新・サワラちゃんの宇宙・素粒子物理学入門-011

 

サワラちゃん

                                                  

　　　　　　　　　            新・サワラちゃんの 

叔父さん、叔母さんの 
宇宙・素粒子　物理学入門

 

                                          011

 

 

 今までは晴れの日が続くことが多かったのですが、最近は一転して曇りがちの日が続くようになりました。シベリアからの季節風の影響でしょうか。

 

このブログのキャスターは上のいつもの＜サワラちゃん＞というアメリカンショートヘヤーの猫ちゃんが勤めています。11/26はサワラちゃんの２歳の誕生日です。サワラちゃんの飼い主は今北海道の恵庭市に実際に住んでおられますし、もちろんサワラちゃんも実在の猫ちゃんで、飼い主と一緒に住んで居ります。

 

 

 

 

　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　おめでとう！

 

 

　　 

 

 

 

　　　　　　　　　　　　　　量子物理学入門

 

究極の物質構造を求めて・・・ミクロ物質-002

 

　先回は物質の究極の構造について、原子、原子核、素粒子について外観的に簡略化して書いてみました。実際の学問はこれらを誠に詳細に厳密に数学というツールを縦横無尽に使いこなして、究明されております。これから時間をかけて出来るだけ数学式を使わないで、この分野を説明していきたいと思います。

 

先回、文中で「彦坂　忠義の世界に先駆けて原子核の殻模型を提唱し、原発の可能性まで言及しましたが、ニールス・ボーアはこれを当初否定しました」と有りましたが、すこし紛らわしい表現になっておりましたので、いま少し詳しく書いてみましょう。

 

内容的には間違いはないのですが、文章の中に「原子模型」と「原子核模型」の両方が混在したような表現になっておりましたので、取り様によっては間違いが出ますので、分離して書いてみましょう。

 

　　　　　　　　　　　　　　　　　ラザホードの原子模型

 

 

 

殻模型の概念図

 

 

 

 

　ラザフォードの図は原子模型を表し、彦坂忠義の殻模型は原子核模型を表しております。まったく違いますので勘違いのないように。

 

原子はー１０＾８ｃｍ、原子核は更に小さくー１０＾１３ｃｍサイズです。原子のスケールの約１０万分の１程度の大きさです。　１９３２年の中性子が発見され、１９３５年に湯川秀樹によって中間子が発見されました。　

 

原子は原子核＋電子、原子核は陽子＋中性子で構成されております。　当初、原子核内部の陽子と中性子の状態について、原子における電子の殻状軌道の類推から、原子核の内部もこれと同じような殻状の軌道を持っているのではないかと考えられてきました。

 

1934年彦坂忠義は更に詳しく検討し、独自の理論を作って系統的に原子核の構造を調べました。同じころアメリカのＥｌｓａｓｓｅｒも同じような試みをしていました。

 

彦坂理論では原子核内部の中性子の持つエネルギー、原子核の安定領域、原子核の磁気的な性質などが、当時推定されていた実験データーを綺麗に説明することが出来ました。

 

 

しかし、当時は・・・陽子と中性子の間には核力＜強い力＞があるので、殻状軌道が潰れてしまう・・・と言う様に考えられており、結果的に彦坂理論は受け入れられませんでした。その結果、アメリカでの物理学会誌への投稿を止め、ドイツ語に書き直し、東北大学の理科報告に発表したのでした。

 

 

 

 

 

 

１９３６年にニールス・ボーアが「液滴模型」を提唱し、この模型が原子核のエネルギー、核分裂、中性子散乱の共鳴などの説明に成功を収めると、彦坂の殻模型は完全に旗色が悪くなりました。しかしながら、1949年になってメイヤー＆イエンセンによって彦坂理論が正しいことが証明されました。

 

1937年のニールス・ボーアが来日し、この際彦坂理論を否定し、あまつさえ、湯川の中間子論まで否定したのでした。しかしながらそれは表面的なことで、実際はボーアは内心は自らの誤りを認め、さらに研究を続けたのでした。

 

この経緯から急速に原爆の開発の可能性が高まり、アメリカはマンハッタン計画へ、日本はこれを即、情報機関から傍受して、原爆開発計画に突入していくのです。時期的にはほぼ同時でした。

 

　以上のことが先回の短い文章の内容です。ボーアはその後ノーベル賞を受賞し、メイヤー＆イエンセンも1963年にノーベル賞を受賞しました。しかしながら、当の本人の彦坂忠義は完全に無視され今に至っております。これには政治的なあるいはもっと異なった問題が絡んでいたようです。真実のところはわかりません。

 

恐らく「核分裂、原子力エネルギー」に関わることで、意図的に蚊帳の外に置かれたようです。真実は歴史の闇の中に消えていきました。

 

1934年・・・原子核の殻模型の提唱・・・東北帝国大学副手

1944年・・・原子炉の彦坂模型の提案

1945年・・・旅順工科大学教授（関東軍の重要な支配地域で軍港）

 

この一連の流れの中に、真実は隠されていることでしょう。皆さんもいろいろ空想を交えて推理してみてください。

 

これからは「核力」について書いてから、さらに「核分裂反応」について書いてみたいと思います。

 

 

 

 

 究極の物質構造を求めて・物質間に働く力-001

 

 

 現在物質間に働く力は４種類考えられています。

 

