やさしい物理講座ｖ34「引力と斥力、反物質に対する重力の影響、宇宙膨張の斥力は？ 暗黒物質・暗黒エネルギーの存在は？」
「重力はあるけれど、反重力はあるのか、ないのか」。
愚問を真摯に考えるのが科学の研究者としての姿勢であると考えるのである。研究することに目的・目標を求めるのは技術研究の分野である。「知りたい・何故」と単純に疑問を解き明かし探求して聞くのが「知の追求」であり、「知」を愛する哲学と科学である。今回は、この愚問と思われる命題に果敢に挑戦するものである。
2021.12.19
さいたま市桜区
理論物理研究者 田村 司
はじめに
重力（万有引力）は、引力だけが確認されており、斥力としての反重力は確認されていない。
また、量子力学的な特殊な場合として、パウリの排他律はある種の2つの物理的存在（フェルミオン）が同時にひとつの場所を占めることができない(正確にはひとつの状態を取り得ない)という法則であり、このためこの種の存在が非常に接近したとき非常に強力な斥力が発生するとみなすことができる。この場合は斥力だけであり、対応する引力は存在しない。
反物質
物質にある程度以上のエネルギーの光子（γ線）をぶつけたら、原子核にぶつかり、そこに発生した電場の中で、電子と陽電子が生成される事がある。
陽電子はすぐにこの宇宙中に溢れる電子と出会う。
我々は大量の原子（陽子、中性子、それに電子）で出来ているという事を意識すれば、電子があちこちにあるというのは容易にわかろう。
そうして出会った陽電子と電子は、互いに消滅して、新たな何らかの素粒子となる。
この世界には『エネルギー保存の法則』というのがあり、電子が消滅しても、そこに電子だったエネルギーは残り、またすぐに何らかの形を成すのである。
この反物質には重力が働くのか？反物質であるから斥力（反重力）が働くのか？今後の研究結果を期待したい。
（１）「反物質」とは
我々のまわりの世界を構成する陽子・中性子・電子からなる「物質」に対して、反陽子・反中性子・陽電子などの「反粒子」からなる物質を「反物質」と言う。
反粒子は、電荷などの正負が逆であるほか、もとの粒子とそっくりなので、その集合体も、もとの粒子でできた物質とそっくりで、「あべこべの世界」を形づくります。
この「反物質からなる世界」は、理論上「普通の物質からなる世界」と対等で、同様な安定性と性質を持つと考えられている。したがって、反物質が物質と出会うと、激しく反応して一瞬のうちに消滅し、γ（ガンマ）線やπ（パイ）中間子となる。
そのため、反物質の世界が存在し得るのは、宇宙の極遠の区域と考えられますが、その徴候は見つかっていない。
2002年に「欧州合同原子核研究機関（CERN）」の2チームが、反陽子と陽電子からなる低温低速の「反水素原子」を人工的に量産することに成功した。
我々の住む銀河や観測域にある宇宙は、大部分が我々と同じ「物質」で、「反物質」は非常に少ないのです。
この原因を解明することが、素粒子論や宇宙論での重要なテーマになっています。
（２）「CP対称性の破れ」とは
「CP対称性の破れ」とは、「粒子と反粒子が非対称な振る舞いをする事象のこと」です。「粒子の『電荷（Ｃ）（チャージ）』と『空間（Ｐ）（パリティ）』を反転（CP変換）させた反粒子の世界で、粒子の世界と同じ物理法則が成り立たないこと」です。
現在の宇宙がほとんど反物質のない物質優勢宇宙になった理由を説明するために必要な条件の一つです。
1928年にイギリスの物理学者ディラックが、特殊相対性理論と量子力学を結び付ける「ディラック方程式」を発表し、「電子の反粒子（陽電子）」の存在を予言しました。「ディラック方程式」の解は、「対生成（ついせいせい）」です。「対生成」とは、「エネルギーから粒子と反粒子が生成する自然現象」です。
1932年にはアメリカの物理学者アンダーソンが陽電子を発見しました。二人はともにノーベル物理学賞を受賞しています。
1956年に中国の物理学者ヤンとリーがＫ中間子のＰ対称性の破れを予言しました。1964年にアメリカの物理学者フィッチとクローニンがその観測に成功しました。彼ら4人もノーベル物理学賞を受賞しています。
