粒子の力

質問

いい年ぶっこいて、また理科系のくせに分かりませんのでお教えください。
今日の朝日新聞に、小学生向けと思われる科学の話が掲載されていました。
湯川秀樹博士の生誕100年特集です。
なぜ原子核は、ばらばらにならないのか。
その答えを見つけたのが湯川さんでした、という話です。
それはいいとして、
原子核がばらばらにならないのは、中性子と陽子との間で中間子という素粒子が存在し、その素粒子のやり取りでお互い強い力で結ばれているからだ、という答えでした。
同じく電磁力は、+と－の間で光子のやり取りで結ばれている。
力とは、何らかの粒子のやり取りがあり、重力も何らかの粒子のやり取りで引っ張り合っているが、それは現在探しているところ。
と有りました。
そこで、質問です。
粒子のやり取りでお互いが引っ張りあっているとはどういうことでしょうか。
大きな世界では、例えばキャッチボールをしていても引っ張り合いません。
この辺の考え方を小学生が分かるように教えてくれる方いませんか。

回答No.1

134 · ベストアンサー

電気の引力
　原子は、その原子の元素番号と同じ数だけの電子と陽子を持ちます。
電子には、特定の軌道があり、安定するに十分な数が決まっています。
　しかし、すべての原子が安定するに十分な電子の数を持っているわけではありません。

　そこで、安定するに十分な電子を確保するために、共用したり、供与－授与したりして結合しています。
　正確ではないですけど、ジグソーパズルの凹んだものと出っ張ったものが組み合わさるイメージでしょうか。
　量子理論というものとして、電子が結合性の軌道を描いていると波動関数で導き出され、そのときの結合エネルギーが計算されます。

　電気を帯びたものが回転すると磁力が発生します。電気と磁力は密接な関係があります。これを電磁力として表現しています。

　陽子と中性子も原子核として結合しています。電気的に陽あるいは０なのに結合していますので、クーロン力（電気の結合力）より強いことが予想されます。
　電気の場合と同様に考えると、陽子－中性子間に、元素における電子のような結合力の源となるものが存在すると予言したのが、湯川博士です。
　結果として、中間子（ニュートリノと呼ばれています）が発見され、湯川理論が正しいことが証明されました。

力には４つあるといわれています。
重力：天体や　物の落下などとして観測される力
電磁力：電子、磁石、化学の結合や反応などとして観測される力
弱い相互作用：β崩壊などとして観測される力
強い相互作用：核の結合力などとして観測される力

重力の力もこうした粒子が見つかる可能性もあります。超ヒモ理論という仮説が有力視され、日夜研究されているそうですが、重力の波動関数で表現できず、解明には至っていません。

なお、キャッチボールをしたとき、作用反作用の法則により、ボールを投げた反作用で、後方に移動させられるといいます。
　しかし、実際には、地球の引力が強すぎて、ボールを投げたときの反作用分の力はかき消され、ボールのみが人と人の間を行ったり来たりしているだけになってしまっています。

お礼

詳しくありがとうございます。

イヤー難しいですね。
でも、なんとなくですが、イメージが分かってきました。
もう少し勉強してみます。

ありがとうございました。

回答No.4

connykelly

粒子を交換するとなぜ引力が生じるか。この力は量子力学に特有（交換力）のもので、
＞この辺の考え方を小学生が分かるように
教えるのは至難のことと思います、、、(^^);;。といっても何かのイメージが欲しいということで調べてみますと次のような例え話が見つかりました。http://echoo.yubitoma.or.jp/weblog/tttabata/eid/399294/#main
「粒子同士が第三の粒子を媒介にして引き合うことを、二匹のイヌが一本の骨というエサを取りあって、両側からかみついて離れないという」というイメージが分かりやすいかも知れませんね。

ところで、「中性子の1つがπ+を吸収して陽子になるとき、系Bが系Aに変わる。このごく短時間のA→B→Aの過程は、AとBの2つの状態の混合と見ることができる。」
http://echoo.yubitoma.or.jp/weblog/tttabata/eid/402895
ということで、交換力の本質は2準位の混合ということが指摘されていました。参考URLにはこの計算が書かれていますので、ご覧になられてはいかがでしょうか。ちなみにHψ＝Eψのマトリクス演算をやるとaα＋γβ=Eα、γ^*α＋ｂβ=Eβ、(β/α)=kとおいてkの2次方程式を解きます。E=a+γkのkに今得られた解を代入すると参考URLの式が得られます。

参考URL：

http://www.geocities.jp/tttabata/yfolder/2states.pdf

お礼

また、ちょっとイメージがわいてきました。

でも、例えば極端な話をすれば、1億光年離れている物体の引力もわずかですが、働いているんですよね。

これが、分からんのですよ。
まあ、望遠鏡で1億光年先の星の光が見えるんですから、それらの粒子？が光と同一とすると影響あっても当然か・・・・

んんんんー分からん。

いづれにしても皆さん詳しくありがとうございました。
楽しみが増えて楽しいです。

回答No.3

134

失礼しました
＃２さまの書き込みの通りです

中間子は　Π中間子で、ニュートリノとは別物でした。

中性微子（＝ニュートリノ）という表現と混同してしまいました。

回答No.2

leo-ultra

「中間子＝ニュートリノ」！！？？
これは違うのでは？

強い力のように湯川型の相互作用は遠くまでいけません。これは中間子に質量があるからです。
一方、ニュートリノは質量があるかどうかわからないようなものです。ですから違います。

「キャッチボールすると引力が働く」というのは、２つの粒子間の相互作用をファインマン図形で書くと、片方から出た相互作用粒子がもう片方へいくということを言っただけだと思います。

それが現実にどういうことなのかよくわかりません。

お礼

いっそー難しくなってきました。

ありがとうございます。