1-　重力（万有引力）　　2-　クーロン力　　3-　強い力　　4-　弱い力

 

A-マクロに展開する力 

 

「1」・・重力

　重力は別名・万有引力といいますが、質量を持つ物質間に働く力で無限の間隔にもその力が及びます。　ところで、重力と引力は同じなのでしょうか？

 

　　重力＝地球上の物体に対して働く地球の万有引力と地球自転による遠心力との合力・・・・宇宙空間では・・・重力＝万有引力

 

　　引力=物質間に働く引き合う力の総称で、電磁力、重力、核力などがあります。この逆の力が斥力です。　（＋）と（－）は引力、（＋）と（＋）、（－）と（－）には斥力が働きます。

 

「2」・・　クローン力・・クローンの法則

　

　２つの荷電粒子間に働く力（クローン力）は電荷の積に比例し、距離の二乗に反比例する。電磁気学の基本法則です。

 

 

 

 

 

 

B-ミクロに展開する力

 

「1」・・強い力

　

 強い力は「核子」を結びつける力（核力）で、原子核内部で働く。陽子と中性子を結びつける働きがあります。

 

「２」・・弱い力

 

　弱い力は中性子が陽子と電子に転換するような場合に働き、素粒子を別の素粒子に転換したり、崩壊させたりする作用があります。

 

強い、弱いの比較はクローン力に対しての相対的な表現です。いずれも一兆分の１ｃｍ以下の世界でしか働かないのです。

 

次回は物質間に働く力-002

 

 

 

　　　　　　　　　

　　　　　　姉妹ブログ

　　　　茜ちゃんのつれづれ草＞

　　　　http://blog.goo.ne.jp/

      　日本の伝統芸術と芸能  

　　　　http://blog.goo.ne.jp/nippondentougeinou /

        茜ちゃんの「白洲正子著作集・読書日記」

         http://shirasumasako.blog.fc2.com/

        新・瘋癲老人日記　

        http://akanechan.at.webry.info/

新・サワラちゃんの宇宙・素粒子物理学入門-010

 

サワラちゃん

                                                  

　　　　　　　　　            新・サワラちゃんの 

叔父さん、叔母さんの 
宇宙・素粒子　物理学入門

 

                                          010

 

 

　いよいよ師走が目の前に見えてきました。地方議会議員選挙、国政選挙が目白押しの騒がしくもある年の瀬が迫ってきました。ここ西南諸島も次第に涼しさを増してきています。雪の降る真冬はないので、後は涼しさが増す程度でしょうか。

 

畑に出ますと蚊が未だに寄ってきて、恨めしそうな鳴き音を響かせています。ホンの短い一生を吸血のみに専念するメスの蚊を見る時、彼らの生態を哀れに思うのは私だけでしょうか。勿論、彼女らはつゆとも自覚はしてはいないでしょうが。

 

「日本最東端の島」守る　南鳥島の海自部隊公開　大量のレアアース存在可能性」・・・産経ニュース

 

　　　　　　　　　　　　　南鳥島・基地内（産経より掲載）

 

　南鳥島は東京から直線距離で約１８６０キロ、面積約１・５平方キロ。年間平均気温は約２５度だそうです。周囲には島がなく、隣の島は米国のミッドウエー島。戦時中は旧日本軍の守備隊が駐屯していた、日本最東端の島嶼です。戦後は気象関係の基地であり、 海上自衛隊や気象庁の庁舎がある通りは常夏の雰囲気が漂うそうですが、筆者の住まいする奄美群島と似通った気候でも有るようです。

　　　　　　　　　　　　南鳥島

 

 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｗｉｋｉより掲載

 

南鳥島周辺の海底には大量のレアアース（希土類）が存在する可能性が指摘され、調査の結果採算性のある鉱床でもあることがわかりました。中国から大半のレアアースを輸入し、度々政治問題の中で利用される事があった資源ですが、現在、インドなどに輸入の拠点を移している日本にとって、朗報と云わなければならないでしょう。

 

　　　　　　　　　　　　　　　量子物理学入門

 

　先回は２０世紀の物理学の２本柱である＜量子物理学＞と＜相対性理論＞について書いてみました。筆者が子供の頃（中学生）ガモフの物理学関係の書籍が人気を呼んだ時期がありました。「不思議の国のトムキンス」のシリーズです。この本は見かけは簡単そうですが、子供にはとても正確な理解は無理なのですが、＜トンネル効果＞や＜光速度と時間＞についての記述が有ったのを記憶しています。

 

　　　　　　　　　　　　　　ジョージ・ガモフ・（George Gamow）

 

 

 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｗｉｋｉより掲載　

彼の提唱したα-β-γ理論を元にして「火の玉宇宙」というアイディアを発表し、ジョルジュ・ルメートルの提唱したビッグバン宇宙論を支持。宇宙背景放射の存在を予言し、その後計測の結果絶対温度Ｋ２．７度が測定されました。

 

　　　　　　 究極の物質構造を求めて・・・ミクロ物質

 

２０世紀の初頭になって電子・原子・原子核・分子・金属結晶といったミクロの世界の現象を探り、その原因を探り、その物質構造を各々と関係させて整理する事が物理学の主題となりました。

 

