宇宙&物理2chまとめ【物理】“対称性の自発的破れ”に関する南部理論の適用限界を打破

主に2chの宇宙と物理に関する話題をまったりまとめています。

【物理】“対称性の自発的破れ”に関する南部理論の適用限界を打破

[ 2013/03/17 11:31 ] [ 物理 ] [ コメント(9) ]
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1: 一般人φ ★ 2013/02/24(日) 23:38:25.39 ID:???

「対称性の自発的破れ」の概念を現代素粒子物理学に導入し、 「南部理論」 を生み出した南部陽一郎博士は、
2008年にノーベル賞を受賞しました。この理論を簡単に言うと、対称性には、円や球のようにどれだけ
回転させても対称性を保つ回転対称性や、気体や液体のように分子がどこにあっても変わらない並進対称性
といった「連続対称性」があり、これが自発的に破れると小さな変化を遠方まで伝える「波」が発生する―
という理論です。南部理論では、連続対称性が破れると、破れた対称性の数に等しい数だけ一定速度で伝わる
波が現れるとしています。しかし、磁石の中を伝わる「スピン波」のように、自然界に現れる波の中には
南部理論で説明できる波とは異なる性質の波があることが知られています。

例えば、従来の南部理論をそのままスピン波に適用すると2種類の波が生まれるはずですが、実際には1種類の
波しか観測されません。そこで理研の研究者は、あらゆる連続対称性の自発的破れを理論的に説明できる新しい
理論の構築に挑みました。新理論の構築に用いたのは、ミクロな力学からマクロな現象を導き出す「森理論」
でした。1965年に森肇博士が提唱した理論です。これを南部理論へ融合し、スピン波では電子の回転に起因して
1種類の波だけが生まれること、その伝播速度はスピンに加える力の大きさに依存することを説明できました。

自然界の波の性質を1つの理論だけで説明でき、対称性の自発的破れの本質的理解につながります。

▽記事引用元 理化学研究所60秒でわかるプレスリリース
http://www.riken.go.jp/r-world/info/release/press/2013/130220/index.html
© By Alice 010
元スレ:http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1361716705/








4: 名無しのひみつ 2013/02/24(日) 23:59:37.33 ID:A5g73AIb

南部さんは数10年に1人レベルの天才。

ノーベル賞受賞した時も
「遅すぎる、1980年代に授与してなければならなかった」
と国際的に言われたくらい。

天才過ぎたがために受賞が遅れたとも言われている。

森さんもノーベル賞受賞出来ていないのは人種差別といってよいレベル。

ヒッグス粒子も超弦理論も量子色力学も全て南部さんの成果が基と
なっている。日本人は知っておくべき。


5: 名無しのひみつ 2013/02/24(日) 23:59:57.51 ID:BMqson3l

すごい


6: 名無しのひみつ 2013/02/25(月) 00:00:26.17 ID:r8kjt89W

3行で頼む


7: 名無しのひみつ 2013/02/25(月) 00:01:11.28 ID:efe1efEb

ちょっと何言ってるかよくわかりませんね


8: 名無しのひみつ 2013/02/25(月) 00:05:49.26 ID:BMqson3l

南部さんはアメリカ人だけどな
206px-YoichiroNambu.jpg
© By Betsy Devine

南部陽一郎 - Wikipedia
日系アメリカ人(一世)の理論物理学者である。1952年に渡米。1960年代に量子色力学と自発的対称性の破れの分野において先駆的な研究を行ったほか、弦理論の創始者の一人としても知られ、現在の素粒子物理学の基礎をなす様々な領域に多大な貢献をなした。とくに自発的対称性の破れの発見により、2008年にノーベル物理学賞を受賞した。現在シカゴ在住だが、大阪府豊中市にもある自宅に、年に3ヶ月程度は身を寄せている。



9: 名無しのひみつ 2013/02/25(月) 00:07:04.74 ID:EilXu23v

1970年あたりに日本人の頭脳流出が問題視されたが
物理界の大物は
「問題なのは物理の南部と数学の志村くらいなものだ、
あとはいなくても問題ない」
と言い放った。

