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相対性理論.

 ( 哲学掲示板 )
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咲祐.@spitzer ★5tO8/VPEKHA



相対性理論って
本当になんなん
でしょうかね.

私は何回考えても
分かりません.

どなたか、分かり
やすく相対性理論
について、説明して
くださいませんか?

私のように、相対性
理論が理解できない
という方も募集して
います(^ω^).

2010/04/05 11:08 No.0
メモ2014/10/11 03:29 : 田中★sz3WVJgzXW_CRa

そもそもガリレイの相対性原理が間違っている

以上、相対性理論も完全に間違っていることに

なります。

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mina @mina21 ★dWIa1WvV0K_M0e

地上は厳密には曲線だし、無重力に上下はないし、かなりの難問ですな。笑

4ヶ月前 No.1929

X星人 ★7Djedo0hrc_mgE

<色の相違>  可視光の色は波長の相違によるとされていますが周波数も相違しています。二つの媒質(たとえば水とガラス)で光が分光されてそれぞれのスペクトルが投影されています。暗線、輝線が同様に見えるならば色は周波数の相違によるのでしょう。<追記> 原子スペクトルは固有の周波数をもっています。

4ヶ月前 No.1930

俺様 @mina21 ★dWIa1WvV0K_M0e

>可視光の色は波長の相違によるとされていますが周波数も相違しています。

はぁ。。。

波長が違えば周波数も違うわな。。。

何が言いたい?

4ヶ月前 No.1931

宿題 ★5z6bVAmgS3_Swk

オーロラみたいな魔法・・電磁力って・・

4ヶ月前 No.1932

X星人 ★DYw9dwcIi4_mgE

<エーテルと射出説(要約)>  すべての光行差はエーテル系の存在を示しています(定量的にも)。しかしながら我々が行う光速の測定にはエーテルの影響は見られません。我々の光速測定は地上の光源の放つ光によって行われます(歴史的にも)。従って次のような結論が素直であり自然であるでしょう。すなわち、宇宙空間のいずこであれ光は光源から放たれて数秒間は射出説に従っていてエーテルは干渉しません。

月からの光は射出説に従っているのでしょう。ただし空気中では光は空気の系に従っています。MM 実験(空気中で行われた)の結果は当然の結果です。

4ヶ月前 No.1933

凡人 ★AF3oJMMBTq_sgc

>>1813,1816,1819,1820,1823,1885 についてはいかがですか?

4ヶ月前 No.1934

mina-asobo @mina21 ★Tablet=LsADUPKYuX

エーテル宇宙論か、確かに空間と言うものが存在しているのですから、何もない、真空であっても、その真空が存在しているわけです。

4ヶ月前 No.1935

宿題 ★bUKyk3gX2r_Swk

エーテルのある空間とエーテルの無い空間では光の進み方に違いがあるのですか?

4ヶ月前 No.1936

X星人 ★BEo0ni2vd6_mgE

<光速と重力> 光速の値(誤差の範囲は ± 1.2 m/sec)は 1973 年に行われた測定(K. M エベンソンなどによって)によるものです。重力の影響は?

4ヶ月前 No.1937

宿題 ★bUKyk3gX2r_Swk

何の観測でも理想値とは少し誤差が出ると思います。

重力の影響だけではない様々な要因があると思います。

4ヶ月前 No.1938

X星人 ★43CYo4aSA7_mgE

<光速と重力 : 補足> 上方または下方へ(地上で)放たれる光の速度への重力の影響は ?

ウェブに垂直に行われた MM 実験の動画がありました。干渉縞は回転に従って変動していました。

3ヶ月前 No.1939

X星人 ★ojSlglNzCV_mgE

<光の曲がり> 客車が右方へ等加速で走行しています。天井から光子が下方へ放たれます。車内では光子は放物線を描くでしょう。単なる幾何学の問題でしょう。

3ヶ月前 No.1940

宿題 ★bUKyk3gX2r_Swk

地球の自転と同じ方向・反対方向によって速度が変化したら・・運動量は保存されない?

