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 素粒子は粒子なのか。

素粒子は粒子として表象できるのか。

 

見えないものについてそれが何かを知ることができるのか。

見えないものを見えるものとして表象できるのか。

見えないものを表象するとはどのようなことか。

 

4 自己同一性をもたない「粒子」は存在できる

 私たちが普通に知っているものは自己同一性をもっている。どんなAについても、A=Aである。では、自己同一性をもたないものはあるのか。その例について、実は私たちは既に知っているのである。昔ビルの壁に電光ニュースがあった。それは大きな板の上一面にたくさんの電球をギッシリと取付けた仕掛けである。その上をニュースの文字が電燈の点滅によって流れていく。文字のような複雑なものは考えないで、この電球の一つを、例えば100ワットの電球で光らせよう。次にそれを消して、ただちにその隣の電球を100ワットで点けよう。次に、これを消し、また隣の電球を100ワットで点けよう…これを次々に行うと、明るさを変えない100ワットの光点が次々と板の上を動いていく。そのありさまは一定の性質をもった一つの粒子が板の上を動いていくのと全く同じにみえる。同様のことを二つの電球を点けて行うことができる。その時には、二つの光点が次々と板の上を動いていく。光点は一つあることも、二つあることもあるが、その数を数えることができる。この意味で光点は粒子に似た性質をもっている。二つの光点が次第に近づき、重なり合う時には、その電球を200ワットで光らせるようしておこう。そうすれば、それは、その場所に同時に、二つの粒子がやってきたのだと解釈することができる。この光点は数えられるという意味で粒子に似ているが、明らかにこの光点の各々に名前をつけて区別することはできない。

 さて、素粒子論において電光板の役目をするのは場である。素粒子は電光ニュースに現れる光点のように、場に起こる状態の変化として現われるものである。この状態の変化を支配する法則は場の方程式と言われ、数学的に表現される空間のなかには様々な場が存在していて、それぞれの場にはそれぞれ異なった素粒子が現われる。電磁場の現れとしては光子が、ディラックの場の現れとしては電子が、また湯川場の現われとしては中間子が現われるのである。

 

5 素粒子が空間のどの点にあるかということは定めることができる

 以上述べたように、素粒子は普通の粒子とは違うが、似た性質ももっている。その一つは、素粒子が空間のどこの点にあるか、ということを決めることである。したがって、素粒子がこれこれの点にあるということは意味をもっている。実際、私たちは素粒子の位置を定める実験ができる。前に蛍光板の実験の話をしたが、その実験では板の広い範囲が一面に光ることは決してなく、いつでも板のどこかの一点が光るのだった。板のどこかが光ったということは、その時に電子がそこにあったことを意味する。このように素粒子は空間内の一点にその位置を定めることができるという点で、粒子に似ている。

 

6 素粒子のもつ運動量とエネルギーの値は定めることができる

 もう一つ素粒子が粒子と似ているのは、その一つ一つがエネルギーや運動量の担い手になっているということである。実際、例えば紫色の光の光子一個は、0.0000000000052エルグのエネルギーと0.00000000000000000000017グラム・センチメーター/秒の運動量をもっている。光電効果のときにはこのエネルギーが電子に伝えられるので、これだけのエネルギーをもって電子が飛び出してくる。さらに電子の場合には、一つ一つが電荷0.00000000048静電単位と、質量0.00000000000000000000000000098グラムをもっている。これらの質量や、電荷やエネルギーの運動量は不可分のものであって、 その半分や1/3の電荷や質量をもった電子とか、その半分の紫の光子などは決して見つけられたためしがない。この意味で素粒子は不可分の粒子である。

 

7 素粒子はその位置と運動量とを二つ同時に定めることができない

 以上のような点で、素粒子は粒子に似ているが、ここに粒子と全く異なる点がある。素粒子についてその位置を定めることができ、あるいはその運動量を定めることもできるにかかわらず、一つの素粒子についてその位置がこれこれであり、かつ運動量がこれこれである、ということを同時に定めることはできない。すなわち、素粒子とは、粒子と異なって、空間のどこそこにあるという文と、運動量が何らかの値をもっているという文とを「かつ」という接続詞で結びつけたような文の主語になれるようなものではないのである。簡単にいえば、素粒子とは位置と運動量を同時にもつことのできないものなのである。前に素粒子は色をもつことができない、したがって、素粒子は、その色がこれこれであるという文の主語にはなれないといったが、ここでは事情がもっと複雑になる。なぜなら、素粒子とは、その位置がこれこれであるという文の主語にはなれるし、またその運動量がこれこれであるという文の主語にもなれるが、この二つの文を「かつ」という接続詞で結合させた文の主語にはなれないようなものである、というのである。くどいようだが、「この素粒子は位置Xをもつ」と「この素粒子は運動量Yをもつ」とはそれぞれ主張できるが、「この素粒子は同時に位置Xと運動量Yをもつ」とは言えないということである。

 

8 素粒子は運動の道筋(軌跡)をもつことは出来ない

 電子や光子その他の素粒子がその位置と運動量とを同時にもつことができないということから帰結する結論の一つとして、素粒子には運動の道筋(軌跡)がないことになる。これは通常の粒子と電子や光子とが全く似ていない点である。ボールも太陽も運動すれば、その軌跡や軌道があるが、電子や光子にはないのである。このことはまた、電子や光子が電光ニュースの光点とも似ていないことを意味する。実をいうと 運動の道筋を性質としてもたないものは素粒子ばかりでなく、複合的な粒子である原子核や原子もそうである。こういうものをわれわれは量子的な粒子と呼ぼう。これらのものは運動の道筋をもっていないのであるから、その行動を通常の力学で表現することができない。なぜなら、力学はまさに運動の道筋に関する理論だからである。こういう量子的な粒子の行動を律する理論は量子力学と呼ばれる。量子的な粒子については、その位置がしかじかで、かつ運動量がこれこれということができない、と言ったが、実際にその位置と運動量とを一緒に決める方法を私たちは知らない。