Ａ-　電子の発見（陰極線の正体）　　Ｂ-Ｘ線の放射　　　Ｃ-プランクの量子論から光電効果の説明（アインシュタイン）　Ｄ-分子の存在とその熱運動によるブラウン運動の説明（アインシュタイン）・・・などが有ります。

 

これらの積み重ねの中から 

 

1-　原子の構造があることが判明した。

2-　原子核に構造があることが判明した。

3-　素粒子の存在。

 

というように物質の究極の構造の解明に向けて、物理学という学問がひた走って行くのです。その過程で核分裂反応の発見があり、遂には原子爆弾、原発といった21世紀にも大きな影響を残す発見に繋がって行きます。

 

Ａ-　原子の構造

　原子スペクトルから原子に構造があることが明確になりました。トムソン模型・・長岡模型・・ラザフォード模型・・ニールスボーアの原子構造論に至ります。

 

*　このことに関してはこのブログで一度ご紹介しております。

 

　ラザフォード模型・・ニールスボーアの原子構造論の中間的な時期に日本の東北大学の研究者彦坂　忠義が世界に先駆けて原子核の殻模型を提唱し、原発の可能性まで言及しましたが、ニールス・ボーアはこれを当初否定しました。その後秘かにこれを認め、研究を重ねそれが原爆の開発に積極的に繋がって行きます。日本においてもこの事実を知り、アメリカのマンハッタン計画に先んじるような形で原爆開発研究になだれ込んで行きます。

 

　　　　　　　　　　　アーネスト・ラザフォード・Ernest Rutherford

 

 

 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｗｉｋｉより掲載

 

原子が分割不能の究極の物質ではなく。内部構造を持つ事がわかりました。ラザフォードがＨｅの原子核であるα線を原子に照射して、その中心にサイズは小さいが原子の質量の大半を持つプラス電荷の原子核が存在し、その周辺をマイナス電荷の電子が確率的に存在する事が解ったのです。（以前、このブログでも詳細に書いてみました）

 

原子核模型のいろいろ

 

　　　Ze (陽子数）　-e　（電子）

 

　

 

　　　　　　トムソンの原子模型　　　　　　　　長岡半太郎の原子模型

　　　

 

 

　　　　　　　　　　　　　　　　ラザホードの原子模型

 

 

 

 

 

 Ｂ-　原子核に構造がある

 

では、原子核は物質の究極物質なのでしょうか。原子核を調べる事により同位元素、放射性同位元素が存在する事が解り、そのことから原子核に内部構造がわかってきました。その結果、原子核＝陽子＋中性子という核子が結合されたものである事がわかりました。　そして、核子は核力で結び付けられている事がわかりました。

 

*　同位元素・・同じ電荷を持つが質量が異なる。

　　放射性同位元素・・・放射線を出して別の原子核に変わっていく。

 

C- 素粒子の存在

 

しかし、原子、原子核まで究明されても、核子の仲間らしいが奇妙な振る舞いをする素粒子（Λ粒子、Σ粒子、様々な中間子）が続々発見され、電子の散乱を通じて核子にも構造があることが解りました。・・・・1950年代

 

その後、ゲルマンが基本粒子とすべきなのは、「クオーク」と呼ばれる根源の素粒子であると主張したのです。先回ノーベル物理学賞を受賞された「小林-益川模型」と呼ばれる六種類のクオーク・モデルが提唱されました。

 

クオーク・・・

　　*　第一世代　-　アップ、ダウン

　　*　第二世代　-　チャーム、ストレンジ

　　*　第三世代　-　トップ、ボトム

 

　陽子の内部構造　u＝　アップＸ２　d＝　ダウン

　　　

 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｗｉｋｉより掲載

 

 

Ｅ-　クオークとレプトン

 

1- クオーク

　クオークには内部構造があるかどうか？　現在は確定されておりません。クオークは単独で取り出せない事がそのネックとなっております。

 

クオーク相互の間には不思議な力が働いており、近づくと弱くなり、遠ざかると強くなるという奇妙な性質がある。このことからクオークをバラバラに切り離すことが出来ず、クオークがより基本的な物質から出来ているかは結論が出ていません。

 

しかし、このブログでも既に紹介しております「超弦理論」によりますと、より究極な超弦・スーパーストリングス（一次元のばねの様な形状）というものから、構成されているものと予想をされておりますが、あくまでも理論的予想の範囲で、実際に確認されておりません。

 

「超弦理論」は小川・益川のノーベル賞受賞者の師匠であり、同時物理学賞を受賞された、南部　陽一郎博士が先鞭を付けていた理論でもあり、全世界の大学・研究所でも研究されております。

 

 

　　益川教授　　　　　　　　　　　　　　　　　小林教授　　　

　　　　

 

 　　Ｗｉｋｉより掲載

 

2-　レプトン

　電子はもはや内部構造がないとされております。この他に 電子ニュートリノ、ミューニュートリノ、ミュー粒子、タウ粒子、タウニュートリノの合計6種類で構成されております。　

 

　*　電子

　*　ミュー粒子、タウ粒子

　*　ニュートリノ・・・電子ニュートリノ、ミューニュートリノ、タウニュートリノ

 

 そしてこれらには反粒子が存在します。有名な反陽子は電子の反粒子です。

 

 以上のことからクオーク6種類とレプトン6種類の対応関係が考えられます。

この関係を「小林-益川の標準理論」といいます。

 