1973年には日本の物理学者小林誠氏（1944年～ ）と益川敏英氏（1940年～ ）が当時3つしか発見されていなかったクオークが6つあればCP対称性の破れが説明できると発表した。その後、1994年までに予言した3つのクオークが発見された。両氏が2008年にノーベル物理学賞を受賞したのは皆さんもご存知の通りです。
（３）CP対称性の破れに迫る「P対称性の破れ」の増幅現象を検証する実験
宇宙を構成する「物質」に相当する存在の「反物質」は、宇宙にはほとんど存在しないことが謎とされている。
この謎を説明する仮説として、「CP対称性の破れ」が提唱されていますが、確認されていません。
東京工業大学・名古屋大学・日本原子力研究開発機構の研究者らから構成されるグループが、CP対称性の破れに迫る「P対称性の破れ」の増幅現象を検証する実験を実施してる。
我々の世界を構成する最小単位は「素粒子」です。素粒子には「粒子」と、電荷だけが全く逆の性質を持つ「反粒子」が存在し、2つがぶつかり合うと消滅する。これを「対消滅（ついしょうめつ）」と言い、「対生成（ついせいせい）」の逆です。
「ビッグバン」が起きた時、同じ分量の「粒子」と「反粒子」が誕生したはずですが、宇宙には現在、粒子からなる「物質」しか存在せず、対応する「反物質」はほとんど存在しない。
吾輩は「ビックバン」は懐疑的に考える。
「反物質」が消えてしまう条件の一つとして、「CP対称性の破れ」が提唱されている。「粒子と反粒子を置き換え、鏡映しにした世界で同じ現象が同じ確率で起きるとするCP対称性が破れること」は、「粒子と反粒子の振る舞いが異なること」を意味する。
ただし、CP対称性の破れを表す現象はまだ発見されていない。
一方、鏡映しの世界で同じ現象が同じ確率で起きる「P対称性」は、素粒子原子核反応で知られている。
陽子や中性子のような核子同士に働くP対称性の破れの100万倍程度の現象は実験的に確認されている。
研究グループは、P対称性の破れが増幅するメカニズムを明らかにすることで、CP対称性の破れの謎を解明しようと試みた。
今後、CP対称性の破れが増幅されるメカニズムが解明され、反物質がほとんど存在しない謎に迫ることが期待される。
２．ニュートリノ
（以下出典は「反物質」や「ニュートリノ」とは何か？わかりやすくご紹介します。 (skawa68.com)）
（１）「ニュートリノ」とは
放射性元素の研究をしていたオーストリアの物理学者パウリが、原子核が出す放射線（ベータ線）のエネルギー分布を研究している時、エネルギーがどこかへ消えてしまうことをどう説明すべきか悩んでいた。
そして、パウリは1930年に「電気を帯びていなくて、知らないうちにどこかへ飛び出してしまう幽霊のような粒子」があると考えると、つじつまが合うことに気付きました。彼はこの粒子を「ニュートロン」と呼びましたが、これが今日「ニュートリノ」と呼んでいるものだったのである。
「ニュートリノ」とは、「物質を構成する最小単位である素粒子の一つ」です。電気的に中性（ニュートラル）であることから、イタリアの物理学者フェルミ（1901年～1954年）によってこのように名付けられました。彼は「フェルミ推定」の考案者としても有名です。
フェルミは、パウリの考えた粒子について研究していましたが、1932年に現在の「ニュートロン」（中性子）が発見されていましたので、1933年に幽霊粒子の方を「ニュートリノ」と名付け直したのです。
素粒子は大別すると、原子核の陽子や中性子を構成する粒子の仲間の「クオーク」、電子の仲間の「レプトン」、「ゲージ粒子」の3つのグループと、「ヒッグス粒子」があります。レプトンのうち、電気を持たない粒子が「ニュートリノ」です。
（２）「ニュートリノの振動」とは
「ニュートリノ」は、星や我々の体など宇宙に存在する物質を作る素粒子の一つで、電子ニュートリノ・ミューオンニュートリノ・タウニュートリノの3種類があります。
飛行中に種類が入れ替わるのが「ニュートリノの振動」です。
