エキゾチック物質

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エキゾチック物質(エキゾチックぶっしつ、exotic matter)は、通常の物質からいくぶん逸脱した“エキゾチックな”性質を持つ物質である。

概要[編集]

物理学におけるエキゾチック物質と言う用語には、以下のようにいくつかの用法がある。

負の質量[編集]

負の質量は、加えられたと反対の方向に加速されるなど、いくつかの奇妙な性質を示す。例えば、負の慣性質量と正の電荷を持つ物体は、負の電荷を持つ物体から遠ざかる方向に、正の電荷を持つ物体に近づく方向に加速される。これは、同じ電荷の物体は反発し合い、異なる電荷の物体は引きつけ合う通常の規則と反対である。この運動から、いくつかの奇妙な結論が導かれる。例えば、正質量の粒子と負質量の粒子の混合気体は、正質量の成分は、温度が際限なく上昇し続ける。しかし、負の質量の成分は同じ割合で温度が下がり続けるので、やはりバランスは保たれる。負の質量を持つ物質は、一つ以上のエネルギー条件を破りうる。

常識的な方法や“通常の”物質の期待される振る舞いを完全に対立するにも拘らず、負の質量は数学的に完全に無矛盾であり、物理的に運動量保存則エネルギー保存則の破れを引き起こさない。この概念は、ワームホール理論などの思考実験的な理論に用いられる。この種のエキゾチック物質でよく知られているものとして、カシミール効果によって作成された仮想の負の圧力密度場がある。

虚質量[編集]

静止質量を持つ仮説上の粒子は、常に光速よりも早く運動する。そのような粒子はタキオンと呼ばれる。タキオンの存在は確証されていない。

E = \frac{mc^2}{\sqrt{1 - v^2/c^2}}

上式の全エネルギー実数でなくてはならないため、静止質量が虚数であるなら、分母は虚数でなくてはならない。それゆえ、平方根の中の値は負でなくてはならない。これは、vcより大きいときのみ可能である。グレゴリー・ベンフォードによって指摘されたように、タキオンが存在するなら過去に遡って通信ができることが、特殊相対性理論によって導かれる[1]タキオン反電話を参照)。 場の理論においては虚質量は不安定な真空を意味するため、タキオンは存在しない、もしくは不安定すぎて観測できないと現在では考えられている[2]。(関連:タキオン凝縮

その他のエキゾチック物質[編集]

エキゾチック物質は、単に作るのが難しかったり(金属水素ボース=アインシュタイン凝縮物)、変わった特性を持つ物質(フラーレンカーボンナノチューブ)を表すのにも用いられる。また、何らかの異種原子から成る物質や異種ハドロンを指すこともある。さらに、暗黒物質のように、その正体が明確に解明されていない物質にも使われる。

脚注[編集]

  1. ^ G. A. Benford, D. L. Book, and W. A. Newcomb (1970). “The Tachyonic Antitelephone”. Physical Review D 2: 263. doi:10.1103/PhysRevD.2.263. 
  2. ^ Peskin, Michael E.; and Schroeder, Daniel V. (1995) An Introduction to Quantum Field Theory, Perseus books publishing.

関連項目[編集]