真空中のエネルギーについて

質問

過去に真空について、何度も質問したものです。
ｇｕｉｔｅｒさんのなどの回答で、真空について素人なりに理解できたと思ってます。
　ところが、最近「異端の数ゼロ」という本を読んでいたところ、どうしても理解不可能の箇所がありました。またしても、真空絡みです。
　真空に無限大のエネルギーが潜んでいるというのです。私の読み込み不足で理解できないのか？トンデモ本なのか？本当に真空中にエネルギーは潜んでいるのですか？

回答No.9

apple-man · ベストアンサー

>本当に真空中にエネルギーは潜んでいるのですか？

エネルギーがあれば当然運動エネルギーや
熱エネルギーの形で取り出せるという認識が
普通なので、空間からそんなエネルギーを取り出る
なんてこと・・・という疑問が湧くと思うので、
真空のエネルギーなんて本当にあるのかと
思うのは当然と思います。
　真空のエネルギー状態に対する出発点は
ディラック方程式で、この概念を誇張して
ディラックの海という表現があるのです。

エネルギーを取り出す、或いは観測するためには、
エネルギー差（ポテンシャルエネルギーの差）が
必要です。
（例えですが）
　水力発電所では、水の高低差と位置エネルギー
（ポテンシャルエネルギー）の差を利用して、
位置エネルギーを運動エネルギーに変えて
その力で発電機を動かしているわけです。
ですから、水力発電所の貯水池には水による
大量の位置エネルギーが保存されていると
理解できます。
　ところが貯水池の水辺に行って、「さーここには
大量のエネルギーがある。使ってみよう。」とか
思ってもどうしようもありません。水辺では
エネルギー差がないためです。真空のエネルギーとは
そういったものです。

＞「カシミール効果」をもって，真空中からエネルギーを取り出す考えは，ちょっと・・・・・とんでもない考えですね．

　カシミール効果は、上の貯水池の例えでいうと、
水面に２枚の板を沈めて、そこにかかる力を
測定しているようなものです。水面に
さざなみがあるので、板で区切ってやると
波の差ができ、それが板に力を及ぼすのです。
この方法では真空にある莫大なエネルギーは
取り出せませんが、真空が無ではないことが
確認できるということなのです。

＞エネルギー保存の法則は，必ず守られるものなのだと，つくづく思います．

　非常に低い確率で、エネルギー保存の法則は
やぶられるという考えがビックバン理論の
元になっていますが、貯水池の例で言うと
まれに大きな波が立つということで、不確定性
原理などを応用した考えです。

お礼

すごい解りやすい説明ですね．
こんな説明を待ってました．
私たちは，今のところしばらくは水面の上にいるわけですから・・・・・
宇宙誕生・ブラックホールの中とか我々の感知できないところで，そうゆう事があり得るのかなー？
または，すごく小さな世界の中でとか．
何回もご回答ありがとうございます．

補足

水面の上とお礼で書きましたが，水中と考えた方がよいのですかね．

回答No.11

grothendieck

私の回答で綴りが間違っていました。正しい綴りはUnruh効果です。お詫びして訂正させて頂きます。文献を挙げておきます。
　W. G. Unruh:Pys. Rev. D14(1976) 870
　MB Mensky:Pysics Lett. A314(2003) 169
またカシミール効果の最近の総合報告は
　Physics Reports, 353(2001) 1

お礼

Unruh効果ですね，どうりで検索しても調べきれませんでした．
　何度も御返答ありがとうございます．

回答No.10

grothendieck

真空については「数理科学」と言う雑誌の2002年9月号に特集があるので、参考になるかのしれません。「異端の数ゼロ」と言う本に真空にどのようなエネルギーがあるとされているのか書いて頂かないと正確にお答えできないのですが、一つ注意したいことは、ディラックの空孔理論は反粒子をあばいたと言う点で歴史的に重要な役割を果たしたが、現在一般に受け入れられていないということです。Schwingerは「負エネルギー電子の無限の海と言う描像はいまや歴史的骨董品とみなし忘れ去るのが最良だと述べています。」
真空とエネルギーと言えば、Unrh効果と呼ばれるものがあります。

お礼

「数理科学」をさっそく買います．
（ディラックの空孔理論は反粒子をあばいたと言う点で歴史的に重要な役割を果たしたが、現在一般に受け入れられていないということです。Schwingerは「負エネルギー電子の無限の海と言う描像はいまや歴史的骨董品とみなし忘れ去るのが最良だと述べています。」）
　そうなんですか，知りませんでした． Unrh効果もさっそく調べてみます．
　僕は，誰にでも解る簡単な説明で物理を，理解したいのです．
　御指導ありがとうございました．

補足

（「異端の数ゼロ」と言う本に真空にどのようなエネルギーがあるとされているのか書いて頂かないと正確にお答えできないのですが）
　カシミール効果を根拠にその本はしていました．
　No8の回答でbuff2003さんに，カシミール効果については教えて頂きました．No9の回答でApple-manさんに，具体的に私にも理解できるように説明して頂きました．