3ヶ月前 No.1941

X星人 ★pa6THLP9ac_mgE

<同時刻の相対性> 走行する客車による同時刻の相対性の図(車内中央から前後に光の放たれる)は走行が加速であれば成り立つでしょう。しかし車内の観測者と地上の観測者は同じ図を見るでしょう。

光の平面波が真上から客車の屋根に到来しています。同時刻の相対性は成り立たないでしょう。

3ヶ月前 No.1942

X星人 ★dJelSZqIyQ_mgE

<光子と射出説> エーテル系において光子の加速は許されないのでしょう。光子は曲線を描かないでしょう。射出説は加速運動ではありません。それは数秒間許されるのでしょう。

3ヶ月前 No.1943

宿題 ★bUKyk3gX2r_iR4

地球の直線は直線で無いのは・・歪んでいる空間の宇宙に直線があるのでしょうか?

3ヶ月前 No.1944

ハンドル ★Xp3J09rWtm_mgE

>>1924 SumioBabaさんへ。
しばらく、掲示板に来ていなかったので、御返事が遅くなりました。

>>1924 の SumioBabaさんの記載を貼り付けました。

>「実数時間」を「虚数時間」に変えると、「加速度」=「距離」/「時間」^2が「加速度」=「距離」/「i×時間」^2に変わるので、i^2=-1で割ることになり、「加速度」の向きが逆転するのは解りました。だから「加速度」の向きは、重力のはたらく下向きではなく上向きになるということですね。しかし、「加速度」に「i×時間」を掛けて「速度」にし、「速度」に「i×時間」を掛けて移動した「距離」にするとき、またi^2=-1を掛けてしまいます。結局、移動する向きは「加速度」と逆向きになり、重力のはたらく向きに一致し、「下にリンゴが落ちる」で良いのではないでしょうか?


>>1924 の SumioBabaさんが、最終部分で疑問を感じておられる「下にリンゴが落ちる」で良いのではないでしょうか?
に対しての回答になっていないかもしれませんが、「1+1=2」の掲示板の >>905 の最後の部分を、御覧して頂ければ回答になっているかも知れません??。以下の通りです。

虚数単位i=√-1。i^2=-1。i^2=-1=COS180°です。これは、180°の回転を表すことから、iは90度の回転を表わす式と考えるとよい。

虚数iの掛け算は、「反時計回りの90度回転」だった。iとは「2乗して-1になる数」のことであった。-1は2回かければ、+1に戻るが、iは4回かけてようやく+1に戻ってくる。i^4=1。つまり、1回のiの掛け算は、360度の4等分、すなわち90度の回転に対応する。

1. 1に.iをかけると、90度回転してiになる。
2. iにiをかけると、90度回転して-1になる。
3. -1にiをかけると、90度回転して-iになる。
4. -iにiをかけると、90度回転して+1になる。

結局、1にiを4回かけると、+1に戻る。i^4=1。

「1」、「i」、「-1」、「-i」は、どれも4乗すれば1になる。つまり、この四つの数は、「1の4乗根」である。

3ヶ月前 No.1945

ハンドル ★Xp3J09rWtm_mgE

イギリスの物理学者であった、スティーブン・ホーキング博士(1942.1.8〜2018.3.14)が76歳の生涯を全うしました。永眠。

3ヶ月前 No.1946

X星人 ★4zYh7bXVD8_mgE

<等価原理> 無限小の領域(エレベーターキャビンのなかの) !? 慣性力と重力とはすべての原子に働いています。例外はあり得ないでしょう。

3ヶ月前 No.1947

宿題 ★bUKyk3gX2r_iR4

いのちの最小分割の核や根源は球体ですか?

3ヶ月前 No.1948

X星人 ★5FXuJdtE6W_mgE

<等価原理> ここは遊園地です。回転する円盤の上で複数のティーカップが回転しています。等価原理は役立たずでしょう。

慣性力と重力のベクトルはそれぞれ不可侵です。しかして二力のベクトルの合力は計算可能です。

2ヶ月前 No.1949

宿題 ★bUKyk3gX2r_FNM

回転方向と逆回りと回転方向と同じ回りでは・・いろいろな違いが・・

2ヶ月前 No.1950

X星人 ★MatEPW8HzT_mgE

<絶対静止系> あらゆる物体はその運動状態に応じた慣性力を数値(ゼロを含む)として示します。その運動状態の基準は他の物体か空間かのいずれかでしょう(未知のものを除けば)。応答は遅滞なしで精確さは完璧です。基準は空間のフレームでしょう(物体との証拠は見当たりません)。

慣性力はベクトル量です。これは慣性力が空間のフレームに依拠している証しでしょう。

2ヶ月前 No.1951

宿題 ★bUKyk3gX2r_FNM

空気抵抗や空間のゆがみは・・わずかでしょうか?

