宇宙論および物理学における新しいアイデアへの導入

En résumé (grâce à un LLM libre auto-hébergé)

  • この記事は、図式的かつ幾何学的なアプローチを用いて、宇宙論、天体物理学、理論物理学における新しいアイデアを提示している。
  • 通常の質量と幻の質量の二種類が、ニュートンの法則と反ニュートンの法則に従って相互作用するモデルを提案している。
  • 負の質量の概念とその物理学への意味について、ジャン=マルク・スリオの研究を参照しながら述べている。

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*...*私たちは野蛮人のように生きるためではなく、道徳と知識の道を歩むための存在である(ダンテ『地獄篇』)。
( 我々は愚か者のように生きるためではなく、道徳と知識の道を歩むための存在である。ダンテ:『地獄篇』)。

*** 序論。*

...我々は、宇宙論、天体物理学、理論物理学における新しいアイデアを提示することを目的としている。
これらの研究の基盤となる考え方は、比較的単純であり、三つの異なる方法で表現できる。

  • 専門家向けの言語で。

  • 図式的に。

  • 一般向けにわかりやすく。

...一般向けに説明する方法はさまざまである。多くの場合、説明者は読者の想像力をかき立てるための言葉のイメージだけを提供する。しかし、その先にはほとんど学ぶべきことは残らない。

...ここでは、イメージ、すなわち幾何学を最大限に活用する。幾何学は物理学やさまざまな科学と深く結びついている。このようにすると、読者は二重の利益を得られる。アナロジーにより、あるアプローチの全体像を理解できる。同時に、特に2次元幾何学に関する実際の知識も得られる。

図式的な第一のアイデア:ニュートンと反ニュートン

図式的に考えるとは、モデルの一部だけを提示することである。

...宇宙の構造は、基本的な力である重力によって組織されている。もし宇宙の物体同士が引き合わないならば、何も起こらない、あるいはほとんど何も起こらない。銀河は形成されず、星もできず、私たちもこの話をすることができない。たとえば、重力が反発力であったならば、すべての粒子は互いに最大限に離れて存在し、宇宙は無定形のままになり、長くは続かないほど退屈なものになるだろう。

万有引力の法則はニュートンの法則である:

...Gは重力定数。mとm'は二つの質量、dはそれらの間の距離である。後述するように、我々が提示するモデルは、二種類の質量の相互作用を想定している。それらを「通常の質量」(古典的な意味での物質、銀河、星、原子などからなるもの)と「幽霊質量」mとm*と呼ぶ。後者は光学的に根本的に観測できないためこのように呼ばれる。相互作用の図式は以下の通りである:

通常の質量はニュートンの法則に従って引き合う。
「幽霊質量」も同様に、この法則に従って引き合う。

一方、通常の物質と幽霊物質は「反ニュートン」に従って反発すると仮定する:

...この段階で、コンピュータに「点質量」を配置し、これらの引力と斥力が働いたときの様子を観察できる。

...物理学者はすぐに、「負の質量m* < 0を導入するのと同じである」と指摘するだろう。実際、ニュートンの法則において、質量の符号を反転させると:

力の符号が変わる。

...両方の質量の符号を反転させると、力の符号は変わらない。したがって、上記のモデルは、宇宙に正の質量と負の質量が共存するというモデルと同値であると結論づけたくなるだろう。これは、エネルギーE = mc²が負の粒子が存在しうることを意味する。負の質量の存在可能性は、1970年に数学者ジャン=マリー・スリアウが群論を用いて提唱した。『動的系の構造』(ダンオド、197~200ページ)を参照。

...負のエネルギーを持つ物体の問題点の一つは、正のエネルギーを持つ物体と出会った場合に何が起こるかである。

...反物質が正の質量と正のエネルギーを持つことは思い出そう。物質粒子と反物質粒子の衝突は、正のエネルギーを持つ光子を生成する。しかし、正の質量m > 0と正のエネルギーE > 0を持つ粒子と、質量が -m、エネルギーがE* = -Eの反対符号の粒子が衝突した場合、結果は……何も得られない。

さらに、物理学者は「負の質量を持つ粒子は、これまで観測されたことがない」と反論するだろう。

...したがって、ここまでの図式的な説明はこれで終わりである。後述するように、実際のシステムは「幽霊質量が負の質量のように振る舞う」と、ニュートンと反ニュートンの法則に従って動作するが、モデルはそれほど単純ではない。この図式的な視点を越えるためには、幾何学に関するいくつかの概念に慣れ親しむ必要がある。

...

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