以上で、物質のミクロの世界を概観的に見てきました。

 

次回は「物質間に働く力」に入りたいと思います。＜インフレーション＞は今回もお休みします。

 

　　　　　　　　　　　　　　姉妹ブログ

　　　　茜ちゃんのつれづれ草＞

　　　　http://blog.goo.ne.jp/

      　日本の伝統芸術と芸能  

　　　　http://blog.goo.ne.jp/nippondentougeinou /

        茜ちゃんの「白洲正子著作集・読書日記」

         http://shirasumasako.blog.fc2.com/

        新・瘋癲老人日記　

        http://akanechan.at.webry.info/

新・サワラちゃんの宇宙・素粒子物理学入門-009

サワラちゃん

                                                  

　　　　　　　　　            新・サワラちゃんの 

叔父さん、叔母さんの 
宇宙・素粒子　物理学入門

 

                                          009

 

 

 

 

 

 だんだん朝晩が涼しくなり、九州の高い山では初雪が例年よりも早く有ったとか。今年は冬が早いのでしょうか。ある学者の方が地球の温暖化現象は既に過去の話で、太陽の活動の低下、地球の北半球の偏西風の動きが変化していることによる現象だとしています。

 

地磁気が2極から４極になっているのは、事実のようです。これにより地球の気候がかなり大きな影響を受けているのかもしれません。相手がスケールの大きい対象だけに様々な予想が出てきます。

 

地球を破壊できるような核兵器を持つようになった現在でも、この前のアメリカのハリケーン一つ制御は出来ないのが現実です。余りにも巨大すぎるパワーを持っているからに他なりません。人間は宇宙の持つ自然現象には、まだまだ太刀打ち出来ないのが現実でしょう。

 

 

 

　　　　　　　　　　　　　　　　量子物理学入門

 

 

 

 

 

　先回は量子物理学の微妙な用語の違いについて書いてみました。揺らぎ（fluctuation)について、最後に書きました。もう少し丁寧に述べると・・・

 

　物質はミクロの粒子が元になって出来ていますから、私たちが日常的に見るマクロの現象でも、本当は量子力学が基礎にあるはずで、測定の精度を非常に上げれば、古典物理学の法則からズレが見えてきます。

 

例えば、電流の強さは電圧に比例し抵抗に反比例する・・・

オームの法則・・・・Ｉ＝Ｖ/Ｒ　・・・は電流の強さが単位時間に10＾20個程度以上の単位電荷（電子）の流れであるような場合に成り立ちます。

 

ミクロ電流の場合は平均値に対する法則であるオームの法則からのズレである揺らぎ（fluctuation)が顕著になります。（星崎憲夫・基幹物理学より）

 

如何でしょうか。・・・それでもまだピンとこなくても結構ですよ。

 

*　基幹物理学・・高校生の初学年の数学レベルから始まって、古典物理学、量子物理学（場の量子論まで）を学ぶことが出来る良書。しかし、簡単というわけではなく、段階的に大卒（一般教養）まで連れて行ってくれます。1145ｐの大判の大書です。・・・てらぺいあ（Ｔｎｅｒａｐｅｉａ）　￥10.000円

 

 以上で20世紀初頭に出現した量子論について述べました。物理学の歴史から云うとそれは片方の重要な車輪でした。では、もう一方の車輪は、「相対論」ということになります。

 

 

　　　　　　　　　　　　　　　相対性理論

 

 

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・・・・　特殊相対性理論

「相対性理論」　・　アインシュタイン・・・・・・・　一般相対性理論　　

 

 

 

　相対性とは絶対性に対する対概念です。絶対性とは・・ある一つの立場が絶対的に正しく、他の立場は間違っているという概念です。

　相対性というのは、いくつかの立場が見かけは違っていても、その違いは相対的なもので、どれも同じように正しいということです。　　

 

　「特殊相対性理論」・・互いに等速度運動をしている二つの観測者にとって物理法則は同じである・・　これが相対性でアインシュタインによって、1905年に提唱されたものです。特殊という意味は、相対性を二つの互いに等速度運動をしている観測者の間だけに限った理論だからです。

 

この相対性を力学の分野で初めて明確にしたのは、ガリレオ・ガリレイのようです。このことからガリレイ変換という物理学用語が出てきます。

 

 

　「一般相対性理論」・・は上記の特殊性を取り払った理論で、1917年に提唱しました。

 

　　　　　　　

 

　　　　　　　　　　アインシュタインが提唱する自然の根本原理

 

 

 

1-　相対的に等速度運動をしている全ての観測者にとって、物理法則は同じ。

 

　　（全ての物理法則を含んでいる物理学全体の原理）　

 

2-　真空中の光速度は一定である。

 

　　（時間はどの観測者にとっても同じようには流れない）　

　上記の（１）は兎も角、（２）が難物ですね。

高速で移動している電車の中で、電車の中のＡ点から進行方向に向かって、光が発せられても、その光の速さは車外から観測しても同じ速さに見える。

これは高速で移動するほど、時間は遅くなるということを意味します。つまり、時間は一定ではないということになります。（困ったことになってきました）　

 

　物体が高速で移動するほど、その系における時間の流れが遅くなる。速度の上限は光速なので、光速に近い速さで運動する物体はほとんど時間の進みがないことになる。光速で時間が止まる。ある速度で動いている観測者の時計の進み方は、それより遅い速度か静止している観測者の時計よりも進み方が遅くなることが予言され、実験的に確認されている。

