宙は永遠に膨張し続けると考えられます。このような宇宙を開いた宇宙といいます。アメリカの探査機の観測からは、宇宙の未来は永遠に膨張を続ける開いた宇宙ではないかと考えられています。
【０００５】
今、話題になっているヒックス粒子、ヒックス場は、物質には何故質量が有るのか、との疑問を解くための研究です。
質量についての研究では、アインシュタインが物質の質量についてエネルギーとの関係を解き明かしました。アインシュタインが発表した最も有名な公式は、エネルギーとは質量に光速の２乗を掛け合わせたもの、すなわち「相対性理論」です。
粒子と場の違いについては、古典理論、BRST理論などの確立した場の古典論で検証する時、場を理解し易いのは磁場と電磁場であるとしています。そして場の理論では「電磁場は、運動量とエネルギーを持つことができるという事実は、場を非常に現実的なものにする。すなわち粒子は場を作り、その場は他の粒子に作用する。そして場はちょうど粒子が持つ性質と同じようにエネルギーや運動量というおなじみの性質を持つ。」とされています。また、エネルギーと粒子の相互関係において、「中性子を破壊して放出されたエネルギーと同等のエネルギーは、中性子を創出する」との実験結果を傍証として考察しています。ですから、ヒックス場あるいはヒックス粒子が実在するものであるならば、それはどのようにしてこの宇宙に作られたのか、またそれは再現され検証され得るのか、との疑問を解決する目的で、既知の理論を基に推論を重ね仮説を構築すれば、仮説を基礎にした一応の解決法を図ることは可能に成ります。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】銀河と宇宙の広がり  渡部  潤一監修  ポプラ社
【非特許文献２】宇宙の進化がわかる事典  PHP研究所
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ヒックス氏の唱える物質に質量を生じさせるために必要不可欠とされているヒックス粒子は、本来質量を保持しない筈の粒子に質量を与えるために「粒子を動き難くするする物質(粒子) 」として便宜的に考え出された粒子でありその存在を許容することによって現在の物理学、量子力学等は成立している。しかしヒックス粒子とは、その後の研究により粒子ではなくむしろヒックス場と考えるほうが適当であるとの考察に変わってきている。そのヒックス粒子を99％の確率で発見したとスイスの研究所が世界中に報道したのは、粒子を超高速で衝突させて生じた光子の変化に拠るものであるが、そのヒックス粒子の発見が間違いないとしても尚、ヒックス粒子が何故存在するのかとの根本的な疑問の解決には至っていない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ヒックス粒子が何故存在するのかとの根本的な疑問を解決する目的で、本発明では先例に倣い、実験などで実証することは不可能でも仮説と推論を積み重ねることにより、ヒックス粒子とはこのような物で、このような成り立ちをすれば物質が質量を持つことを説明でき、また更なる疑問にも答え得るとした仮説を構築した。
【発明の効果】
【０００９】
ヒックス粒子が何故存在するのかとの根本的な疑問が解決でき得る仮説が、一つの可能性として支持されるならば、更なる研究、計算がなされ、より様々な理論を喚起できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ビックバン時の起点１を中心に広がった球形の火の玉宇宙２と、ビックバンの時に宇宙に広がった球形の光速の光の壁３の断面図
【図２】ビックバンから４億年後宇宙の晴れ上がりを経過した球形の宇宙４と、球形の光速の光の壁３、球形の火の玉宇宙の残像５の断面図
【図３】現在の膨張する球形の宇宙７の扇型に切り取った一部の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
