大型ハドロン衝突型加速器のコンパクト・ミュオン・ソレノイド検出器で見たヒッグス粒子イベント。 この…ある高エネルギー衝突は、常に粒子の形で存在するエネルギー変換の力を示しています。
CERN / CMS Collaboration
エネルギーは、私たちのテクノロジーに富んだ日常生活だけでなく、基礎物理においても非常に大きな役割を担っています。 ガソリンに蓄えられた化学エネルギーは運動エネルギーに変換されて車を走らせ、発電所からの電気エネルギーは光や熱などのエネルギーに変換されて家庭で使われる。 しかし、このエネルギーは、常に独立して存在するシステムの1つの性質としてしか存在しないように思われる。 それは、常にそうでなければならないのだろうか？
「純粋なエネルギーは、おそらく粒子や光子になるごく前の段階なのでしょうか？
基本的なレベルでは、エネルギーは多くの形をとることができます。
標準モデルで知られている粒子。 これらはすべて、…直接発見された基本粒子です。ボゾンの一部を除いて、すべての粒子は質量を持っています。
E. シーゲル
すべてのエネルギーのうち最も単純で最も身近な形態は、質量という観点からです。 アインシュタインの E = mc2 の観点から考えることは通常ありませんが、この宇宙に存在するすべての物理的な物体は、質量のある粒子でできており、単に質量を持つことによって、これらの粒子はエネルギーを持つのです。
水素原子における電子の遷移と、その結果生じる光子の波長…
Wikimedia Commons users Szdori and OrangeDog
最後に、これらの粒子はさまざまな方法で結合し、原子核、原子、分子、細胞、生物、惑星など、より複雑な構造を形成することができます。 このようなエネルギーは結合エネルギーと呼ばれ、実際には負の効果を持ちます。 そのため、星の中心で行われている核融合は、E=mc2によって質量をエネルギーに変換し、多くの光と熱を放出することができるのです。 太陽の45億年の歴史の中で、水素をヘリウムに融合させるだけで、土星とほぼ同じ質量を失っています。
ここに示す太陽は、そのコアで水素をヘリウムに融合させてエネルギーを生み出し、その過程で少量の… 質量を失っています。 その生涯で、このプロセスによって土星ほどの質量を失っています。
NASA / Solar Dynamics Observatory (SDO)
太陽そのものも、光や熱というエネルギーの別の例を与えてくれますが、これはこれまで考えてきたエネルギーの形態とは異なる光子という形でもたらされます。 質量ゼロの粒子、つまり静止エネルギーを持たない粒子も存在し、光子、グルーオン、（仮に）重力子などの粒子はすべて光速で移動します。 しかし、それらは運動エネルギーの形でエネルギーを持ち、グルオンの場合は、原子核や陽子自体の内部の結合エネルギーを担っています。…核は、ウィルゼック、ポリッツァー、グロスのノーベル賞に値するものでした。
ウィキメディア・コモンズユーザー Qashqaiilove
ここで手にしている根本的な問題は、エネルギー自体がこれらの粒子のどれからも独立して存在できるのかどうかということです。 何十年もの間、私たちは連星中性子星の軌道を観察してきました。2つの崩壊した恒星の残骸が互いの周りを回っているのです。 片方の星が非常に規則的なパルスを送るパルサー・タイミングの測定により、これらの軌道が崩壊し、互いに螺旋状に入り込んでいることを検出することができたのです。 結合エネルギーが上がるにつれて、何らかのエネルギーが放射されているはずです。
2つの中性子星が互いに周回するとき、アインシュタインの一般相対性理論では軌道が崩壊し、重力放射が放出されることが予測されています。
NASA (L), Max Planck Institute for Radio Astronomy / Michael Kramer
これを説明するには、何らかの重力放射がある場合、つまり重力波が必要な場合です。 2015年9月14日の出来事から、LIGOから初めて検出されたブラックホール同士の合体は、これを証明することになる。 この日、2つのブラックホールが螺旋状に合体し、その合体から出る重力波が直接検出されたのです。 元のブラックホールは36太陽質量と29太陽質量で、最終的な合体後の質量は62太陽質量だった
2015年9月14日のブラックホール合体のバイタルスタッツ。 マージから失われた3つの太陽…質量があることに注意してください、しかしそのエネルギーは重力放射の形で生き残ります。
