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【ヒッグス粒子、ブラックホール、量子コンピュータ】 らじるらじる物理学の記録

Stephan Hawking博士

「らじるらじる」の聞き逃し、「みんなの量子論 不思議で考えさせられる世界」の12回~14回まで、

料理の片手間に聴くのはもったいなくなり、学生のようにノートをとりました。

もう記事にはするまいと思っていましたが、数式も全くない量子力学の講義、なんとかまとめたくて記事にしました🤣

オバサンの物理学のまとめ、少々お付き合いくださいませ😅間違いがあったら、指摘いただけると有り難いです。

ヒッグス粒子の理論提出 P・ヒッグス 2013年ノーベル賞受賞

量子論とは、目に見えない小さな小さな世界の物質を扱う学問でした。量子には素粒子も含まれます。

ヒッグス氏は、素粒子に「質量を作った」人、対称性の破れの理論を提出しました。ヒッグス粒子と名付けられます。

対称性の破れとは、物理学において対象の対称性が失われることをいうそうです。

詳しくは『「対称性」とは「どちらでも同じ、構わない」こと、しかし全体を見ると(なぜか)自然とどちらかを選んでしまっていることが「自発的対称性の 破れ」です。 同じように人間に右利きが多いのも、心臓が左側にあるのも、本来どちらでも良かったはずで、生物の進化の中で自発的に対称性が破れてきた結果 』ということ。

Wikipediaのヒッグス粒子のシュミレーション画像

そのヒッグス粒子の存在を2012年に欧州原子核研究機構が発見したことで、翌年ヒッグス氏はノーベル物理学賞を受賞しています。

日本人の南部陽一郎氏がアドバイスしたとのことも仰いました。南部氏は2008年、「対称性の破れ」でノーベル賞受賞。

ヒッグス粒子とは、「光速に近いスピードに加速した陽子どうしの衝突により、ヒッグス粒子が出現しますが、すぐに崩壊して別の粒子に変わります」と筑波大学のHPにありました。

車いすのニュートン ホーキング博士のブラックホール

S・ホーキング博士は難病のALS(筋萎縮性側索硬化症)を患いながらも、あまりにも大きな物理学における足跡を残した人ですね。

「宇宙はどのように始まったか?」「何でも吸い込むブラックホール」「ダークマターやダークエネルギー」を考えたのです。

宇宙のことと、小さな世界の量子論という融合できないような理論をホーキング氏は融合させて説明しようとした、と私は理解したのですが・・・

ブラックホールのイメージ

ブラックホールと宇宙の始まりといったマクロな話しになりますが、古典論と量子論のぶつかり合いをホーキングは説明したと言えるのでしょうか。

ホーキング放射とは、「ブラックホールからの熱的放射」 

ブラックホールは光を含むすべてのものを飲み込むと考えられていた。しかし事象の地平面(光や物質がブラックホールに吸収される限界の領域)付近で量子効果を考えると、真空のゆらぎによって粒子反粒子という粒子の対生成が発生して、その半分は事象の地平面内へ、もう半分は事象の地平面外へと放出されることがわかった。(コトバンクより)

「ホーキング、ブラックホールを語る」で述べているのは、

質量が重ければ思いほど冷たい=ワット数小さい、軽いのは冷たくはない=ワット数大きい

星が崩壊してブラックホールへ→宇宙の温度よりブラックホールの方が冷たい→宇宙は膨張している

ということらしいです。

宇宙の端っこがどうなっているか?も考えたそうな。

端っこは普通尖った大きさのないところのはずが、ホーキングは尖りを切ってキャップをはめる

それは、特異点を切る=時間を虚数にする、ということらしいです。難しすぎます~~

ホーキング博士は、アインシュタインの相対性理論と現代量子力学の理論を合わせただけで、新しい理論を作ったわけではないんだそうです。

だからノーベル賞を取れなかったのですね。それでも、誰もが考えなかったことを考えた偉大すぎる天なのです。

量子コンピュータの未来 

量子コンピュータは最近新聞でも取り扱われていることが多いです。最近日経新聞でも扱ってました。

量子コンピュータには、以下の2つがあるそうです。

*量子ゲート方式   現在使っている、中身を量子に変えたもの

*量子アニーリング方式   量子焼きなまし法 今後色々な所で使われる

以前のスーパーコンピュータが普通のパソコンになってきたように、10年くらいで今後量子コンピュータはスパコンのように使われるのではないか。

あんなに大きくて、排熱も大きかったスパコンは持ち歩けませんでした。それがどんどん小さくなっている。

2019年10月の論文で、量子コンピュータが、たったひとつの計算でスパコンに勝ったそうです。

そこで、量子コンピュータの有意性が注目され、将来はスパコンを凌駕していくだろうと。

ただ、量子コンピュータは万能ではなく、それ用のプログラム、特殊なアルゴリズムがいるそうです。

竹内薫先生は、製薬会社の薬を作る時の膨大な計算や、科学技術・量子重力理論で宇宙の始まりを考える場合に使われるのではないかと仰っていました。

量子力学は完成したものではなく、常に変遷していくもの

昔、ニュートン力学は完璧なものと考えられていました。しかし、アインシュタインの相対性理論で修正されます。

アインシュタインは量子論には少し懐疑的だったそうですが、しかし、量子論の始まりを作ったのはアインシュタインでした。

その量子論が実際ニュートン力学を修正しているそうです。

その後、イギリスの研究者R・ペンローズ氏(1931年-)は世界的に有名な理論物理研究者で、ブラックホールの「特異点定理」や「ペンローズ機構」をはじめ、非周期的に平面を埋め尽くすペンローズタイル、機械制御に利用されている「一般逆行列」など、多方面で驚くべき発見を成し遂げ、その分野の常識をくつがえしているということ。

ペンローズ氏は2020年に、ホーキング博士と一緒に研究したブラックホールでノーベル賞をとっています。

ロジャー・ペンローズ Wikipediaより

ロジャー・ペンローズ教授(2011年)

量子力学は究極の理論で終わるのではなく、常に変遷していくもの、改良されていく、ダイナミックな性質を持っているそうです。

「ゆらぎ」「確率」「不確定性」「重ね合わせ」といった物理的思考が量子コンピュータに結実しようとしていると。

量子力学(quantum mechanics)は、例えばMRI=量子力学を使った装置など(例は少なかったけど)人類の幸福のために発展していくだろうということでした。

長くなりましたが、お読みくださり有り難うございました。クリックいただけますと喜びますm(__)m

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