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2012年5月 2日 (水)

時空の素粒子を求めて!空間はどこまで分けられるのか?

科学の歴史は身の回りのものをどんどん細かく分けていった歴史のようなものです。そしてこれ以上細かく分けられないと言うところまで行けば、それが重要な意味を持つ根源的なものであると、ソクラテスは考え(紀元前5世紀頃)、「分けられないもの」という意味の原子という概念を考えつきました。17世紀になると、英国のフックが自作の顕微鏡でコルクを観察し細胞というものを発見しました。19世紀には英国のドルトンが近代的な原子論を唱え、20世紀に実験でそれが証明されました。そして原子はさらに電子やクウォークと言った素粒子に分けられ、これらが物質の最小単位であることも分かってきました。

またエネルギーにも素粒子に相当する最小単位があり、坂道を上り下りするような滑らかな増減ではなく、段階状に増減することも20世紀初めに分かりました。エネルギーの最小単位の存在を前提とした量子力学は、正しさが様々な実験で確かめられています。そして21世紀、今度は空間や時間にも「素粒子」と同じようなものがあるかどうかを検証する実験が米国で始まろうとしています。

私達は空間や時間には最小単位がなく、無限に細かく分けられると思っているのではないでしょうか?例えば1cmの空間を半分に切ってそれを5mmに、さらにそれを2,5mmにというぐあいに、無限にそれができると!ところが光も逃げ出せられないブラックホールの理論を使うと、細かく分けるのには限界があると言うのです。つまり空間や時間も素粒子に当たる「素空間」や「素時間」の集まりだと言うのです。つまり空間はデジタル写真がピクセルの集まりでできているように、ギザギザになっていると言うのです。そして時間は坂道のようになだらかに流れるのではなく、小さな段階状にステップを踏んで進んでいるようなものだと言う事です。その最小単位があるとすればそれをどう見つけるのかということが問題になります。

空間の最小単位は陽子の直径の1兆分の1のさらに1兆分の1だそうです。10のマイナス33乗(小数点のあとに0を32個つけて1を書いた数字です)cm程度と予想されています。これではとてもではありませんが普通のやり方では見つけられません。それにはレーザー干渉計を使うのだそうです。1本のレーザー光を2本に分け、鏡に反射したところで合流させ、ほんのわずかでも波に違いがあれば検出できる仕組みだそうです。音楽をデジタル録音すると滑らかな音波も階段状の少し歪んだ形になるそうです。もし時間や空間に最小単位というものがあれば、似た事が起きてレーザー波も少し歪むはずだと言うわけです。となれば最小単位が存在すると言うことになるのです。

もし最小単位が見つかれば空間と時間に対する私達の見方も変わると言います。と言うのは時間の最小単位は10のマイナス44乗程度と考えられるので、家庭用のネットの接続速度はせいぜい毎秒1ギガ(10の9乗)ビットだからです。つまり速度はもっと上げることができると言うわけで、さらに大量のデータを送ることも可能と言うことになるのです。科学と言うのはすばらしいですね。だた科学を正しく使うのも人間であり、それを悪いほうに使うのも人間だと言うことを忘れてはなりません。

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