「ニュートリノの振動」は、「ニュートリノ」が質量を持つことを示しています。
３．カミオカンデ
（１）「カミオカンデ」
「カミオカンデ」とは、1983年に「陽子崩壊の実証」を目的として岐阜県神岡鉱山地下に建設された実験装置のことです。
「KAMIOKANDE」は、Kamioka Nucleon Decay Experiment（神岡核子崩壊実験）の略です。
前に「深い井戸の底に昼の星が見える話」の記事を書きましたが、この「カミオカンデ」は、その「井戸を飛躍的に大規模化・巨大化・精密化し、外界の光を遮断し、井戸の底を明るくして、遥か彼方の宇宙から来る太古の光の微粒子を捉える実験装置」と私は理解しています。
（２）「スーパーカミオカンデ」
「スーパーカミオカンデ」とは、岐阜県神岡鉱山地下1,000mにある東京大学宇宙線研究所の素粒子観測装置で、「カミオカンデ」の後継機で、1996年に観測を開始しました。
2015年にノーベル物理学賞を受賞した物理学者で「日本学術会議」会長の梶田隆章氏（1959年～ ）は、1998年にこの実験装置「スーパーカミオカンデ」を使って、来る方向と数を正確に測ることで「ニュートリノ振動」現象を証明しました。
４．小柴昌俊氏について
小柴昌俊氏（1926年～2020年）は、物理学者・天文学者で、自ら設計を指導・監督した岐阜県神岡鉱山地下1,000mにある「カミオカンデ」によって、史上初めて太陽系外で発生した「ニュートリノ」の観測に成功しました。
その功績によって2002年にノーベル物理学賞を受賞しています。同じくノーベル物理学賞を受賞した梶田隆章氏は彼の弟子です。
梶田隆章氏の著書は参考文献に掲載してある。
４．斥力（反重力）と宇宙膨張の原因
「重力（万有引力）は、引力だけが確認されており、斥力としての反重力は確認されていない」この事実から、この斥力のない宇宙世界に於いて宇宙が膨張すると主張する宇宙膨張説、ビックバン理論、宇宙インフレション理論など幾多の理論が提唱されているが、これらは錯誤の事実（赤方偏移を根拠とする）の仮説である。
恒星からの光の赤方偏移が恒星間の膨張であるとするならその恒星間に働く斥力はあるのか。
斥力はないのである。
ビックバンの作用・反作用が138億年前(現在説）のなごりであるとするなら、遠くにある星ほど、光速を超えるという赤方偏移の観測結果をどうとらえるのか。
これに対しては、光速を超えないという相対論の要請から、ハッブル定数の修正変更で対応している。宇宙の年齢を136億年から137億年と言う記事があったので掲載する。後述する「ヒミコ」発見で138億年となるのである。
５．謎の巨大天体「ヒミコ」
宇宙定数を確定されていたが、その当時の宇宙誕生は137億年とされていたがこれを契機に修正されて138億年に延びたのである。その2009年4月23日の夕刊読売新聞の記事である。
６．宇宙は膨張して裂ける？
万有引力があるが斥力（反重力）はないことは、現在の物理学の常識と捉えている
宇宙において、膨張と言う前提条件で議論を進める嫌いがある。
それは斥力の原因を究明していないで前提条件さえも検証せずにいる。
つまり、吾輩の主張する「光粒子（電磁波）の減衰論」で考えるならば、宇宙は膨張すると主張する宇宙膨張説、ビックバン理論、宇宙インフレション理論など幾多の理論を簡単に論破できるのである。例に出すなら「天動説と地動説」の違いである。観測点（地球）から遠い恒星から届く光は「光粒子（電磁波）の減衰で、つまりエネルギーの減衰の結果振動数が減少（波長が伸びる：現象面として赤方偏移）として観測できるのである。そのような理由から次の記事を全面否定する。
屋上屋の理論が次の記事の内容である。
2011年10月9日の読売新聞
暮らし教育欄の記事である。宇宙は加速膨張をしている。宇宙の年齢は138億年に修正された。
この観測事実は星や重力を上回る大きさの宇宙を押し上げる力を考えなくてはならなくなるからだ。この力は正体不明のまま「暗黒エネルギー」と名付けられ、宇宙全体の質量の７３％にもなると推定されている。宇宙はやがて引き裂かれるのか。・・・新聞記事の主張。その記事の切り抜きを掲載する。ビックバン理論や宇宙膨張論そしてインフレーション論には岡目八目の素人から俯瞰しても無理がある理論と思える。
