2017年6月1日木曜日

神の数式 「第一回この世は何からできているのか」 のメモ

NHKスペシャル神の数式 「第一回この世は何からできているのか」
という1時間番組を見だしたら、面白くて最後まで見てしまいました。

超複雑な学問をたったの一時間にまとめたプログラムを、
一回だけ見た素人がとったメモですからね~。

こういうのを見るといつも、ヴェーダーンタを勉強していて良かったと思います。



宇宙を構成している原子を構成している基本素粒子
V = ニュートリノ 原子核から飛び出す
U = Up クオーク 原子核を構成している
D = Down クオーク 原子核を構成している
E = 電子 原子核の周りを軌道に沿って動いている

この基本素粒子がどのような力で原子となっているのかを、数式によって証明されるべき課題は以下の通り:

☆1 電子は地球のようにNS極という磁力を持って自転しながら軌道を回っているが、その動きを数式で表したい。

☆2 原子をまとめている力
.電子気力 = 原子核の周りの軌道に沿って電子が回る力
.強い核力 = UとDのクオークを核としてまとめている力
.弱い核力 = ニュートリノが飛び出す力

1928年 Dirac方程式により☆1が説明される。
美しさ=対称性を取り入れることによって方程式に辿り着いた。取り入れられた対称性は3種類:
1)回転対称性
2)並進対称性
3)Lorents対称性(時間=空間)

1930年 Oppenheimerが、4つ目の対称性を取り入れることにより、☆2①を解く方程式に辿り着いた。
4)ゲージ対称性
しかし、この方程式では電子エネルギーは無限大になってしまい、この世のあらゆる物質は存在しないことになってしまう。

太平洋戦争が始まり、OppenheimerはLos Alamosの軍事研究所長に任命され核開発に従事させられ、研究を続けることが出来なかった。

1948年 朝永振一郎が無限大を解決する。

1954年 ヤンが5つ目の対称性を取り入れ、☆2②③を説明する方程式を発見する。
5)非可換ゲージ対称性
しかし、この方程式では、強弱の核力を伝える粒子の質量がゼロになってしまい、質量は重いと観察される現実と反してしまう。質量ゼロなのは光子だけである。そして、素粒子も質量ゼロということになり、あらゆるものが光の速さで飛び出してしまうことになる。

1961年 南部陽一郎が、☆2②について自発的対称性の破れを説く。
対称性という美しさを求めた結果の数式では質量はゼロだが、現実では美しさは崩れるものであり、質量はゼロではなくなる。

1967年 Weinburgが、都合の良い粒子Higgs粒子という仮定を取り入れ、美しさの破れを説明する。
Higgs素粒子が無い状態では美しい数式のように質量はゼロであるが、Higgs粒子が増えて空間を埋めると粒子が動きにくくなり、そこに重さが生まれる。これが美しさの破れである。

2010年 CERNがこのHiggs素粒子を観測するための研究を開始。
2012年 CERNにおいてHiggs素粒子が観測される。

これで、標準理論は数式によって説明された。

これからの課題は、これに重力も加味して解くことである。
今までの素粒子の研究では、素粒子がとても軽いことから重力が神されていなかったが、より正確さを求めるなら、重力も加味する必要がある。

あ~面白かった。

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