ヒックス氏の唱える物質に質量を生じさせるために必要不可欠とされているヒックス粒子は、本来質量を保持しない筈の粒子に質量を与えるために「粒子を動き難くするする物質(粒子) 」として便宜的に考え出された粒子でありその存在を許容することによって現在の物理学、量子力学等は成立していた。その後、ヒックス粒子が粒子として存在して他の粒子に纏わりつき動きを制御することで質量を生み出すと推論するのではなく、むしろ磁場のように引き付ける力の強弱が物質の質量の違いを生み出すと推論する方向に研究者の意見は変わってきている。スイスの研究所が、ヒックス場をヒックス粒子として認知し発見したと発表するまでには、長い歳月、莫大な費用と設備、さらに世界中の優秀な頭脳の結集が必要で有ったけれど、その経緯は本発明の主眼では無いので割愛する。本発明は、ヒックス場あるいはヒックス粒子が実在するものであるならば、それはどのようにしてこの宇宙に作られたのか、またそれは再現され検証され得るのか、との疑問を解決する目的で、既知の理論を基に推論を重ね、仮説を構築してその疑問に一応の解決法を提示し、仮説を基礎にした解決法の汎用化を図るものである。以下、既知の理論を基に本発明に至るまでの必須な過程を、添え付け図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００１２】
今からおよそ137億年前、ゆらぎがあるだけの状態だった宇宙は、突然ものすごい膨張を始めました。0，00001秒より短い時間に100兆倍以上に膨らみました。これを「インフレーション」といいます。
その直後膨張のエネルギーが熱に変わり、超高温、超高密度の大爆発になりました。これが「ビックバン」です。
ビックバンの0，0001秒後、中性子、電子、そして水素原子の原子核である陽子が誕生しました。その後すぐに、陽子１個と中性子１個でできた重水素の原子核ができました。ここまでビックバンから約１秒の間のことです。宇宙の始まりから、わずか３分間で宇宙にある物質の元が殆ど作られました。
この段階の宇宙は約１兆℃というもの凄く高い温度で、そこでは光子と素粒子がバラバラに飛んでいます。光子は素粒子の１つ電子とぶっかるため真っ直ぐ進めませんでした。
ビックバンから約38万年間の宇宙は「火の玉宇宙」とも呼ばれる数万℃の高温の熱と光に満たされた世界でした。火の玉宇宙は素粒子と光子がバラバラの状態で飛び交っていたので宇宙は透き通っていませんでした。
実施例を説明する便宜上、図１、図２、図３の宇宙の広がりは球形に統一した。
図１は、ビックバン時の起点１を中心に広がった球形の火の玉宇宙２と、ビックバンの時に宇宙に広がった球形の光速の光の壁３の断面図です。火の玉宇宙２には粒子と光子が混じり合い、バラバラの状態で飛び交っていました。
推論その１、ビックバンの超濃密度で一兆度の超高温、その膨大なエネルギーが中性子、電子、陽子など素粒子に質量を付与しました。またビックバンを起点として宇宙は、弧状または球状に膨張の速度を増しながら広がりました。
宇宙が広がると温度は下がっていきます。そしてビックバンから38万年経ち、温度が約3,000℃になると、陽子の周りを電子が回る水素原子ができました。さらに、陽子２個と中性子２個でできたヘリウムの原子核や、重水素に中性子が１個ついた三重水素の原子核ができました。ヘリウム原子核の周りを２つの電子が回っているのがヘリウム原子です。水素原子やヘリウム原子ができて、光子の動きを邪魔する自由な電子がほとんどなくなり、ようやく光は真っ直ぐ進めるようになりました。これを「宇宙の晴れ上がり」といいます。
ビックバンから４億年後、宇宙に存在する元素は殆んど水素で、僅かにヘリウムができていました。
図２は、ビックバンから４億年後宇宙の晴れ上がりを経過した球形の宇宙４と、球形の光速の光の壁３、球形の火の玉宇宙の残像５の断面図です。宇宙４には点々と初期の銀河の塊６が数多く有ります。
推論その２、光は光速で弧状または球形に広がり、火の玉宇宙の残像も弧状または球形に広がりました。宇宙本体もビックバン以後加速を続け、広がる速度は限りなく光速に近づきました。宇宙本体の亜光速の加速度と素粒子自身の慣性で質量を持った素粒子は、広がり密度の薄くなった宇宙の中で互いに引き寄せ合い、原子核や原子核の周りを回る電子になり、宇宙の晴れ上がりが出現しました。