７．宇宙膨張予想より速い？
「暗黒物質」分析データで判明
観測方法は米国ハワイのすばる望遠鏡に取り付けた高性能カメラを使い、遠方の光が強い重力で曲げられる様子を観測する手法で直接見ることができない暗黒物質が分布するかを調べた。新聞記事の主張内容であるが、光は重力で曲がらないと再三主張しているのでこの結果は信じがたい結果であると考察する。光は重力により曲げられるのではなく、隣接する燃え尽きた恒星や惑星の重力の影響により、宇宙ガスの濃淡を生じさせ、その濃淡を光が通過することにより屈折すると考えるのがリーズナブルであろう。
８．「暗黒物質」の分布 把握バランス保つ
次の記事では収縮させる暗黒物質と膨張させる暗黒エネルギーの2つの働きのバランスで宇宙の運命が決まると論じている。要するに引力と斥力のバランスを唱えている。斥力が存在しないことは明白であるにもかかわらず、暗黒エネルギーと詭弁にしか思えない解説であると考える。
その記事を掲載する。
9.宇宙最初の星の輝き
134億年前の光 初観測
2011.10.22 夕刊読売新聞記事より
137億年前の宇宙誕生から3億年後、宇宙で最初に誕生した星から放たれたと見られる光を観察することに成功した。
研究チームは近赤外光で空の明るさを詳しく観測した結果、宇宙の背景の明るさに大きな「むら」が残ることが判明。現在の宇宙には銀河が多く存在する場所とあまり存在しない場所があり「宇宙の大規模構造」と呼ばれている。「最初の星が生まれたときにすでに宇宙の大規模構造が出来ていたことがわかった」と結論づけている。
この観測から言えることは、137億年（今は138億年）前からビックバンや宇宙膨張などの理論は不要で、定常宇宙（大規模構造）の証拠であろう。138億光年の遠方から届く赤方偏移の光は光粒子（電磁波）の減衰作用と考えるのが妥当であろう。
１０．124億年前 星を生むガス
国立天文台などの研究チームは約124億年前の銀河でガスが集まって爆発的に星が生まれている様子を観測したと発表した。
「初期の宇宙誕生」の先入観を持たせる前提条件には、承服できない記事である。あくまでも、今見ている光は124億光年後に地球に届いた光であり、「初期の宇宙誕生」の前提条件は誤りであると吾輩は主張したい。星の形成に疑問を呈している事には、研究者としては好感を持てる記事である。
１１．My Opinion. Cogito ergo sum．
「我思う。ゆえに我あり」（コギト・エルゴ・スム）とは、デカルトの哲学の根本原理であり、直観的で明晰判明な観念として、哲学の基本命題とされた。
コギト・エルゴ・スムはラテン語で、この命題におけるコギト(われ思う)は、自我の意識作用を広く含む。デカルトは彼の思想のスタートとして、論争の余地のない、疑いきれる余地のない事柄から出発しようとした。
そして、その方法は、方法的懐疑によってなされる。
すなわち、すべてのものを疑ったうえでもなお疑いえない確実な真理は、そのように疑っている私自身が存在していることである、と。この疑っている「我」の存在。つまり意識的な自我の存在は、直観に与えられた明晰判明な観念であり、疑い得ない事実として哲学の基本原理になる。
デカルトは、この論争の余地のない「自我」の存在を出発点にして、さまざまな知識を合理的な推理によって導く演繹法によって展開されていく。
デカルトによる「考える我」の発見は、主体的に思考する近代的な個人の自覚のあらわれであり、西洋思想における近代的自我（西洋近代思想）のめざめとされている。
なお、「考える精神」に対して、「延長を本質とする物体」を区別する心身二元論がうまれ、自然を因果関係によって機械論的自然観につながる。
