2022年09月19日

場の量子論だぜ わけわからんぜ そーなのかい

結局、わかりませんでした!!  素粒子の種類とか未完成の統一理論の話とかは他の入門書にも似たような事を書いてあって知ってる。だが、肝心の場の量子論とは何か?  は分からんのでした。
そこで言う「場」とはなんですかね?  まずは、そこでしょが!!   なんちゅーて。そういう時に次のようなジャストなタイトルの本を図書館で見つけた次第である。
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ワタクシが探していた・・・ジャストなタイトルの本である。やタッ。2000年の本。
他に「量子力学と私」朝永振一郎 著作集の中の、量子論の四半世紀の素描(うろ覚え)という章も参考になる。

場の量子論で言う場とはなにか。われわれは昔からいろいろな場を知っている。重力場、電磁場、高田馬場、社交場などである。どーや。

場の量子論で言う場とは簡潔に言うとディラック方程式の波動関数である。波動関数を場と考えて量子化する。すると場の性質がよくわかり、場の粒子である電子の生成・消滅なども記述できるのである。

しかし、ちょっと待てよ。光子は1905年にアインシュタインが天才特有の勘でプランクの作用素 E = hνというエネルギーのカタマリを光量子と粒子的に解釈したものだ。これで光電効果が説明できた。その光量子は認められるまで20年近く要した。簡単な考え方ではなかったのだ。

そして電磁場を量子化して電磁波から光子を理論的に導いたのは1927年ごろのディラックだ。電磁波を量子化すると光子が現れる。電磁波は3次元空間に存在するものであるとわれわれは捉えている。つーか、毎日、電波応用工学のおかげてスマホ、テレビなど使えているし。

電磁波を量子化したらうまくいったので、物理学者はそれを真似てディラック方程式の波動関数を強引に場と考えて量子化したらうまくいったのだ・・・・という趣旨の記述が竹内薫の本に短く書かれていた。これは第二量子化という。

第二量子化については朝永振一郎の量子論の四半世紀の素描(うろ覚え)にも書かれている。ディラックはボーズ粒子(当時は光子)は場の量子化で記述できると説いた。パウリ・ハイゼンベルクらは場を量子化すると粒子が現れると説いた。場に依る記述も粒子に依る記述も同等だ。って感じのことが書かれていたぞうさん。

この第二量子化(今はあまり使われない用語みたい)が場の量子論のとっかかりなのである。そして、場の量子論の場とは波動場の事なのである。つまり波動関数の事なのである。・・・とワタクシは捉えたのである。パウリ・ハイゼンベルクの29年の論文のタイトルは「波動場の量子力学」であったと聞く。

しかし、考えてもみいや。シュレディンガー方程式の波動関数、ディラック方程式の波動関数は電磁場のように三次元空間に存在するものではない。波動関数は抽象的なもので物理学者のアタマの中にあり、電子の振る舞いを記述する言語のようなものである・・・どーや。
その波動関数がどうして場なのだ?  
いや、そこは強引に波動関数を場として無理に解釈して量子化するんだ、そしたらうまくいったからそれでいいのだ。ほんまでっか?  知らんけど。

さてと、ここらワケワカランので別の物理学者が素粒子について言うとるのが参考になるからも知れない。

レオン・レーダーマン 素粒子は真空の泡立ちである。 そーなんですか。

佐藤文隆 場の励起モードを粒子と言いくるめるのが場の量子論 そーなんですか。

朝永振一郎 空間の中にはいろいろな場が存在していて、そのいろいろな場の中にはそれぞれ異なった粒子が現れる。電磁場の現れとしては光子が、ディラック場の現れとして電子が、そして湯川場の粒子として中間子が。 そこだよ、ワタクシは電磁場とディラック場は同列な場ではない気がするのだよ、ちみぃ。

なんちゅーて。そんなこと言われてもワタクシはスッキリコンコンと理解できるものではない。空間 = 真空 = いろいろな場の混合 なのであるか。電磁場は3次元空間にあると思っている、ディラック場は波動関数の事だから3次元空間にはない、湯川場はあるとしても原子核内に限定されている、原子核内の三次元空間に実在するものなのか湯川のアタマの中にある数式的なものなのか、わからん。
ちなみに核子間に働くチカラを説明する中間子はバーチャル粒子なのだよ、これは質量が電子と陽子の間なので中間子というのだよ、だが、その質量は原子核の質量にまったく寄与しないのだよ、ここらも不思議な話なのだよ、ちみい。中間子は質量があるのに核子の質量に寄与しないってマジックかよ、なのだよ。

ようするに、ワタクシは分からんのである。どーや。

待てよ。波動関数は3次元空間にあるものではなく電子の振る舞いを記述する言語のようなものである、って朝永振一郎は書いておったーーーぞ。電磁場は3次元空間にあるものとワタクシは捉えているのであるが、実はそれは背後に何かがあって、その背後にある何かを量子化したら電磁場が登場したというものなのか。知らんがなや(´・ω・`)

まいいや。今日のところは終わり。さらなる入門書探しが続くのであるぞうりむし!!

posted by toinohni at 14:44| 東京 ☁| Comment(0) | 物理科学雑学 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする
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