ちなみに当時、南部さんはさほど有名でなかったはず。
昔の大物は人を見る目も一流だったという事。


15: 名無しのひみつ 2013/02/25(月) 00:28:35.57 ID:EilXu23v

スピン電子の自転は概念的なものと思っていたが実在的なものという事か。。


17: 名無しのひみつ 2013/02/25(月) 00:32:59.85 ID:K7JCy/NC

32歳だけど、今から物理やろうかな~。本気の本気で。


29: 名無しのひみつ 2013/02/25(月) 04:31:44.36 ID:yrunLfEl

>>17
とりあえずフィールズ賞をめざせ


18: 名無しのひみつ 2013/02/25(月) 00:33:00.93 ID:3QtT0YcH

スピンって結局なんなんだよ
コマみたなものと思ってたら物理オタからけなされるんだよなぁ
でも>>1みるとやっぱコマじゃん


31: 名無しのひみつ 2013/02/25(月) 06:17:03.78 ID:IqLZ/ZYV

>>18
おまいさんはまず軌道角運動量の量子化に対してなんなんだとつっこむべき。
そこをスルーするなら類似の性質を持つ粒子の内部自由度も
そのまま受け入れなされ


20: 名無しのひみつ 2013/02/25(月) 00:47:46.78 ID:uni81Tb3

スピン自体も波っぽかったりわけがわからなくなってくる


32: 名無しのひみつ 2013/02/25(月) 08:32:39.70 ID:6HW5u1MJ

ミクロからマクロの導出か、経済学にも応用できないかな?森博士はもっと評価されてもいいと思う。


34: 名無しのひみつ 2013/02/25(月) 09:21:58.63 ID:ISnaaQBg

なんで自発的にやぶれちゃうの?

自発的対称性の破れ - Wikipedia
ある対称性をもった系がエネルギー的に安定な真空に落ち着くことで、より低い対称性の系へと移る現象やその過程を指す。類義語に明示的対称性の破れや量子異常による対称性の破れ、またこれらの起源の1つとしての力学的対称性の破れなどがある。
主に物性物理学、素粒子物理学において用いられる概念であり、前者では超伝導を記述するBCS理論でクーパー対ができる十分条件、後者では標準模型においてゲージ対称性を破り、ウィークボソンに質量を与えるヒッグス機構等に見ることができる。また、この他、磁気学における強磁性体の磁化についても発生の前後で自発的対称性の破れが考えられている。




35: 名無しのひみつ 2013/02/25(月) 11:07:09.21 ID:JUb2PRs4

日本語でおk


38: 名無しのひみつ 2013/02/25(月) 14:00:57.77 ID:EF9p06Rk

2chで、物理の研究論文の(しかもノーベル賞の)立てられても
大学院レベルの学生以上じゃないと、論議すらできないと思うのだが・・。


43: 名無しのひみつ 2013/02/25(月) 15:01:18.00 ID:z3FQ4GB1

>>38
しったかやら見栄っ張りやら釣りやらの素人が現代物理を語るとどうなるかという実験だろ
シュレディンガーの猫ならオレも語れるんだがな


52: 名無しのひみつ 2013/02/25(月) 17:26:57.32 ID:EF9p06Rk

>>43 数学はまだ我慢して履修するも、物理は二ヶ月でギブアップ。
  だから、「自発的破れ」 ト言われても、 理論の破綻か重力の相関か
  素粒子の存在に関することなのか、日本語そのものが何なのか
  理解できないよ・・。


39: 名無しのひみつ 2013/02/25(月) 14:20:49.15 ID:4UvV+nwL

自発的というからには、外からの作用なしに自ら変化するんだよね?
いったい何がトリガーになって対称性がやぶれるの?


41: 名無しのひみつ 2013/02/25(月) 14:36:05.34 ID:dmz/xhHJ

>>39
トリガーがなくても破れるから「自発的」なんだよ





とわかったようなことを言ってみる


42: 名無しのひみつ 2013/02/25(月) 14:37:40.26 ID:/MW7CsEs

なるほどわからん。


45: 名無しのひみつ 2013/02/25(月) 15:50:24.46 ID:WAkA8tKF

↑↓↓↓↓・・・て状態のスピンが相互作用で
↓↑↓↓↓・・・、
↓↓↑↓↓・・・、・・・
と↑が伝播していくのがスピン波


54: 名無しのひみつ 2013/02/25(月) 17:38:52.10 ID:WAkA8tKF

スピンの並びは↓↓↓↓↓・・・か↑↑↑↑↑・・・って状態が一番エネルギーが低いわけだが、
温度が上昇するにつれ>>45のスピン波が発生し1個、2個とだんだんその数が増えてくる。
でも、ある温度で、もうスピン波を増やすより、全部のスピンがでたらめにならんだ状態の方が
エネルギーが低くなり、その状態が実現される。
その「ある温度」より高温側はスピンの並びがでたらめゆえにどの方向にも等方的な対称性の
高い状態で、「ある温度」より低温側が大部分のスピンがある方向にそろっている対称性の低い
状態。温度を下げていくと対称性の高い状態から「ある温度」で突然対称性の低い状態があら
われたことになる。
これが対称性の自発的破れ。


56: 名無しのひみつ 2013/02/25(月) 18:10:33.70 ID:mQStjs7K

>>54
なるほど
よくわかった

んで、これが宇宙誕生の初期に起こったということか?