 

物体は光速を超えることが出来ない。その時点で物体・・空間は潰れてしまう。。このことから時間と空間は一定ではないことになる。（この辺りが理解しにくい。物体が光速に達した時、物体は二次元になる。超弦理論で超弦とは一次元であるとしている。これから類推すれば・・・・このレベルは筆者には自信が有りません。（＾＝＾））

 

時間と空間が何時も一定・・絶対空間・絶対時間・・・ニュートン力学

時間と空間は分けられない。三次元空間と一次元の時間が有るのではなく、それらが渾然一体となった四次元時空である。・・・・ミンコスキー空間　

 

 

 　　　　　　　　　　　　　　　　　　ミンコスキー

 

 

*　＜ワープする宇宙＞では五次元空間の謎を解くとしている・・・？？？

 

 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　リサ・ランドール

 

 

*　ここでは図表と数学式で書き表すのが一般的ですが、ローレンツ変換、ミンコスキー変換はここでは省略しましょう。これから相対論は本格的になるのですが。

 

 

余談になりますが・・・光速を超える速さに達した時、例えばタキオンなどは過去に通信を送れるとか？？？？・・もうＳＦの世界。

 

*　タキオン　・・これは理論の世界のもので、現実に見つかっては居ない。

*　高次元時空・・四次元時空は三次元＋時間の渾然と一体の空間と時間の入り混じった状態を云うようですが、五次元空間、十一次元空間という考え方も物理学の理論面では提唱されて居ります。この場合は四次元時空＋丸められた次元という考え方のようです。この丸められた次元は非常に小さくプランクスケールの大きさで、我々には確認が困難な大きさとしています。この次元が余った次元であり、数多の謎を秘めている次元でも有るようですが、現実に確認は出来ておりません。あくまでも理論の世界の話。

 

量子論のはなしが出てきているものですから、なかなか類似の話である＜インフレーション＞に入れません。も少し回り道をして見ましょう。今回もお休みです。

 

 

 

 　　　

　　　　　　姉妹ブログ

　　　　茜ちゃんのつれづれ草＞

　　　　http://blog.goo.ne.jp/

      　日本の伝統芸術と芸能  

　　　　http://blog.goo.ne.jp/nippondentougeinou /

        茜ちゃんの「白洲正子著作集・読書日記」

         http://shirasumasako.blog.fc2.com/

        新・瘋癲老人日記　

        http://akanechan.at.webry.info/

新・サワラちゃんの宇宙・素粒子物理学入門-008

サワラちゃん

                                                  

　　　　　　　　　            新・サワラちゃんの 

叔父さん、叔母さんの 
宇宙・素粒子　物理学入門

                                          008

 連日の乾燥注意報が本日一転して、数時間後に雨の気象情報に変化。気象庁の予報は曇りでも、レーダーは数時間後に雨が通過を示唆。便利ですね。

先日のアメリカの大統領選挙の時も、アメリカのＣＢＳのＨＰで実況放送を見てました。日本では数時間前の情報が流れ、ＯＢＡＭＡ当選確実の一報はかなり遅れました。インターネットの威力をこの選挙は遺憾なく見せてくれました。

　　　　　　　　　　　　　　　バラク・オバマ

 

実際そこに居なくても、居るかのような臨場感。ある面では操作されたら怖い面も有るのですが、一応、ＣＢＣへの信頼性を基本にして見て居りますので・・・・

　科学が高度に発達していきますと、便利な反面情報操作という危険性もあります。コンピューターの演算速度が日増しに高速化し、量子コンピューターのように従来の半導体を使用したノイマンコンピューターよりも桁違いに高速化すると、判断を誤る危険性も出て来ます。

何時の時代でもそうですが、一般庶民でも常識的な（これが難しいですが）程度の科学力を満遍なく持つ必要性に迫られますね。原発問題で日本が大騒動です。情報の信憑性に問題が有るからでしょう。国民が納得できない、させてもらえない事が大きな原因になっています。我々も出来るだけ客観的なこの問題の知識を持たなければならないでしょう。

そうは言いながら、核物理学のどこまで学習したら良いと言うのでしょうか。現実問題は原発＝核爆弾である事はわかっていても、世界の政治情勢・・・核のバランス・・が背後にあるので、危険であると充分解っていても、即廃棄、撤退が出来ない悲しい現実が有りますね。

　　「日本の核兵器製造能力　核弾頭の年産が1万発に？」

という見出しのある中国の新聞社のＨＰの見出しを見て、日本人の多くは驚いていると思います。でも、文章を丹念に読んでみると、荒唐無稽のガセネタ記事ではないのです。傍証がありそれなりに科学的な説得力を持っています。これもキチットした科学的知識を持たないと、単なる＜煽り＞と受け取ってしまいます。これが非常に危険なのですね。イデオロギーを除去して判断するという、難しい問題も含まれて居ります。

　筆者は現在６７歳になりますが、若い時から生物関係の学問が大嫌いでした。実際にある危険を感じて（病気に罹患）やむ得ず、基礎医学を10年程前から勉強し始めました。大阪大学・医学部の教育内容（カリキュラム＆シラバス）がＨＰで公開されておりましたので、それに習い恰も自分が医学生になったつもりで、形態学（一般的に解剖学）から、少しづつやり始めました。

