物理学者は、すべての物質がエネルギーの断片で構成されている可能性があることを示唆しています

問題は宇宙を構成するものですが、問題を構成するものは何ですか？長い間、この質問は、それについて考えた人々、特に物理学者にとっては困難でした。

物理学の最新の傾向を反映して、私の同僚のジェフリー・アイシェンと私は、問題についての新たな考え方を説明しました。長い間考えられていたように、物質は粒子や波で構成されていないと仮定しますが、より基本的には、物質はエネルギーの断片で構成されています。

5対1

古代ギリシャ人は、土、水、空気、火、エーテルの5つの構成要素を下から上に発明しました。エーテルは、天を満たし、地球の視点から見た星の回転を説明する問題でした。

これらは、世界を構築するための最初の非常に基本的な要素でした。物理的要素に関する彼らの考えは、ほぼ2000年の間根本的に変化しませんでした。

そして、約300年前、アイザック・ニュートンは、すべての物質は粒子と呼ばれる点に存在するという考えを導入しました。 150年後、ジェームズクラークマクスウェルは電磁波を導入しました。これは、基礎となる、しばしば目に見えない形の磁気、電気、光です。

粒子は力学の構成要素として機能し、電磁気学の波として機能しました。聴衆は粒子と波を2つの構成要素として決定しました。一緒になって、粒子と波はあらゆる種類の物質の構成要素になりました。

これは古代ギリシャ人の5つの要素を大幅に改善したものでしたが、それでも不完全でした。ダブルスリット実験として知られる有名な一連の実験では、光は粒子として機能することもあれば、波として機能することもあります。波と粒子の理論と数学により、科学者は宇宙について信じられないほど正確な予測を行うことができますが、ルールは最大および最小のスケールで破られています。

アインシュタインは、彼の一般的な相対性理論の治療法を提案しました。アインシュタインは、当時彼が利用できた数学的ツールを使用して、特定の物理的現象をよりよく説明し、慣性と重力の長年のパラドックスを解決することができました。

しかし、彼は粒子や波を改善する代わりに、空間と時間の湾曲を提案することによってそれらを排除しました。

新しい数学ツールを使用して、同僚と私は宇宙を正確に説明できる新しい理論を示しました。空間と時間の曲率に基づいて理論を立てる代わりに、粒子と波よりも基本的な構成要素が存在する可能性があると考えました。

科学者は、粒子と波が存在の反対であることを理解しています。粒子はある点に存在する物質の源であり、波はそれらを作成する点を除いてどこにでも存在します。

私の同僚と私は、彼らの間に深いつながりがあることは論理的だと思いました。

エネルギーの流れと断片

私たちの理論は、エネルギーが常に空間と時間の領域を「流れる」という新しい基本的な考え方から始まります。

エネルギーが、空間と時間の領域を満たし、その領域に出入りし、開始も終了も、交差もしない線で構成されていると想像してください。

流れるエネルギーラインの宇宙のアイデアに基づいて、私たちは流れるエネルギーのための単一のビルディングブロックを探していました。そのようなものを見つけて定義できれば、それを使って宇宙を最大および最小のスケールで正確に予測できることを望んでいました。

数学的に選択できるビルディングブロックはたくさんありましたが、粒子と波の両方の特性を備えたものを探していました。粒子のように集中し、波のように空間と時間で伝播しました。

この質問への答えは、エネルギーの集中のように見えるビルディングブロックでした-星のように-中心に最大のエネルギーがあり、中心から離れるにつれて減少します。

驚いたことに、現在のエネルギーの集中を説明する方法は限られていることがわかりました。これらのうち、フローの数学的な定義に従って機能するものは1つだけでした。

私たちはそれをエネルギーの断片と呼びました。数学と物理学のファンの場合、A =-⍺/ rとして定義されます。ここで、⍺は強度、rは距離の関数です。

次に、エネルギーの一部を問題の構成要素として使用して、物理的な問題を解決するために必要な数学を構築しました。最後のステップはそれをチェックすることでした。

アインシュタインに戻って多様性を追加

100年以上前、アインシュタインは、一般的な相対性を検証するために、物理学における2つの伝説的な問題に目を向けました。それは、水星の軌道のごくわずかな年間変位（または先行）と、太陽を通過するときの光の小さな湾曲です。

これらの問題は、サイズスペクトルの2つの極端なものでした。波も粒子の物質理論もそれらを解決することはできませんでしたが、一般的な相対性は解決しました。

一般的な相対性は、水星の軌道がシフトするように空間と時間を湾曲させ、光は天文観測で観察される量だけ正確に湾曲しました。

私たちの新しい理論が粒子と波をおそらくより基本的な部分に置き換える機会があれば、私たちの理論でこれらの問題を解決することもできます。

マーキュリーの進行の問題については、太陽を巨大な静止したエネルギーの塊としてモデル化し、マーキュリーを小さいがまだ巨大でゆっくりと動くエネルギーの塊としてモデル化しました。

光を曲げる問題については、太陽は同じ方法でモデル化されましたが、光子は光の速度で移動する小さなエネルギー片としてモデル化されました。

どちらの問題でも、移動するフラグメントの軌道を計算し、一般的な相対性の予測と同じ答えを得ました。圧倒されました。

最初の作業では、新しいビルディングブロックがボディを最大から最小まで正確にモデル化する方法を示しました。粒子と波が崩壊する場所では、エネルギーの構成要素の一部が堅固なままです。

フラグメントは、現実を数学的にモデル化できる唯一の潜在的に普遍的な構成要素である可能性があり、人々が宇宙の構成要素についてどのように考えるかを更新します。

ラリー・M・シルバーバーグ、ノースカロライナ州立大学の機械および航空宇宙工学の教授。

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