質問: 物質と反物質の間には斥力が働きますか? 物理の素人です。 以下の質問をさせていただきますので、わかるところだけで構いませんので、教えてください。 (1)反物質は、負の質量を持っていますか? (2)反物質と物質の間に働く力は、引力ですか? それとも、斥力ですか? それは、実際に観測されたのですか? (3)物質粒子とそれに対応する反物質粒子がぶつかれば対消滅してエネルギーが残りますが、 対応関係にない粒子同士、例えば陽子と反中性子、陽電子と中性子などが衝突しても、 何も起こりませんか? それとも、各粒子を構成するクォーク単位で対消滅が起こりますか? (4)私たちのごく身近な空間(例えば部屋の中)などでも、常時、もしくは時々対生成が起こって いますか? (5)ニュートリノは何とも衝突しないのですか? ならば、ニュートリノと反ニュートリノがぶつかって対消滅することはないのですか?
回答: #1です。 >反物質では、時間が反転している可能性があるとは、いったいどういうことなのでしょう? 反物質の理論的発見は、量子力学を特殊相対論で書き直して、副産物として出て来ました。電子の時間を逆行させてみた数式解がプラスの電荷の素粒子を示したのです。最初、陽子ではないかと思われましたが、よく調べるとそうではなく、電子ようで反対の電荷を持つ何かということが分かりました。実験してみると、そのようなものが得られ、反電子、さらに陽電子と名付けられました。 陽電子があれば、陽子の時間を反転した反陽子もあるはずで、実際にありました。反物質は、そのような量子力学レベルでの時間反転の数式解で記述されるような物質です。素粒子レベルで時間反転しているとして、目に見えるような大きさの(マクロな、と言ったりする)反物質の物体の時間はどうなるか、興味あるところです。 >時間とは、全宇宙でひとつのものが共有され、観測条件や運動状態などによって、その経過の速さが変化しているように見えるだけ、というわけではないのですね? ニュートン力学の時代では全宇宙で一つの時間という見方でした。今は全く違う見方をしています。たとえ反物質がマクロのレベルで時間反転していないとしても、相対論が明らかにしたのは、時間は人(観測者)ごとで異なるということです。同じ時間だと言えるのは、互いに静止しているときだけです。 >これは私にとっては初耳のことで、想像を絶することなので、まださっぱり意味がわかりません。 日常では経験できませんから、それで普通だと思います。相対論的なことなら、光速度に近いスピードでないと経験できません。反物質の素粒子レベルでの時間反転なら、とても目に見えないようなミクロの世界です。どちらも、人間が実際に経験するのは、現在の技術ではまだ不可能です。 >2個のりんごが互いの間の重力であたかも等しい外力を受けているかのように一定の加速度で並進運動するんですか? その通りです。 >エネルギー保存の法則はそうなってしまうのでしょうか? 保存します。二つのりんごの質量を足すとゼロです。質量がゼロなので、二つセットで考えると、運動エネルギーを持たないのです。 ただし、1個ずつからなら運動エネルギーは取りだせてしまい、無から有が出てくることになります。もしこの宇宙に負の質量の物質が存在しているのだとすると、この宇宙は目一杯縮めたバネのようなものである、とでも考えるしかありません(※そういう宇宙は不安定だと考える人もいて、だから負の質量の物質は無いと主張したりする)。 仮に負の物質が作れると楽観的に仮定した試算では、りんご程度でも宇宙にある恒星全てのエネルギーの百億倍などという、とんでもないエネルギーが必要なようです。そうだとすると、例えば負の物質を多少食い潰しながら運動エネルギーが出てくるとすれば、特に問題にはならなさそうです。 >実際に起こるなら、どんな原理なんでしょう? 以上のようなことは、まだ未知の世界だと申し上げるしかありません。物理学者も、それよりずっと手前にある大問題(量子重力理論など)が山積していて手一杯の様子で、夢みたいに上記のようなことを語ってはくれますが、現実的、実際的なことは一向にでてきません。