物質はどうやって生まれてきたか

かねちゃん @PEACEphotohito

物質はどうやって生まれてきたか（51） 銀河は集団を成して存在している。銀河団という。我々の天の川銀河も銀河団に属している。その銀河団もまた集団を成していた。これが大銀河団。さらにその大銀河団も、超銀河団という集団を成している。どんどん大きなものが見えてくる。

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物質はどうやって生まれてきたか（52） これらの銀河団は列を成して糸のように細長く連なっている。無数の銀河の糸が絡み合い、ある場所では編み目のように、ある場所では人間の毛細血管のように、不規則でまだらに広がっている。これらはビッグバンの揺らぎの名残ではないかと考えられている。

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物質はどうやって生まれてきたか（53） 新たな発見は新たな謎を生む。宇宙全体の様々なことがわかってきたら、計算していた宇宙全体の質量では足りないことがわかってしまった。今わかっている物質を全部足しても全然足りない。見えない何かが大量にある。それが何かはわからない。ダークマター。

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物質はどうやって生まれてきたか（54） 宇宙の始まりは少しずつわかってきた。しかし宇宙の終わり方が全くわからない。サンプルがない。いろんな仮説が立てられているが、まだ検証すら出来ない。宇宙は人間にとってあまりに大きい。

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物質はどうやって生まれてきたか（55） 見えない物を如何に観測するかという課題は、天体のような大きな物を調べるのも、素粒子のような小さな物を調べるのも同じ。素粒子は見えない。いかに高性能な顕微鏡を使っても見えない。その姿を見た者はまだいない。しかし確実に存在している。

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物質はどうやって生まれてきたか（56） 素粒子と原子を混同している人がいるが、原子は陽子や中性子や電子の組合せで出来ている。素粒子はそれ以上分解出来ない最小単位。原子よりもずっと小さい。

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物質はどうやって生まれてきたか（57） 何が素粒子かは時代と共に変わってくる。かつては原子が素粒子だと思われていた時代もあった。しかし原子は電子と陽子と中性子で出来ていることがわかると、今度はその３つが素粒子だと思われた。

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物質はどうやって生まれてきたか（58） 電子はそれ以上分解出来ないので今でも素粒子だが、中性子は電子と陽子から出来ていることがわかり、中性子は素粒子ではなくなった。さらに陽子が３つのクオークで出来ていることがわかると、陽子もまた素粒子ではなくなった。

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物質はどうやって生まれてきたか（59） では、素粒子はクオークと電子だけかというとそうではない。中性子が崩壊すると電子と陽子になるが、その電子と陽子の質量を足しても元の中性子の質量より軽いことがわかった。崩壊した時に失われた質量の正体、それがニュートリノという素粒子だった。

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物質はどうやって生まれてきたか（60） 素粒子は他にも沢山ある。現在素粒子についてどこまでわかっているか。素粒子にはファミリーが３つある。そして、ファミリーにはそれぞれ16の成員がある。3×16で48の素粒子。さらにその48の素粒子の反粒子が48。合計96の素粒子まで見つかった。

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物質はどうやって生まれてきたか（61） 数十年前なら、電子と陽子と中性子で全てが出来ていると思われていた。そこに湯川氏が予言したπ中間子と、わけがわからんがみつかったミュー粒子。この5個で終わりかと思いきや、いつのまにか増えて96まで来た。多すぎる。

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物質はどうやって生まれてきたか（62） より素となる物で説明しようという試みは沢山あるが、まだどれも成功していない。期待されている仮説はいくつかある。もしかすると全て同じ物で、振動のパターンの違いで別な物に見えているのではあるまいかという考えがある。

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物質はどうやって生まれてきたか（63） 96もの振動パターンを作るには粒子では難しい。しかし、変幻自在なひも状のものなら可能だと考えたのが超ひも理論。しかしこれもまだまだ仮説の域を出ない。今みつかっいる96の素粒子も、それぞれの働きの解明にはまだ至っていない。

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物質はどうやって生まれてきたか（64） 素粒子のファミリー。第一が電子ファミリー。第二がミューファミリー。第三がタウファミリー。質量は違うが同じ性質。第四や第五のファミリーはない。なぜならニュートリノの種類が３つしかない。天文学からも結論が出てる。初期存在比を調べると３種類。

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物質はどうやって生まれてきたか（65） なぜ同じ性質のものを３種類作ったかはわからない。さらにL.Rのグループ。それぞれ核運動量をもっている。右回りの素粒子と左回りの素粒子。左回りはいろいろな働きをしている。右回りは何もしていない。

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物質はどうやって生まれてきたか（66） 自然を理解するのに、どんな素粒子から出来ているかを知ったところで自然を理解したことにはならない。それらの粒子の間にどんな力が働いているかという事も理解しなければならない。調べたら自然界には４種類の力があった。

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物質はどうやって生まれてきたか（67） 一番強いのは「強い力」。陽子同士等を引きつけ合っている力。次に強いのが「電磁的な力」。その次が「弱い力」。最も弱いのが「重力」。重力は大きな物のみに影響する。我々人間には強く感じるが、素粒子にとっては無視してよいほど小さい力。

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物質はどうやって生まれてきたか（68） それぞれ力には特有の力を媒介する粒子があると考えられている。グルオン、光子（アインシュタインによって光を量子化したもの）、重い中間子、重力子（グラビトン）。重力子はまだ発見されていない。

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物質はどうやって生まれてきたか（69） 強い力は原子核をまとめる力。一番最初に考え出された（湯川）。なぜ＋同士の陽子をくっつけていられるか。それはπ中間子が陽子間を媒介しているから。これが最初で、今の物理学は、力は全て特有の媒介粒子をやりとりする事で働いていると理解されている。

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物質はどうやって生まれてきたか（70） 電子顕微鏡でも見えない物をどうやって観測してきたか。飛行機雲の原理を用いる。飛行機が見えなくても飛行機雲が見えればそこに飛行機がいるのがわかる。時速や方角など、飛行機雲を観測することによって目に見えないジェット機の振る舞いを観測出来る。

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物質はどうやって生まれてきたか（71） 素粒子についても同じ様な事が出来ないかと考えた。飛行機雲が出来る為にはその空間はクリーンでなければならない（塵や埃が全くない）。さらに大気が水蒸気をたっぷり含んでなければならない。

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物質はどうやって生まれてきたか（72） そこにジェット機が飛ぶと排気ガスに含まれる埃を種にして水蒸気が集まり、水滴となって雲になる。電気を持った素粒子にはそれが出来る事が発見された。電気を持った素粒子が飛んだ後にどういったものを残してくれるかを考えてみる。

かねちゃん @PEACEphotohito

物質はどうやって生まれてきたか（73） 電気を持った素粒子が物質の中を通れば、それがプラスでもマイナスでも核の周りにある電子を引っ張るなり反発するなりして、飛ぶ筋道にある電子は弾き飛ばされる。電子を失った原子はイオンとなり、それを種に水蒸気が集まり水滴となる。霧箱という観測装置。

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物質はどうやって生まれてきたか（74） これで電気を持った素粒子はわりと簡単に観測出来る。ところが問題は、電気を持たない素粒子。イオンを残さない。

かねちゃん @PEACEphotohito

物質はどうやって生まれてきたか（75） 例えば人間の頭には毎秒10兆個以上のニュートリノが太陽から降り注いで体を貫通している。しかし誰も何も感じない。なぜなら電気を持っていない為に、何もせずに黙ってスーッと通り抜けるだけ。そのくらい何もしないからニュートリノは観測し難い。