回答No.8

bttf2003

＃３です。「補足」を読みました。
「異端の数ゼロ」Charles Seife著の目次をamazon.co.jpで確認して、「カシミール効果」も概要が分りました。
1948年に提案され、2～3の大学で確認作業が行われているみたいで、「10ｎｍ位の間隔を平行に置いた電極板に電荷を分布させると、エネルギーが発生する」という理論らしいです。
ナノ・テクノロジーが発達すると容易に結論が出ると思います。
Ｘ線程度の光子が発生するだけなので、物理学の基本には何の影響も無いでしょう。
（真空におけるエネルギーの揺らぎについては、他の回答者さんも書き込んでいるように、既知のことですから）

関係のありそうなURLを貼り付けておきます。
ご自身でも、検索してみてください。

参考URL：

http://www6.0038.net/~chemhouse-nakamura/newpage4.html

お礼

繰り返しのご返答ありがとうございます．
なにか，よほど特別のことが無いかぎり，真空中のエネルギーの隆起は起こらないと考えてみます．
「カシミール効果」をもって，真空中からエネルギーを取り出す考えは，ちょっと・・・・・とんでもない考えですね．
　エネルギー保存の法則は，必ず守られるものなのだと，つくづく思います．

回答No.7

michina

michinaです。昨夜は遅くて疲れていたせいか、どうも解答の書き方が、よくありませんでした。申し訳ありません。ディラックの海と「フェルミ空間」をごっちゃにしていました。

参考URL：

http://osksn2.hep.sci.osaka-u.ac.jp/~miyake/D/QM7.html

お礼

ディラックの海については，解るのですが？
フェルミ空間については，自分で検索しても，よく分かりませんでした．よっかったら教えてください．

回答No.6

michina

♯５の「その正の電荷を持った電子の抜け殻が、プラスの電荷を持った陽電子だというのです。」の、「正の電荷」というのはミスです。「マイナスの電荷」と訂正しておきます。

回答No.5

michina

真空は、「フェルミ空間」とも呼ばれていて、負のエネルギーで満たされている、と言う考え方もあります。
　それで、真空中にエネルギーを照射すると通常の物質例えば、マイナスの電荷を持った電子が発生するわけですが、その正の電荷を持った電子の抜け殻が、プラスの電荷を持った陽電子だというのです。そして、その陽電子のような物質を「反物質」と呼んでいます。
　ここで、通常の物質と反物質を接触させると、両方の物質は消滅し、エネルギーになることは知られていますが、真空中そのものには、普通のエネルギーは存在しないと考えた方がいいのではないでしょうか。
　ただ、最初に述べたとおり、「真空は負のエネルギーで満たされている」という考え方もあるのですが、通常のエネルギーとは異なることだけは確かです。

参考URL：

http://www.mainichi.co.jp/eye/feature/details/science/Physics/200209/19-1.html

補足

足し算が，合わないように思います．
「フェルミ空間」は，プラス・マイナスゼロの空間だと思うのですが？
　「フェルミ空間」について詳しく知りたいです．

回答No.4

altair1314

わたしの経験によると”真空の揺らぎ”で物質が生まれたということを聞いたと思います。つまり、物質を生み出したということはエネルギーを生み出したことになります。

回答No.3

bttf2003

＞真空に無限大のエネルギーが潜んでいるというのです。

「真空がマイナス無限大のエネルギーからプラス無限大のエネルギーを持ちうる存在である」という物理学的な仮説として立てる事は可能です。
しかし、それを実証できる理論を構築する事は、専門家であっても容易な事ではありません。
したがって「異端の数ゼロ」という本が、著者がどんな経歴の持ち主でどんな内容の記述をしているかを説明していただけないと、正しいか間違っているかを判断する事は不可能です。

書籍の表題から、大胆に推測すると現在の物理学者が書いた本とは言い難いですが・・・

補足

Charles SEifeというサイエンス・ライターの書いた本です．カシミール効果についても，記述してあります．カシミール効果は，真空中にエネルギーが存在する根拠とはボクには理解できません．水中のガラス板がくっつく場合は，水中にエネルギーが存在無限大に存在するといえるのですか？
　「真空がマイナス無限大のエネルギーからプラス無限大のエネルギーを持ちうる存在である」
　+であれ-であれエネルギーを持ち得たとしても，-の場合我々の関知しない世界の話だと思います．+の場合，それは光や電子や物質と成りうるのでしょうか？
　それらができるきっかけが，ビッグ・バンと関係しているのですか？

回答No.2

apple-man

>本当に真空中にエネルギーは潜んでいるのですか？

真空のエネルギーという表現を使ったかなり
アヤシ系の本が出回っているので、気をつける
必要がありますが、まじめなところで知りたければ、
カシミール（CASIMIR)効果というのを調べて
見て下さい。

　１９６０年代のかなり古い実験しかしらないのですが、
この効果を応用すると２枚の板にかかる力から、
真空のエネルギーを測定できるとのことです。

　最近ではもっと精度のいい実験方法があると
思いますが。

回答No.1

noname#40524

以前の考えでは真空は『無』と考えられていました。
しかし、種々の計算をして行くと何か見えない何かが
満ちているのではないかと言う考えに傾いています。
このゆらぎに依って今の宇宙が出来たと考えられています。
これが真空のエネルギーとか？