58: 名無しのひみつ 2013/02/25(月) 18:45:45.38 ID:WAkA8tKF

>>56
素粒子の対称性はスピンの対称性とはまた違うけど、主に力の区別が問題になる。
自然界には重力、電磁力、弱い力(放射性崩壊を起こす力)、
強い力(陽子と中性子をくっつける力)の
4つの力があるが宇宙誕生初期は非常に高温だったので
これらの区別がない対称性の高い状態だった。
宇宙が膨張し温度が冷えるとともに対称性が破れ
4つの力の区別があらわれたと考えられている。


47: 名無しのひみつ 2013/02/25(月) 16:20:20.80 ID:iU7fXFPn

1/2rank<[Qa, Qb]>ようになります。

(Qa, Qbは保存電荷、[ , ]は量子力学の交換関係、<  >は量子

http://www.riken.go.jp/r-world/info/release/press/2013/130220/detail.html

今回構築した理論を用いると、素粒子物理や原子核物理に現れる量子的な波から、個体中を
伝わる振動の波にいたるまで、自然界に存在する連続対称性の自発的破れに起因した波が
どのように現れ、どのように伝わっていくかをシンプルな以下の式で説明、評価できるように
なります。

1/2rank<[Qa, Qb]>

(Qa, Qbは保存電荷、[ , ]は量子力学の交換関係、<  >は量子統計力学における平均、rankは行列の階数)
波の種類や速度は、物質の比熱や状態方程式、熱の輸送に強く影響します。そのため、例えば、
半径が10km程度で質量が太陽ほどもある非常に重たい中性子星の内部構造やその冷却過程、あ
るいは、ビッグバン宇宙のごく初期のような超高温、超高密度で存在するクォークやグルーオ
ンがバラバラになったプラズマ状態の解明にも貢献します。さらに、新しいスピントロニクス
素子の材料として注目されている、内部は絶縁体だが表面が金属状態であるトポロジカル絶縁
体表面に現れる波など、物性物理の理解にも役立つと期待できます。
原論文情報
Yoshimasa Hidaka "Counting Rule for Nambu-Goldstone Modes in Nonrelativistic Systems." Physical Review Letters. (2013)


53: 名無しのひみつ 2013/02/25(月) 17:28:51.83 ID:YPMsgg0L

ミクロで起こる事はマクロでも起こる


55: 名無しのひみつ 2013/02/25(月) 17:51:51.12 ID:dmz/xhHJ

鉛筆の尖った方を下にして立てる。
真上から見れば完全に回転対称。
その状態より鉛筆が倒れた状態のほうが系全体は安定するのでその状態になろうとする。
その際、鉛筆がどの方向に倒れるかは何も決まっていない。
倒れた結果、上から見た回転対称性はなくなる。
これが自発的に対称性の破れた状態。


75: 名無しのひみつ 2013/02/26(火) 06:58:54.11 ID:qqIttNNl

>>55
わかった(・`ω´・ )コクッ


57: 名無しのひみつ 2013/02/25(月) 18:14:53.57 ID:qyslCwHY

> 宇宙誕生から10^-12から10^-6秒後
> 電弱超対称性が破れると、ヒッグス粒子は真空期待値を獲得し、あらゆる粒子はヒッグス機構により質量を獲得すると考えられる。
> この時点から後である初期宇宙の物理学は比較的よく理解されており、また推測も減ってくる。