B. P. Abbott et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration)
Those missing three solar masses? それらは重力波の形で放出され、検出した波の大きさは、結局、保存に必要な量を補うのにちょうど必要な量だったのです。 アインシュタインのE = mc2、そしてエネルギーが何らかの粒子や物理現象の一部として運ばれていることが、改めて確認されました。
これまでに直接観測された最初のブラックホール対のインスパイラルと合体
B. P. Abbott et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration)
エネルギーには様々な形態があって、その中には基本的に同じ形態のものもあるのですが、今回は、そのようなエネルギーがどのような形で出てくるのか？ 粒子の静止質量エネルギーは時間とともに変化せず、実際、粒子から粒子へと変化することはない。 これは、宇宙のあらゆるものに内在するエネルギーの一種そのものです。 しかし、他のすべてのエネルギーは相対的なものです。 励起状態にある原子は基底状態にある原子よりも大きなエネルギーを持ちますが、これは結合エネルギーの差によるものです。 では、より低エネルギーの状態に移行したい場合はどうすればよいのでしょうか？ そのためには、エネルギーを節約しなければなりません。そのエネルギーは、たとえ質量のない粒子であっても、運ぶ必要があるのです。 ガンマ線バーストからの2つの光子に関するフェルミのデータでは、移動の遅れを示すことができず、光の速度がエネルギーを超えて一定であることを示しています。
NASA/Sonoma State University/Aurore Simonnet
おそらくこのことの奇妙さは、光子エネルギー、あるいはあらゆる形態の運動エネルギー（すなわち、運動のエネルギー）がその値を基本ではなく、観測者の運動によって左右されていることでしょう。 光子に近づけば、そのエネルギーは大きく見え（波長が青くシフトし）、遠ざかればエネルギーは小さくなり、赤方偏移したように見えるのです。 エネルギーは相対的なものですが、面白いのは、どの観測者にとっても、常にエネルギーが保存されていることです。 どんな相互作用があっても、エネルギーはそれ自体で存在することはなく、質量があってもなくても、粒子のシステムの一部としてのみ存在すると見られる。
エネルギーはある形から別の形に変換でき、静止質量エネルギーから純粋に運動エネルギーにさえ変換できる。…エネルギーですが、それは常に粒子の形で存在します
Andrew Deniszczyc, 2017
しかしながら、粒子を全く必要としないかもしれないエネルギーの一つの形態があります：ダークエネルギーです。 宇宙の膨張を加速させるエネルギーの形態は、宇宙の構造自体に内在するエネルギーである可能性が非常に高いのです! このダークエネルギーの解釈は自己矛盾がなく、私たちが見ている遠くの銀河やクエーサーの観測と正確に一致します。 しかし、唯一の問題は このエネルギーは、私たちが知る限り、粒子の生成や破壊に利用することも、他のエネルギーと相互変換することもできないのです。
ダークエネルギーがなければ、宇宙は加速していないでしょう。
NASA & ESA, of possible models of the expanding Universe
So the full answer to the question of pure energy exists is:
- For all of the particles that exists, massive and massless, energy is only one property of them, and cannot exist independently.Why did you are the pure energy?
- 重力崩壊など、系でエネルギーが失われるように見えるすべての状況に対して、そのエネルギーを運ぶ何らかの形の放射が存在し、エネルギーは保存されたままである。
- そして、そのダークエネルギー自体は、粒子から独立して存在する最も純粋なエネルギーの形かもしれませんが、宇宙の膨張以外の効果に関しては、そのエネルギーは宇宙の他のすべてにアクセスすることができません。 粒子とは無関係にエネルギーを作り出す？ それは宇宙そのものが行うことかもしれませんが、時空そのものを作り出す（あるいは破壊する）方法を学ぶまでは、それを実現することができないことに気がつきます。