機械論的自然観とは、経験的事実の観測から出発し、数量化できるものだけを対象に数学という言語で表現する自然の捉え方であり、そこから近代の自然科学が生まれる。あらゆる自然現象を物体の機械的な運動に還元して説明され、一切の事物の運動や変化は、原因・結果の因果関係の法則に従う物体の運動として捉えられる。この機会論的自然観に対し、一定の目的によって事物を説明することを目的論的自然観といい、神の意志(摂理)による説明をしりぞける。
今回の表題を考えるべき基本事項は
１，光粒子（電磁波）は質量が「０」である。
故に重力が働くことはなく、光の進路は重力によって曲げられることはない。（一般相対性理論を否定する）
２，光粒子（電磁波）には質量が「０」である。
故に慣性力が働くことはなく、他からの加速・減速の運動の力を受けることはない。（一般相対性理論を否定する）
３，重力は質量のある物質に対して働く作用力しか持たない。
故に真空という空間を曲げる作用も起こせない。（一般相対性理論を否定する）
４，重力の反対の力：反重力（斥力）は物理現象としては存在しない。磁場と電場の互いの斥力以外は、量子力学的な特殊な場合として、パウリの排他律はある種の2つの物理的存在（フェルミオン）が同時にひとつの場所を占めることができない(正確にはひとつの状態を取り得ない)という法則であり、このためこの種の存在が非常に接近したとき非常に強力な斥力が発生するとみなすことができる。この場合は斥力だけであり、対応する引力は存在しない。
故に斥力のない宇宙空間において宇宙膨張はあり得ない。（宇宙膨張論の否定する）
５，宇宙膨張論の否定の根拠としては、苦肉の抗弁として出されている「暗黒物質・暗黒エネルギー」を斥力の理由（根拠のない理由）としてあげていることである。これらの専門家の解説は、空想の範疇であると考える。
６，ビックバン理論や宇宙膨張論、インフレーション理論の根拠となったハッブル氏の「赤方偏移」の観測結果はどの様に解釈するべきか。
これは、今の理論では斥力の根拠が見出されないので、斥力による光源の移動による赤方偏移は理論から排除する必要がある。
故に、光粒子（電磁波）が長い宇宙空間を伝播してきた結果、現象面から捉えるならば、「光粒子（電磁波）の減衰」と結論付けるのが妥当であろう。
しかも、光源の運動による「ドップラ効果」を前提条件に理論構成しているから宇宙膨張論の斥力の説明が出来ず「暗黒物質、暗黒エネルギー」という詭弁を弄しているのが現在の物理学界の姿である。
単純に物事を考えれば、128億光年も真空中を伝播してくる光粒子（電磁波）が、他の素粒子との衝突か透過・減衰の結果、赤方偏移（振動数の減衰）したと推測するのが妥当な推論であろう。
宇宙膨張か、エネルギの減衰か、両者とも立証が難しいが、どちらが無理のない論拠となるかは、光粒子（電磁波）のエネルギーが減衰したと考えるのがリーズナブルな選択であると考える。
「暗黒物質、暗黒エネルギー」のアイデアを頂くならその「暗黒物質、暗黒エネルギー」の宇宙空間を伝播する間にエネルギーが減衰する作用を及ぼしたと考え得る。
吾輩は光は物質に吸収・放出される性質があるが、吸収されるまで至らない素粒子（光粒子）や反物質の素粒子を想定している。この辺の解説は次回以降に論ずる。
To be continued . See you later ！
参考資料・参考文献
ニュートン編集『天文学11の革命』ニュートンプレス 2007.6 p40~41
梶田隆章著 『ニュートリノで探る宇宙と素粒子』平凡社 2015.11.20 初版1刷
新星出版編集部 『宇宙のしくみ』新星出版 2005.12.5 初版発行
野本陽代、R・ウイリアムズ著 『ハッブル望遠鏡が見た宇宙』岩波新書1998.7.3 第9刷発行
原康夫著 『量子力学』 岩波書店 1994.6.6 1刷発行
桑原守二・三木茂著『電気・電子のしくみ』ナツメ社 1997.7.20
小暮陽三著 『物理のしくみ』日本実業出版社 1994.10.15 第8刷発行
「反物質」や「ニュートリノ」とは何か？わかりやすくご紹介します。 (skawa68.com)
疲れた光 - ウィキペディア (wikipedia.org)
この記事が気に入ったらサポートをしてみませんか？