 

 

高校の生物学の教科書、参考書（レベルが高くサッパリ解らず）をサブにして、アメリカのＭＩＴで使用している教科書、専門課程・大学院レベルのエッセンシャル・細胞生物学を主にして学び始めました。ここで、アメリカの教科書の素晴らしさを実感しました。こちらの方が理解がし易いのです。その代わり電話帳サイズの大きさと厚さには当初驚かされましたが・・（＾－＾）

　解剖の本は始め見るのも気持ち悪く、次の日は見たくもなかったのですが、1週間も経つとカレーライスを食べながら、臓器のカラーのグラビアの絵、写真を見て居れるようになりました。＜なんて、人間の臓器は美しいのだろうか！＞なんて。

 

ＤＮＡのメカニズムを朧気ながら理解し始めると、細胞の構造の素晴らしさとその精巧さに圧倒されました。誰がこれほどのメカニズムを設計したのか？進化の過程で人間という種が自ら獲得し得たのだろうか？？？・・ここで特定の神の名は出す考えはありません。宇宙の持つ途方もない素晴らしさと神秘性に圧倒されました。

当然の事ながら、今は大好きな学問です。生物学系のブログも書いております。それは、食わず嫌いの方にその喜びを知ってもらいたいからです。大脳生理学の研究をするとコンピューターの構造理論が類推できますでしょう。記憶のメカニズムは現代医学でも良く解って居りません。医学、物理学、化学、生物学の統合が必要な位でしょうね。

 

このブログは題名の通り叔父さん、叔母さんのための物理学です。高校生、中学生を対象にした物理学です。でも、ＪＡＫＡ、国立天文台、大学のセミナーの資料を典拠にしております。生物学は理解できるのだが、数学、物理、天文はどうもという方も、私と逆の発想で勉強して頂ければと思います。

　先回まで何かお寺の禅問答みたいな量子力学について書いてきました。現代科学でもよく解明していない分野ですし、量子論などという身体で理解がなかなか上手くいかない分野なのですから、解らなくても無理はありません。

 今回からは暫くの間は、この「量子物理学」の基本的な考え方を理解するために、現在までの物理学の歴史を、出来るだけ量子物理に関連を持たせるように学んで見たいと思います。典拠は以前にもご紹介しました、「ノーベル賞で語る　現代物理学」です。池内　了という日本の物理学の世界の碩学が書かれて居ります。

 

 

001　・　＜物理学の革命＞

 物理学という学問は大きく分けて、マクロ系のニュートン力学、ミクロ系の量子力学に分類されます。

　　Ａ・　古典物理学（classical physics)

　　　　　　　　　　　　　　　　　ニュートン

 

　巨視的物理現象・・我々の感覚で直接識別できる現象を明らかにしていく領域の物理学をさし、アイザック・ニュートンが創始した一連の力学法則をさし、物体と力の関係を明確に数学として表現する物理学ともいえる。力学、熱、光、音、電気、磁気などの物理的現象です。

　　Ｂ・　量子物理学（quantum physics)

 微視的物理現象・・目に見えない現象を明らかにするための領域を量子物理学と呼びます。２０世紀に入って特殊相対性理論が発表され、時間、空間把握の改変が求められ、電子、原子、原子核、という素粒子といったミクロの世界の研究を指します。　素粒子物理学という呼称もあります。

    量子力学（quantum　mechanics）マックス・プランク（Ｍａｘ　Ｐｌａｎｋ）が1900年にエネルギー量子を発見して以来、20世紀に急成長を遂げ、1920年代の後半（1926年）にできた数学的理論体系。

　　　　　　　　　　　　　　マックス・プランク

 

　　量子論（quantum　theory)　量子力学と量子場理論を含めたもの。1926年以前に確立した学説は「前期量子論」といいます。

　　　　　前期量子論・・ハイゼンベルグの行列力学（1925年）、シュレデインガーの波動力学（1926年）　

　　　　　　　　　　　　　　　　シュレデインガー

 *　量子・・物理量の最小単位を量子（quantum）　振動数ｖの光のエネルギーの最小単位

　　　　　　　　　　　　Ｅ＝ｈｖ　　ｈ：プランク定数＝6.62608ｘ1/10＾34　ｊ・ｓ

 

物理学の用語が微妙な複雑さを持っていますので、注意が必要です。量子場理論（場の量子論）はここでは省略します。

ここで間違っていけないのは、古典物理学というと古色蒼然として、もう役に立たないように考えがちですが、実際は人工衛星、火星探査もこの古典物理学で行っています。古典（Ｃｌａｓｓｉｃ）とは今も価値が変わらないという意味です。

 

 

古典物理学と量子物理学の大きな違いをあげると、ニュートン力学では連続量で表現される物理量が、量子力学では不連続量となり、物理量が飛び飛びの値を取ります。

物質はミクロの粒子かもとになって出来ていますから、日常的に見るマクロ現象でも、本当は、量子力学が基礎にあります。測定の精度を非常に上げれば、古典物理学の法則からズレが見えてきます。これを揺らぎ（fluctuation)といいます。

 

本日は宇宙物理学＜インフレーション＞はお休みします。

 

