第３章 光とともに ナンバー1522

ナンバー1522　2017.01.14　　エーテルもしくは真空の世界
原子の存在は認められていても、まだ原子の中の電子や陽子が発見されていなかった時代に、
ファラディーは空間の中で電気の力や磁気の力が連続的に広がっていて、その力の中心を
物質の中心とみなせば空間と原子の区別をする必要がなくなると考えていました。
彼はこれらの力が存在する空間を幾何学的に表現するために、
電気力線、磁力線という概念を提唱しました。
この力線は物質から空間に渦状の線が糸を引いたように広がっているもので、
この考えに刺激されたトムソンは、物質はエーテル流体の中での渦の中心と
捉えることができるのではないかと考えて、渦原子の理論を提唱しています。
トムソンは空間を満たすエーテルの連続体を想定して、力の伝達は
エーテルの中に存在する渦糸によるものであると推定します。
このファラディーやトムソンの考えをさらに推し進めたのが、マクスウェルでした。
彼はファラディーが言うように、磁場の変化に対して電場が変化するのであれば、
電場の変化に対しても磁場が変化することで、空間の中に電流も生まれるだろう、と考えました。
こうして空間の中に生まれた電流を変位電流と呼び、この変位電流は
エーテル内部にも生まれるだろうと推論します。
こうして空間の中で生まれた電磁変動が、電場と磁場がたがいに
誘導を繰り返して空間に波動として広がっていき、この波動を電磁波と呼びました。
さらに彼は、ファラディーの力線の考えと、トムソンの
渦原子の考えを物理的に表現するために、蜂の巣状の細胞のような
形をしたもので埋め尽くされたエーテルを想定します。
この蜂の巣状の細胞の一つが回転すると、隣り合う蜂の巣状の
細胞もまた回転をして、さらに隣の蜂の巣状の細胞も回転をすると
いうように、連続的に作用することで電磁気現象が起こると考えました。
この考えに沿って電媒質における電場と磁場の変移の速度を計算すると、
光の速度と同じであることがわかりました。マクスウェルはこのような蜂の巣状の
細胞が広がるエーテル空間で起こる電磁気現象を、実数と虚数を合わせた
複素数にしたものを４次元に拡張した方程式であらわしました。
そして量子力学によれば、真空の中で起こる量子の運動状態などを
方程式に表そうとすると、虚数ｉを扱うといいます。
たとえば電子のスピンの状態をあらわすパウリの行列や、
量子のからみあいの状態をあらわすハイゼンベルクの行列力学、
シュレディンガーの波動方程式などはすべて複素数を扱う方程式になります。
ナンバー1523につづく