2ヶ月前 No.1952

地下水 ★lHRYPNADL9_iR4

 ジェットコースターなどの乗り物を加速することで、部分的に重力場を作り出していると見なしても、その乗り物に乗っている者には、区別がつかない、同等の重力を受ける。
しかしジェットコースターの窓から外を見れば目まぐるしく景色の方向と位置が変化し、重力場では位置と向きの変化が無いが、ジェットコースターには位置と向きの変化がある。

2ヶ月前 No.1953

宿題 ★bUKyk3gX2r_FNM

地上で静止しています・・しかしそれは嘘です。

地球がどのように動いているか地球から離れて定点からの観察が必要です。

銀河系自体が移動していたらどうするのでしょう?

2ヶ月前 No.1954

地下水 ★otncK03kC4_FNM

>>1954
それでも感じるのは地球の重力だけですね。

2ヶ月前 No.1955

宿題 ★bUKyk3gX2r_FNM

地下水さん

地球の重力と月の引力と遠心力の合力を感じるので・・完全球体にはならないと思いませんか?


地上に居れば他にも乗り物や電磁気力の力とか様々な微力があると思いませんか?・・

2ヶ月前 No.1956

地下水 ★otncK03kC4_FNM

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2ヶ月前 No.1957

地下水 ★otncK03kC4_FNM

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2ヶ月前 No.1958

X星人 ★GdWSMjpL6g_mgE

<絶対静止系> さきの投稿(1951)の後半を書き直させてください。すみません。

物体の加速運動のベクトルと慣性力のベクトルとは常に完全に対応しています(ベクトル、ゼロを含む)。これはなにに依拠してのことでしょう。唯一無二の基準系(絶対静止系)に依拠してなのでしょう。

2ヶ月前 No.1959

地下水 ★lHRYPNADL9_iR4

>>1954
地上では静止しているのですよ。それは事実です。
外からの見え方が異なっても、その時に授受される激しく位置を変える光子は、ほとんど静止を揺るがすほどの力の変化を全く与えません。

しかし相対的に隕石が速度を持っていて、衝突する時には大きな力を受けますね。

2ヶ月前 No.1960

X星人 ★3sWC6XybXd_mgE

<自由落下> 三軸の加速度計の計測する加速度には(地上であれば)つねに重力加速度が含まれています。自由落下も例外ではありません。絶対重力加速度計という加速度計があります。

2ヶ月前 No.1961

宿題 ★bUKyk3gX2r_zRF

私は地球の自転と同じ方向に移動すると時差ボケみたいになります・・

そして私は今時差ボケが治りません・・

ちなみに自転と反対方向の西に行くと調子がいいです。

身体にかかる重力以外の自転の回転運動の力が大変な感じです・・

2ヶ月前 No.1962

X 星人 ★3meH7y29DJ_zRM

<慣性力は真の力> ニュートンは運動量の変化により多くの記述を費やしたと。運動量の変化と慣性力とは切り離せません。ニュートンは両者が見かけとは思いもしなかったのでしょう。

2ヶ月前 No.1963

X 星人 ★DMnhEQm7vL_zRM

<絶対静止系> 慣性力のベクトルは一意的に示せます。等速直線運動のベクトルは一意的に示せません。我々は見るべきを見ていないのです。

2ヶ月前 No.1964

凡人 ★eJER71w7mO_ubH

で、 >>1813,1816,1819,1820,1823,1885 についてはいかがですか?

2ヶ月前 No.1965

宿題 ★5z6bVAmgS3_BXv

都市伝説で光ベクトルの輪の中に入っているとかいないとか・・

これから様々な・・

信じるか信じないか・・

1ヶ月前 No.1966

X 星人 ★rr6czf7Lje_mgE

どうやらネタが尽きたようです。長らくありがとうございました。力の及ぶ(と思っている)狭いフィールドでの投稿でしたがみなさんには大目に見ていただきました。

小生、もうひとつサイトを公開しています。タイトルは「死後の世界は存在する!?・ほか」( URL が書けません)。ご覧いただければ幸いです。

1ヶ月前 No.1967

宿題 ★hxYn2UbX46_BXv

最近宇宙物理学は難しくなってきました・・相対性理論は解りやすい方になりました・・

1ヶ月前 No.1968

ハンドル ★ECAHiIRwlB_mgE

≪相対性理論・それから・・≫

☆相対性理論。
相対性理論は、時間や空間、そして重力に関する物理学の理論です。相対性理論では、質量をもった物体の周囲に生じる「空間のゆがみ」が重力の正体であると考えます。重力はきわめて弱く、天体のような大きな(マクロ)規模にならないと、重力の影響ははっきりと出ません。相対性理論は、主にマクロな世界の理論だといえます。質量をもつ物体が存在するところには、必ず重力が発生します。