 姉妹ブログ

　　　　茜ちゃんのつれづれ草＞

　　　　http://blog.goo.ne.jp/

      　日本の伝統芸術と芸能  

　　　　http://blog.goo.ne.jp/nippondentougeinou /

        茜ちゃんの「白洲正子著作集・読書日記」

         http://shirasumasako.blog.fc2.com/

        新・瘋癲老人日記　

        http://akanechan.at.webry.info/

　　　　　　　

新・サワラちゃんの宇宙・素粒子物理学入門-007

 

サワラちゃん

                                                  

　　　　　　　　　            新・サワラちゃんの 

叔父さん、叔母さんの 
宇宙・素粒子　物理学入門

                                          007

 

 

 

 晴れたり、曇った日が続いています。天気の良い日の夜空に張り付いたような星空。空気が澄んでいますので、余り星が瞬かないんですね。冬空は大陸性高気圧が安定してきますので、星の観測には打ってつけの季節です。

 産業技術総合研究所・提供

 

　月の裏側面は低地が多く暗く見える「海」の部分に、、巨大衝突の痕跡とみられるプロセラルム盆地があるそうです。約４０億年前に直径数百キロ・メートルの小惑星などが衝突して月の表側の「高地」がはぎ取られ、表と裏が非対称な現在の月の姿になったとされています。

月は太古の昔、地球に衝突した惑星か、隕石の激突で、地球の一部分が宇宙に吹き飛び、それが長い間に集合して月という惑星となったとか、地球の傍をたまたま通過した惑星が捉えられて、地球の衛星になったとか諸説あります。

 

 

　月面には宇宙人の基地が有るとか、宇宙人の遺跡のようなものがあるとか、半重力物質が埋蔵しているとか、宇宙人が月の中に生活しているとか・・・・面白い話が数多くありました。

アメリカの宇宙船が着陸しているようですが、火星と同じくらいに不明なことが多いのでしょう。地球でさえまだまだ解らぬことばかり。約４０億年前に直径数百キロ・メートルの小惑星がぶつかったとすると、地球が出来上がって間もない頃のことですね。

６，７００万年ほど前にアメリカ大陸のユカタン半島に巨大な彗星が激突して、これが地球の気候を激変させ、恐竜などの滅亡に繋がったという学説もあるくらいです。メキシコ湾はそのときの激突の大穴の名残なのでしょうか？？？

                                                        

 

　　　　　　　　　　　　　　　「量子コンピューター」について

 

　これまで数回の間、量子力学について書いてきました。なにやら得体の知れない世界に飛び込んだかのような、錯覚を覚えられたような感じがすると思います。われわれが日ごろ眼にし肌で感ずる世界は、原子より小さなミクロの世界とは違った巨大なマクロの世界の現象なのですね。

 

真平らな金属の表面は、触っても、真近で見ても滑々の状態ですが、光学顕微鏡や電子顕微鏡サイズのレベルで見てみますと、驚くような世界が見えてきます。われわれの眼の解像力はピントのはずれの顕微鏡同然と言うところでしょうか。

 

 

 

 

　原子核一つとっても、中心に物質なるものが存在しているのか、はたまた存在していないのか、細分化しても、細分化しても究極のものが見つからない。とうとう一次元のバネのような超弦というようなものまで出てくる始末。挙句の果てに電子などを、光でその位置を確かめようとすると、確率的に存在しているなんて・・・・数学的表現になってしまう。　なんか蒟蒻問答をしているような感じになってしまう。

 

 

　　　　　　　　　　　　　　　　ジョン・フォン・ノイマン

 

 

*　ジョン・フォン・ノイマン（ハンガリー名：ノイマン・ヤーノシュ）

量子力学の解釈の中で現在主流のコペンハーゲン解釈は、ノイマンの考えが最も大きな影響を及ぼした。彼は量子力学の波動関数の収縮という現象を、量子力学の数学的枠組みで説明することができないことを証明した。

 

ハンガリー出身のアメリカの数学者。20世紀科学史における最重要人物の一人。数学、物理学、光学、計算機学（ノイマンコンピューター）経済学、気象学、心理学、政治学に影響を与えた。原子爆弾開発や、その後の核政策への関与でも知られる。

 

日本に対する原爆投下の目標地点を選定する際には「京都が日本国民にとって深い文化的意義をもっているからこそ殲滅すべき」だとして、京都への投下を進言した。 

 

 

光量子仮説、不確定性原理、波の収縮・　コペンハーゲン解釈と、とうとう得体の知れない嘘のような本当のような話になってきました。昔ニールス・ボーアとアインシュタインが原因があって結果がある！　神様はサイコロ遊びをしない！と大論争をしたそうですが、一般の我々が戸惑うのは無理からぬことです。

 

ＪＡＸＡ、国立天文台、大学の教育機関の教授が述べていることですから、鼻につままれた感じであっても、信じるほかありませんが・・・・・　（＾～＾）

 

 

 

 

 

＜スーパーポジション＞　＜トンネル効果＞について

 

 量子物理学の歴史は1900年のマックス・プランクから数えて、一世紀を経ておりますが、思考方法が古典物理学とかなりかけ離れたようなところがありますので、俄かに信じがたいところがあります。そのことから一般人にはなかなか理解が難しい。　筆者も首を傾げることが沢山あります。

 