ということだそーだが
これは南部理論の応用では


58: 名無しのひみつ 2013/02/25(月) 18:45:45.38 ID:WAkA8tKF

>>57の電弱理論は電磁力と弱い力の区別が表れるときの理論。この理論は実験的にも正しいとされて
いるが、強い力や重力が現れれるときの理論はまだ確立していない。
ただ強い力が現れるときの予想理論(大統一理論)では、力の分岐という意味での対称性の破れ以外
にも、強い力の出現とともに誕生した物質と反物質の割合が同じではないという意味の対称性の破れも
あって、反物質10億個に対して物質が10億と1個で、物質の方がわずかに多かったので、物質と反物質
の対消滅の結果、光子が10億個、物質が1個の割合で宇宙に残ることになり、それが現在の宇宙にある
光子と物質の数の比とあっているそうだ。どうやって数えるのかは知らない。


59: 名無しのひみつ 2013/02/25(月) 19:10:12.61 ID:mQStjs7K

強い力の出現とともに誕生した物質と反物質は対消滅し、
そのエネルギーが光子になり
光子は反粒子がないからそのまま残ったってことか


61: 名無しのひみつ 2013/02/25(月) 19:45:20.73 ID:WAkA8tKF

>>59
そういうこと


63: 名無しのひみつ 2013/02/25(月) 20:06:07.94 ID:mgAzC+4t

>>59がほぼ結論か!

反粒子はあるかもしれんけど非常に少ないということねw


64: 名無しのひみつ 2013/02/25(月) 20:44:27.70 ID:qRaJuu+L

お前ら
こういう話を理解できるとか
まじすげーな


65: 名無しのひみつ 2013/02/25(月) 21:01:32.41 ID:tLDNhKoE

これらの学説に反して反物質の星が発見されたらおもしろいことになるなw

魔王星みたいに


67: 名無しのひみつ 2013/02/25(月) 23:07:21.37 ID:RM7hSJ0e

さすが科学板だ。分厚い教科書よりありがてぇ


70: 名無しのひみつ 2013/02/26(火) 03:58:02.36 ID:lr+/DgAA

重力は波として定義できるのか、教えてくれ


72: 名無しのひみつ 2013/02/26(火) 05:55:59.33 ID:wimJ0fQ/

>>70
ます波と量子は同じもの
重力を波=量子で説明するためには
アインシュタインが残りの人生を費やして果たせず
今もなお理論物理学最大の課題として残る
「相対論と量子力学の統合」が必要
しかし宇宙を説明する理論が2種類あるはずはないので
いずれは実現するでしょ


71: 名無しのひみつ 2013/02/26(火) 05:54:42.64 ID:k2o1pIWI

人がプールの中で動くと波が出来るこれが重力波にあたる
また水の中では浮力が働くこれが重力みたいなもの
水に対応するのが重力場
ただし実際には重力場そのものは観測できない(この辺の事情はエーテルと同じ)


73: 名無しのひみつ 2013/02/26(火) 06:07:54.17 ID:+9+9Ja0k

二重スリット実験とかで波と同じ模様を描くもんだからしょうがないよね
1個づつ電子を打っても同じ現象が起こる
波と考えるしかない
逆に他の方法で波と同じ現象が起こる事をうまく説明できれば波以外かもしれないよ


74: 名無しのひみつ 2013/02/26(火) 06:27:53.13 ID:a+N9kdKm

こんな天才が日本出身とは。凄すぎる。


77: 名無しのひみつ 2013/02/26(火) 14:10:00.66 ID:iaD8rKIo

ナンブリロン、モリリロンって書くとなんかのキャラみたいね。


78: 名無しのひみつ 2013/02/26(火) 22:23:17.16 ID:5Qqcui1x

南部先生の本見たけどおもしろかったな。
戦後の頃だからまず食料探しが大変だったという。
腹減るのを紛らわすために研究に没頭してたらしい。

あと湯川先生の中間子論と朝永先生の組み込みの理論を高く評価されてた
ような記憶がある。


79: 名無しのひみつ 2013/02/27(水) 00:08:17.43 ID:ScX0TkWl

まだよくわからない
宇宙空間に粒子がある?

