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2013年2月26日 (火)

量子とは何か?(3) -なぜ光速は一定か-

 で、いつものはったり大会である。

 この「量子」シリーズは、本ブログの記事「光の二重スリット実験」で私が書いた「光はすさまじい勢いで伸縮を繰り返す球状の波なのではないか」という発想を元ネタに、そう考えると都合がよくなると思われることをあれこれ連想して書き綴ったものである。
 この発想自体は、日経サイエンスの記事「光子の逆説」をもとにしているので、全く根拠が無いというわけでもない。まあそれでもはったりであることには代わりはないが…。

 さて、量子(光子)が伸縮する球状の波であるなら、一体どのように進むのだろうと考えた。
 光(電磁波)というのは不思議な特徴を持っている。どんな場所でも光速(299,792,458 m/s)という一定の速度を保っているのだ。
 湖面を波紋が伝わっていくように、空間中の「なにか」が次々に揺れながら、粒子化した光子を先へ先へと送っているのだろうか。最初はそう考えた。それで次のようなイラストを描きかけていた。

Img015

 この図は、進行方向の空間の「リソース」が徐々に中央の一点に向かって集まってきて、ある時点で粒子化し、また拡散していくという考え方だ。この考え方だと、湖面を伝わる波紋の波の頭がまるで一定の高さを保って滑っていくように見えるのと同様、次々に空間の「リソース」を入れ替えながら、見かけは粒子化した状態を保つことになる。

 しかし、そんなふうに考えると都合が悪くなることがいくつか出てくる。

 上図のように考えると、光子の粒子が通った後、伸縮の戻りによって粒子が数珠つなぎ状に連なるはずだ。それは明らかに観測事実に反する。
 光子は、何らかの作用で一回限定で粒子状に収縮するだけの特殊な波なのかとも考えてみた。しかし、その場合「光子の逆説」にあったような、光子が通り過ぎた後にスリットを開閉することで、因果関係から切り離されているはずの光子の軌道に影響が及ぶという実験結果を説明できなくなる。「光子は高速で伸縮する球状の波」という発想は、通り過ぎた光子の伸縮過程に後ろから干渉するという考え方が最大の売りだったのだから、上図の考え方では困るのだ。
 また、粒子化したはずの光子が再び量子としての特徴を取り戻すという偏光板の実験結果にも反する(→『光子の逆説』)。

 それで伸縮しながら光速で移動していく光子をイメージしようとしたが、どんな原理で動いているのか想像もつかない。空間の隙間をドルフィンキックするように泳いでいく光子を想像しようとしたが、なんだかスマートさに欠ける。そもそも、そんな動きを数式で表すのは無理だろう。

 そうやってイメージを頭の中でこねくり回しているうちにふと思いついたことがある。

 架空の本『時間認識という錯覚』にも書いたように、静止系と慣性系には本質的な違いはない。この考え方を、光速で移動している光子にも当てはめる。(もちろんそのためにはアインシュタインの相対性理論を判断保留しなければならないが…)

 そうすると光子は、その場で伸縮している球状の波と考えればよい。次の図のように。

Img016

 光子が進むと考えるから、複雑な過程を考えなければならなくなる。光子も一つの慣性系(静止系)と考えるなら、空間の一点を中心に集中しては拡散する球状の波を数式として表すのもそれほど困難ではあるまい。

 さて、ではなぜ光子は常に「光速」という一定の速度で飛び回るのか。

 この光子の速度が一定であるというのは、厳密に言えば地表で生まれた光(電磁波)についてでしか、検証されていないはずだ。宇宙から来る光を観測した結果から導き出される光の速度には大きく誤差があったはずだ。
 地表、すなわち地球という物体から光子が解き放たれた瞬間、「地球」という一つの慣性系は、「地球」と「光子」という二つの慣性系(静止系)に分裂する。(実際には光子の方は無限に近いほどの数がまき散らされるのだろうが…)
 光子が地球という物体から解き放たれる際に、おそらくは光子自体の伸縮の作用によって一気に加速される。その加速の度合いが、常に「地球」という慣性系から見て、「光速」という一定の速度に達するのではないか。

 光子という静止系はその場で球状に伸縮している。伸縮の作用自体は、振り子が摩擦などのエネルギーロスがなければ永遠に揺れ続けるように、エネルギー保存の法則に従って止むことなく伸縮を繰り返している。そこに二重スリットなどの実験装置がすさまじい勢いでかぶさっていき、光子の伸縮作用に影響を与え、光子は右に左に揺さぶられる。もちろんこの描写は、光子に視点を置き、静止系とみた場合の話である。

 いや戯言ですよ。 

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