無から物質が作れる？

質問

自分はあまりにも無知なので、専門家の方には失礼かもしれませんが…と前置きさせて貰います。

宇宙の誕生や、惑星(物質)の誕生に興味があります。
しかし、無から物質(氷などを除く半永久的な物)が作られるのに納得がいきません。
しかし、現にあるのだから何かしらから生まれたのでしょうが…
科学的に、どこにでもある砂(石)を作ることは出来るのでしょうか？
と言うか砂(石)に元素記号があるのでしょうか？
つまり元素と元素が化学反応を起こせば物質を作れるのか、作れないかと言う疑問です。
頭良くないですし知識もないので、
この疑問が世界的に未解決かもしれませんがお願いします。

回答No.3

sanori · ベストアンサー

こんにちは。

無から有、宇宙の誕生、そして、砂と石。話にすごくギャップがあるのですが、
周りの人にこの質問をすると馬鹿にされたかもしれないので、ここで質問してよかったですね。

１．エネルギーと物質
アインシュタインの相対性理論の話になりますが、重さ（物質）とエネルギーは交換することができます。
円とドルみたいなものです。
よく知られている例は原子力で、核反応することによって合計の重さが減る代わりにエネルギーが出ます。
（ただし、これは核反応に限ったことではないのですが。）
また、１発（というか１個）のエネルギーがものすごい光（ガンマ線といいます）があるとき、それが２つの電子（プラスの電子とマイナスの電子）に化けることがあります。
つまり、エネルギーから物質と反物質が生まれることがあります。
両者がどこかで出合うと、消滅して光になります。

２．砂と石の元素記号
基本的に、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）が多いです。つまり、Ｓｉ　と　Ｏ　です。
ほかの元素も混じってますが。

３．無から物質
たとえば、一つの容器の中の水の温度は、対流もなく、加熱も冷却もないという条件のもとでは、一見、全体の温度がまったく均一なのが最も安定であると考えがちです。
ところが、これは、高校で習う自由エネルギーの概念によって否定されます。ある程度のゆらぎ（乱れ、不均一）があることで最も安定になります。
同様に、固体の単結晶も、本当に完全な単結晶というのはなく、少し欠陥を持つことによって最も安定となります。
これと似たことが「無」にもあります。
「無」というと、本当に全体が全く無である状態を想像しがちですが、少しゆらぎを持ちます。
上に書いた「物質と反物質」が生まれては消え、また生まれては消え、という状態があるということです。
その状態が、江崎先生のノーベル賞と関係のある「トンネル効果」という現象によって、たまたま現実の世界に飛び出てくることがあります。
そこから雪崩的に「宇宙の始まりの始まり」となるわけですが、生まれてくる物質と反物質の量は同じであるため、普通に考えると物質と反物質が出会ってしまうことにより、両者は全滅するはずです。
ところが、小林先生と益川先生のノーベル賞と関係のある「対称性の破れ」により両者の量に偏りができ、一方だけが生き残り、物質のある宇宙となります。
まるで自分で見てきたように書いてますが、誰も宇宙の始まりを見た人はいないので、証明されているわけではありません。

４．元素と電磁気力
この世には、たった４種類だけの「力」があることが知られています。
・重力
・電磁気力
・原子核に関係する力　その１
・原子核に関係する力　その２
このうち、「元素」という現象を生み出しているのは電磁気力だけです。
なぜならば、元素の性質というのは原子核の周りにある電子の数（原子番号）だけによって決まるからです。
まあ、元素には「重さ」という性質もありますが、それは大した話ではなくおまけみないなものです。

５．物質のエネルギーは宇宙のごく一部
上に書いたとおり、物質はエネルギーと交換可能ですが、その考え方で物質をエネルギーに換算しても、そのエネルギーの宇宙全体に占める割合は４％しかなく、あとは、暗黒エネルギーというものが７３％、暗黒物質というものが２３％であることがわかっています。
これは、現在テキサス大学教授の小松さんの研究成果です。
http://kkono.cocolog-nifty.com/ukulelebeginner/2011/01/post-cf0e.html
この辺は、現在世界で盛んに研究されているところです。

（※　以上、質量のことを、あえて「重さ」と書きました。）

暇なので、だらだらと書きましたが、ご参考になれば。

お礼

1つ質問すると10答えが返ってくるみたいですね！
すごい知識です。
とても詳しくありがとうございます。

しかし、自分に基礎知識がないので理解できないこともありますが、何度も読み返して理解してみたいとおもいます。

ありがとうございました。

回答No.2

cliomaxi

>と言うか砂(石)に元素記号があるのでしょうか？

石と言っても様々ですし、勿論「石」と言う化学物質がある訳では無く、玄武岩だとか花崗岩だとかです。
それらはケイ素(シリコン)だとかアルミニウムの化合物だったりします。
他にもダイヤモンドは炭素ですし、ルビーやサファイアはアルミニウムやクロム、バナジウム等の化合物です。

>元素と元素が化学反応を起こせば物質を作れるのか、作れないかと言う疑問です。

科学反応ではありません。
核融合反応です。
ビッグバン以前は「物質は無かったがエネルギーはあった」と考えられています。
質量(物質)はエネルギーの一形態です。
太陽だと水素原子が核融合してヘリウム原子が出来ます。
更に核融合反応でもっと重い元素が出来ます。
これの繰り返しです。
元素周期表を中学だか高校で習った筈です。

まだまだ解らないことだらけですし、理論上はこうであろうと言えても実証する事は現在の科学力ではまだ無理です。

お礼

まず、とても詳しくありがとうございます。

そうですね、石といっても色々ありましたね焦
大雑把ですみませんでした。
石は化学物質ではなく化合物なんですね。無知でして。

物質は核融合の繰り返しの末に出来るのですね。勉強になります。

ビッグバン？についても無知なんですが(大雑把な意味はわかりますが)、
それ以前にもエネルギーがあったというのは不思議ですね。どのようにして生まれたのでしょうかね？
自分は今までビッグバン以前には、何もない[無]だと思っていましたが、そのエネルギーがどのように生まれたかを考えると、
[無]=0
ではなく、
[無]=何も存在しないように思えて、この世にある全ての集合体1。
つまり認識できるこの世の全てを圧縮すると、何もないように思える[無]に、なるのかもしれませんね。
そう考えれば、
どんな事象(エネルギーが生まれること、ビッグバンが起こること、物質が作られ事)も、
全て起こり得ると納得することが出来ます。
↑素人意見なので勘弁して下さい。

詳しくありがとうございました。

回答No.1

Tacosan

「無」が何をさすかによるかなぁ. エネルギーさえ突っ込めば物質を作るのは (原理的には) 可能なので.

お礼

自分の言う無は、字の如く何もない無です。
エネルギーがあれば物質は作れるんですか！？
驚きましたが、そのエネルギーはどうやって生まれたのでしょうね。
ありがとうございました。