※プランク長。
物理学者が理論的に扱うことのできる大きさには限界があります。その限界とは、約10^-33センチメートルです。物理学で扱うことのできる大きさに限界があるように、時間にも限界があります。それは、およそ10^-43秒です。これは、先ほどの10^-33センチメートルを、真空中で光が通過するのにかかる時間に相当する(光の速度は、秒速約30万キロメートル)。宇宙誕生から10^-43秒間は、物理学者がどうしても乗り越えられない、最後に残された謎の部分です。この10^-43秒間を「プランク時代」とよんでいる。

プランク時代を解き明かすには、新しい理論が必要です。その有力候補が、「超ひも理論」です。超ひも理論では、物理の最小単位である素粒子の姿を粒子(点)ではなく、10^-33センチメートルほどの「ひも」だと考えます。

「プランク長」の求め方。現在の標準的な物理学が扱うことのできる最小の長さは、約10^-33センチメートルです。この長さを「プランク長」といいます。プランク長は、次のようにしてあらわします。

プランク長=√hG/(2πc^3)

h: プランク定数
G: 重力定数
c: 光速(30万km/s)

プランク定数は、「6.626×10^-34」です(単位は「m^2・kg/s)」です。これは、量子のエネルギーに関する定数です。

重力定数は、「6.67×10^-11」です(単位は「m^3/kg・s^2)」です。これは、重力の強さを表す値です。

プランク定数と重力定数は、物理学の最も基本的な定数です。プランク定数、重力定数、光速の三つの定数を使うことで、物理学において最も基本となる(つまり最小の)長さと時間(プランク時)、重さ(プランク質量)を表すことができるのです。

3日前 No.1969

ハンドル ★c31PrZihgH_mgE

>>1969 つづき-1

☆量子論-1。
量子は英語で「quantum」といいます。物の量を意味する「quanity」と語源は同じです。量子とは、「小さなかたまり」、「不連続な量のひとかたまり」といった意味だといえます。ドイツの物理学者のマックス・プランク(1858~1947)は、1900年に高温のもとから発せられる光の法則性について、ついに実験結果と一致する数式を導き出しました。そして、この式の意味を考察する中で、プランクは「量子仮説」と呼ばれる革命的な考えにたどり着きました。

量子論(量子力学)とは、20世紀初頭に誕生した、物理学の大理論です。簡単にいえば「原子や電子など、ミクロな世界の法則についての物理学」だといえるでしょう。量子論は、コンピューターを始めとする現代のテクノロジーの土台になっている理論です。量子論は、「一つの電子が複数の場所に同時に存在する」など、摩訶不思議な要素を含む理論でもあります。「物の存在」について、それまでの常識を根底からくつがえしてしまったのです。量子論は、量子化学の計算で分子の性質の予測を行ったりしたり、量子生物学で生命の仕組みを分子レベルで詳しく解明する上で必須です。


※コペンハーゲン解釈。デンマークの物理学者のニールス・ボーア(1885~1962)らが提案した。電子(光子、原子、分子、原子核、陽子、中性子、素粒子なども)は、観測していないときは波の性質を保ちながら空間に広がって存在しています。しかし、電子の波に光を当てるなどして、その位置を観測しょうとすると、電子の波は一か所に収縮して粒子として姿を現わします。しかし、どこに出現するかは確率的にしかわかりません。この範囲に出現する確率は30%、あの範囲に出現する確率は2%といった具合です。以上のような解釈をすれば、電子などの「波と粒子の二面性」を矛盾なく説明できると、ボーアなどが考えた。

アインシュタインは、光子の存在を予言するなど、量子論の創始者の一人です。しかし、量子論のコペンハーゲン解釈に対しては、「神はサイコロ遊びをしない!」といって批判したそうです。量子論のコペンハーゲン解釈が正しいなら、全知全能の神でさえ、電子がどこに存在するかわからないことになる」と考えました。アインシュタインは、まるで全ての物事を決める神が、サイコロを振って出た目に応じて電子の位置を決めているかのようなコペンハーゲン解釈を認められなかったのです。