重力もエーテルも観測できないのに、波の性質を持つとすると、
説明しやすい?という意味か?
あらゆる質量を持つものが引力を持つとされてるが、
何もない空間を波動として伝わるって事が、どうなってるのか
光も、光子の粒が飛んでるの?なら、そのクラスの粒子で、
エーテルのような粒子が無数に埋め尽くしているのが宇宙空間なのか?
迷惑でスレチなら退散するけど、本当に以前からずっと気になってるんだ


80: 名無しのひみつ 2013/02/27(水) 00:31:48.85 ID:RBZZkLKB

>>79
むしろ人間の方を不思議だと考えた方がいいかもしれないな。

人間だって素粒子が集まってるだけで自然の一部なのに、
どうして時空や素粒子を理解しにくい頭を持つようになるのか


83: 名無しのひみつ 2013/02/27(水) 06:57:04.02 ID:miJ0uCM/

>>79
今の物理では力は近接力だと考えられている
そのため重力などのような遠くの物に働く力は何かが直接触れて動かしていると考えられる
そのため空間には何かが埋め尽くされていると考えると都合がいい
この何かが場と呼ばれる
この場の動きによって力を説明するのが場の理論と呼ばれるモデル

真空には元々何もないと考えられていたが
最近の研究では非常に短時間の間には物質が生まれて消えることが可能だと言うことがわかってきた
これにより真空は何もないのではなく常に物質が生まれたり消えたりして賑やかだと思われる
これが場の役割を果たす考えると近接力が説明できる

ただし生まれたり消えたりする物質は今ま実験で確認されたわけではないしこれからも見つからないのではないかと考えられている


84: 名無しのひみつ 2013/02/27(水) 10:58:57.05 ID:X1+bzcE/

>>83
もう真空はほとんどゆれてない隙間なくびっしり埋め尽くされた糸で
物質は超高密度の振動・波でいいよ

引っ張る力は糸巻き巻き
突っぱねる力は自分に絡まってる糸を吐き出す
光は進行方向の糸を引っ張って食いつぶしながら進む導火線
強い力・弱い力は複雑な動きすぎて短い距離でぶつぶつ糸が切れちゃう根性なし
対生成・対消滅はたるみや引張りの解消
・・・ただ,あるんだかないんだかわからない宇宙の外の話は想像できないけど


87: 名無しのひみつ 2013/02/28(木) 03:09:58.41 ID:QRz6R+lO

>>83
まずは解説レスありがとう
その通りだとすると、場を見つけ制御出来たら、重力を制御出来るんだろうな
で、その場は真空中にあるくらいだから、この地表の1気圧にもあるんだろう
磁力は電流で制御出来るし、リニアモーターのように実用化出来てる
重力は@@で制御出来て、反重力エンジンはそれで実用化出来る可能性があるのかな?

遠心力は人工重力と見なせるけど、反重力や推進力にはならないのは、その場を制御出来てないからか、それとも惜しい所まで行ってるのか?
子供の頃から遠心力は、凄く気になってたのが正直なところ


90: 名無しのひみつ 2013/02/28(木) 08:09:41.73 ID:18B7P5xx

>>87
残念ながら場はあくまで媒質それ自身では何の役目も果たさない
重力の本質は重力源の重さで決まる


81: 名無しのひみつ 2013/02/27(水) 01:48:40.93 ID:OiT3BaO9

理解しなくても生きていけるからに他ならない

不必要な事を抱えてられる程自然界は甘くない
つまり時空を理解しないと淘汰される状況を作れば進化するかもしれない
まあ無難に絶滅すると思いますが


82: 名無しのひみつ 2013/02/27(水) 02:54:11.41 ID:RBZZkLKB

たくさんの惑星に色々な何かが育ったとして、
母恒星の寿命を越えて自分達をつなぐ存在があり得るとしたら
真の物理を理解しにくい頭ではないかもしれない


97: 名無しのひみつ 2013/03/04(月) 01:37:49.17 ID:uiorRVn7

いつも疑問に思ってるんだが、
重力にしろ、距離にしろ、時間にしろ、
観測って電磁相互作用を見てるだけだよね
これって単に人間の脳の限界なのか、原理的にそうなのか
エ◯い人おしえて


104: 名無しのひみつ 2013/03/05(火) 22:41:44.41 ID:nojrluG0

>>97
電磁相互作用しか見れないのにそれ以外の力や性質を想像してるんだから脳の限界というより脳が無限の可能性を秘めているともとれないか?


98: 名無しのひみつ 2013/03/04(月) 02:10:29.61 ID:0MRxtTEZ

前提として、この宇宙は誕生時から光に溢れているから、
生物がそれを上手に利用できるように進化しただけじゃね
別の粒子で溢れてれば、それに適応できるように進化してたかもね


111: 名無しのひみつ 2013/03/08(金) 23:11:29.78 ID:c78cN8vc

南部先生はもし日本に生まれてなかったら
今とは比べ物にならないくらい超ビッグネームになってたんだろうな。
でもオレの中ではずっと昔から超ビッグネーム。



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