＜スーパーポジション＞　＜トンネル効果＞についてもさらに不思議さが増して来ます。簡単に概略を説明したいと思います。詳しく学ぶには専門の量子物理学の参考書（数学の式が羅列したようなことになったり、あるいは論理学と変わらないような記述になったりしますので、ある程度の準備と覚悟が必要です）や、一般書の中で下記のような一般向け（やさしい訳ではありません）の書籍もあります。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　リサ・ランドール

 

  

先日ご紹介した事もある＜リサ・ランドール＞の「ワープする宇宙　Ｗａｒｐｅｄ　Ｐａｓｓａｇｅｓ」・・　「Ｗａｒｐｅｄ　Ｐａｓｓａｇｅｓ」　　　Ｌｉｓａ　Ｒａｎｄａｌｌ

*Ｌｉｓａ　Ｒａｎｄａｌｌ・・　ハバード大学教授・専門-素粒子物理学。ＭＩＴ，プリンストン大学終身在職　権を持つ最初の女性教授。

 

 

 

 

 

＜スーパーポジション＞

 

 スーパーポジションは「量子的重ね合わせ」と言われるものです。電子が原子核の周りに雲状、霧状に存在するとされ、このような現象の様を＜重ね合わせ＞、＜スーパーポジション＞と看做されています。

・・・「一個の電子がＡ点にいる」状態と「同じ一個の電子がＢ点にいる」状態が共存しているのが真の電子の状態・・・・・

しかし、

1-電子がＡ点Ｂ点に両方いる状態。

2-電子はＡ点かＢ点のどちらかにいるのだが、どちらかにいるかは確率的にしか言えない。

とは違うとされています。・・・・なかなか紛らわしく微妙ですね。

 

このことは先回「波の収縮」で書きました＜コペンハーゲン解釈＞というような電子が恰も忍者になったような現象・・・・（雲状・霧状に広がる電子雲の確率分布が観測によって一点に収縮する）・・・に大きく関係してきます。

 

 

 

 

 

 ＜トンネル効果＞

 

「量子トンネル効果・Quantum tunneling」ともいいます。ミクロの粒子が通常では超えられないエネルギーの壁を稀に通り抜けてしまう現象（量子効果）。

高い壁の向こう側に、ボールを投げる場合を考えます。普通であれば、その壁を越える高さまでボールを投げる事が必要になります。つまり、壁の高さに相当する位置エネルギーよりも大きな運動エネルギーをボールに与える必要があるわけですね。壁の高さに届くようにボールに運動エネルギーを与える事が不可能な場合、その壁は「古典物理学的には乗り越えることができないポテンシャル障壁」となります。

しかし量子力学の世界においては、ボールを壁の高さまで投げる事ができないのに、ボールを壁の向うに投げる事ができてしまう。あたかも壁にトンネルが生じて、そのトンネルを通ってボールが壁をすり抜けるようだという現象が発生します。これを＜トンネル効果＞と称しています。

　　　　　　　　　　　　　　　　ニールス・ボーア

*　ニールス・ヘンリク・ダヴィド・ボーア（Niels Henrik David Bohr）

量子論の最大の牽引者。コペンハーゲンの理論物理学研究所（後、ボーア研究所）を根拠地として理論物理学のメッカとした。このボーア研究所による量子論の考え方を「コペンハーゲン解釈」という。アインシュタインと熾烈な論争を繰り返した。デンマークがナチスに占領される直前に、アメリカに渡り、マンハッタン計画にも参加した。

今、ミクロの粒子を壁にぶつけた場合、粒子と同時に波の性質を持つので、壁の向こう側にも回析によって届かせることが出来ます。音は音波ですから可能ですね。これと同じです。

しかし、現実問題としてボールをトンネル効果によって壁の向こう側に届かせることはゼロに限りなく近いですが、確率論的にはゼロではありません。

しかしながら半導体や集積回路を流れる電流を扱う場合などにおいては、このトンネル効果が無視出来ません。半導体などの電子回路が原子レベルまで極微になると、電子は本来の回路から逸脱し、別の回路に流出するという現象を起こします。こうなりますと二進数のノイマンコンピューターは演算処理が出来なくなり根本から崩壊します。

トンネル効果の応用例としては、走査型トンネル顕微鏡（STM）や、電子デバイスなど、多数存在します。

 アルベルト・アインシュタイン（Albert Einstein ）

 

　本日は3人の２０世紀における大物理学者を紹介しました。素粒子物理学分野で大活躍したわけですが、どういう訳か3人ともアメリカの原爆開発計画に参画しました。アインシュタインはフランクリン・ルーズベルトにドイツの原爆に対する恐怖感から原爆開発の促進を促した。結果的には最大のキーマンの一人となったのです。

当時、日本、ドイツ、アメリカが原爆開発を行っておりました。この3人の動向次第ではどのように歴史が変わったかは解りませんね。

本日は宇宙物理学＜インフレーション＞はお休みします。

 姉妹ブログ

　　　　茜ちゃんのつれづれ草＞

　　　　http://blog.goo.ne.jp/

      　日本の伝統芸術と芸能  

　　　　http://blog.goo.ne.jp/nippondentougeinou /

        茜ちゃんの「白洲正子著作集・読書日記」

         http://shirasumasako.blog.fc2.com/

        新・瘋癲老人日記　

        http://akanechan.at.webry.info/