宇宙では超新星爆発が何回となく繰り返され、重い元素がばら撒かれていますが、宇宙は広大で、ビックバンから137億年後の宇宙に存在する元素は、重量比で水素が71％、ヘリウムが27％、その他が2％です。
しかし、宇宙には元素以外にも未知の物質とエネルギーがあります。銀河団の研究では、明るさから計算されるそれぞれの銀河の質量や動きと、実際の銀河団の様子が、食い違うことが判ってきました。また、銀河の回転の様子や、銀河の周囲にあるガスが銀河から離れて行かないこと、銀河の近くを通る光が重力の影響によって曲がる重力レンズ効果など、詳しい観測によって宇宙の謎が増えてきました。その結果、宇宙には光で観測できる物質の数倍の質量の、観測できない物質があると考えられるようになりました。このように星間物質として、確かにある可能性が高く、未だ人類の技術では直接観測できない、未知の物質のことを「ダークマター」と名付けています。最初の頃、ハップルの法則で、遠くにある銀河ほど地球から速く遠ざかるということが、観測の結果確かめられていました。そしてまた、今膨張している宇宙も、重力によってだんだんと膨張が遅くなると考えられていました。ところが実際の観測からは、宇宙の広がる速さは、遅くなるどころか加速しているという結果が報告されました。宇宙マイクロ波背景放射の観測から、宇宙は膨張し続けるという可能性が示されました。観測が正しければ、宇宙には重力に逆らって宇宙を膨張させようとする、これまで知られていなかったエネルギーが有ることになります。宇宙の膨張を加速させる未知のエネルギーは、「ダークエネルギー」と呼ばれています。宇宙において、私たちの知っている物質は僅か4％で、ダークマター22％、ダークエネルギー74％です。ダークエネルギーは、反発力を持った謎のエネルギーのことで、この宇宙を広げているエネルギーのことです。
図３は、現在の膨張する球形の宇宙７の断面図です。図の右下に便宜上のビックバンの起点８が有ります。起点８を中心に丸く風船型の宇宙７の風船の外側膜部分の中に、地球を含む天の川銀河９と、実施例の説明に必要な観測用銀河10、球形の光速の光の壁３、球形の火の玉宇宙の残像４が有ります。
推論その３、ダークエネルギーの宇宙を膨張させようとする力は、ビックバン以後137億年の間、亜光速で広がり続ける宇宙本来の加速度と、宇宙を構成する物質全てが得た慣性によるものとも考えられます。
他にも銀河の分布から判ることがあります。
超銀河団は、さらに幾つも重なり合って、宇宙に巨大な構造を作りだします。発見された当時は、まるで銀河がウオールのように連なっているという意味で、「グレートウオール」巨大な壁と呼ばれました。現在では、更に広い範囲の観測から、このような構造が幾つも連なり、石鹸の泡のような作りになっていることが判っています。銀河は、泡の膜の部分に纏まってあり、その間は銀河がない「ボイド」という空洞になっています。宇宙の泡構造と呼ばれています。
推論その４、ビックバン以後、宇宙が亜光速で、弧状または球状に広がり続けるならば、その先端は全てビックバンを起点として等距離にちかくなります。またその弧状の先端部は広がり続け、裂け目や綻びができます。銀河の分布から判ったように、石鹸の泡のような作りとなり、銀河は泡の膜の部分に纏まり、裂け目や綻びは銀河がない「ボイド」という空洞になっていきます。
ヒックス粒子、ヒックス場の研究は、物質には何故質量が有るのか、との疑問を解くための研究でもあります。
アインシュタインの相対性理論は、物質の質量とエネルギーの関係を解き明かしました。アインシュタインが発表した最も有名な公式に、エネルギーとは質量に光速の２乗を掛け合わせたもの、があります。これは、物質のわずかな質量でももの凄いエネルギーを持つことを表わしています。粒子と場の違いについては、古典理論、BRST理論などの確立した場の古典論で検証する時、場を理解し易いのは磁場と電磁場であるとしています。そして場の理論では「電磁場は、運動量とエネルギーを持つことができるという事実は、場を非常に現実的なものにする。すなわち粒子は場を作り、その場は他の粒子に作用する。そして場はちょうど粒子が持つ性質と同じようにエネルギーや運動量というおなじみの性質を持つとされています。また、エネルギーと粒子の相互関係において、「中性子を破壊して放出されたエネルギーと同等のエネルギーは、中性子を創出する」との実験結果を傍証として考察しています。ですから、ヒックス場あるいはヒックス粒子が実在するものであるならば、それはどのようにしてこの宇宙に作られたのか、またそれは再現され検証され得るのか、との疑問を解決するための仮説が必要になります。
推論その５、相対性理論は同時にヒックス場の公式にもなります。質量とはエネルギーを光速の２乗で割ったものという公式です。この公式が真剣に討論されなかったのには、光の速度は絶対的で何物も光速を超えることはできない、光速の２乗という速度が実在しない以上、公式としては成立しても、質量の成り立ちを求めるための公式としては実用性に欠けると思われていたからです。しかし宇宙そのものが亜光速で広がり続けていると仮定するならば、宇宙を構成する全ての物質は宇宙の亜光速の加速度と慣性の影響を常に受けていることになります。言い変えれば、質量とはエネルギーを光速×(光速−亜光速)で割ったものという公式が成立するかも知れません。粒子と場の違いについては、粒子は場を作り、その場は他の粒子に作用する。そして場はちょうど粒子が持つ性質と同じようにエネルギーや運動量というおなじみの性質を持つとされ、エネルギーと粒子の相互関係において、「中性子を破壊して放出されたエネルギーと同等のエネルギーは、中性子を創出する」との実験結果を傍証として考察しています。ですから、ヒックス場あるいはヒックス粒子が実在するものであるならば、それはどのようにしてこの宇宙に作られたのか、またそれは再現され検証され得るのか、との疑問を解決するために上記の、推論その１、推論その２、推論その３、推論その４、推論その５を考察して
仮説その１、「一兆度の超高温、超高密度のビックバンのエネルギーが多くの電子や中性子に質量を与え、更にビックバン後の宇宙の広がりの加速度が、137億年で亜光速となり、現在も宇宙を構成する全ての物質に影響を与え続けている。」
仮説その２、「宇宙を構成する全ての物質と空間が亜光速で移動していて、その慣性を保持し続けている。」
仮説その３、「ヒックス粒子、ヒックス場として知られる質量の源は、宇宙を構成する全ての物質と空間が亜光速で移動していることに関係している。」
仮説その４、「ダークマターとして知られる未知の物質の一部とダークエネルギーは、宇宙を構成する全ての物質と空間が亜光速で移動していることが関係している。」
仮説その５、「宇宙の最先端部は全て光の理論により、ビックバンを起点にしてほぼ同じ距離で、扇形の弧状の先端部になる。」
仮説その６、「宇宙が扇様に広がっているのなら、複数の観測用銀河と火の玉宇宙の残像を用いてビックバンの起点が推測でき、ビックバンの起点が推測できれば、複数の観測用銀河と天の川銀河の宇宙における位置関係や、宇宙の未来予想がたてやすくなる。」
などの仮説を構築した。
実証された推論が量子力学など物理学理論として確立し、実証検証されてない推論が仮説ということになるが、仮説を組み合わせることで新たな推論、仮説を産み出し試行錯誤を経て、検証されるに足りる新論を展開することもある。
【産業上の利用可能性】
【００１３】
本発明の仮説を組み合わせることで新たな推論、仮説を展開することができる。
【符号の説明】
【００１４】
１  ビックバン時の起点
２  球形の火の玉宇宙    
３  球形の光速の光の壁
４  ４億年後宇宙の晴れ上がりを経過した球形の宇宙
５  球形の火の玉宇宙の残像
６  初期の銀河の塊
７  現在の膨張する球形の宇宙
８  便宜上のビックバンの起点
９  天の川銀河
10  観測用銀河
【図１】
2014135811.tif 000003
【図２】
2014135811.tif 000004
【図３】
2014135811.tif 000005