コペンハーゲン解釈は、ボーアらが提案した解釈ですが、これが量子論の唯一の解釈ではありません。現在までに、さまざまな解釈が提案されており、どの解釈が正しいのか、それとも正しい解釈というものが決められるのかどうかなどは、いまだ決着がついていません。


※シュレーディンガー方程式。
エルヴィン・シュレーディンガー(1887~1961)、オーストリアの物理学者。ド・ブロイの「電子の波(物質波)の考えを発展させ、1926年にシュレーディンガー方程式を使った量子力学の一つの形式である「波動力学」を完成させます。波動力学は量子力学の形式の一つであり、その基本方程式は、量子力学の最も重要な方程式の一つです。電子の波動関数が原子の中などで、どのような形をとるかを導くための量子論の基礎方程式を「シュレーディンガー方程式」といいます。

シュレーディンガー方程式。
波動関数の時間変化=運動エネルギーの項+位置エネルギーの項
i・h/2π・∂ψ/∂t=-h^2/(4π^2・2m)・∂^2・ψ/∂・x^2+U(x)・ψ

i・h/2π・∂ψ/∂tは、波動関数の時間変化の割合
-h^2/(4π^2・2m)・∂^2・ψ/∂は、運動エネルギーの項
x^2+U(x)・ψは、位置エネルギーの項

∂はデルと読む
∂(デル)は偏導関数
ψはプサイと読む
ψ(プサイ)は波動関数
iは虚数単位
hはプランク定数(比例定数)、(6.63×10^-34[m^2・kg/s]
mは電子の質量
πは円周率
tは時間?
Uは時間発展演算子?
xは粒子の位置を表す演算子?

電子の波を数式であらわしたものが「波動関数(ψ)」です。シュレーディンガー方程式は、波動関数が満たすべき方程式(微分方程式)であり、これを数学的に解く(ψがどんな関数かを求める)ことで、電子の波がどのような形をしているか、どのように時間とともに変化していくかを求めることができます。たとえば、この方程式を解くことで、原子や分子内での電子の波の形(軌道)を求めることができます。


※不確定性原理。
ドイツの理論物理学者のヴェルナー・ハイゼンベルク(1901~1976)が、1927年に提唱した。電子のようなミクロな粒子の場合、粒子の位置を知るには、光(電磁波)をあてる必要があります。粒子によって反射された光が眼や測定装置に入ることで、はじめて物の位置を知ることができるわけです。実は光にも微弱ながら物をはじき飛ばす能力があります。電子のようなミクロな粒子は光が当たると、はじき飛ばされてしまうのです。つまり、測定という行為自体によって、電子は運動を乱され(擾乱・じょうらん)、それ以前の運動状態がわからなくなってしまうのです。

量子論の標準的な解釈によると、電子などのミクロな粒子は、観測していない段階では、分身の術のごとく広がりをもって存在しています。これは、観測前には、位置が確定していない(不確定)ということを意味します。これを「位置がゆらいでいる」とも表現します。観測前には、位置だけでなく、運動状態(「質量×速度」であらわされる「運動量」)もゆらいでいます。この位置のゆらぎと運動状態のゆらぎの間には、関係性があります。電子のゆらぎを小さくするほど、運動状態のゆらぎは大きくなるのです。電子の位置と運動状態のゆらぎ(不確かさ)の間の関係を不等式であらわしたものを、「不確定性原理」といいます。不確定性原理によると、位置と運動状態の両方が同時に確定した状態(不確かさがゼロの状態)になることは、あり得ないことになります。ミクロの世界は、ゆらぎに支配されているのです。

≪不確定性原理の不等式≫。
※測定についての不等式・・・ハイゼンベルクの不等式(今回の実験で否定された)
位置の誤差×運動量の乱れ≧一定値
儔×儕≧h/4π

凾ヘデルタと読む
儔は位置の誤差
儕は運動量の乱れ
h/4πは一定値
hはプランク定数(比例定数)、(6.63×10^-34[m^2・kg/s]
mは電子の質量
kgは重さ
sは秒
πは円周率
^は乗
×は掛ける
/は割る(÷)


※測定についての不等式・・・小澤の不等式(今回の実験で実証された)
位置の誤差×運動量の乱れ+位置の誤差×測定前の運動量のゆらぎ+測定前の位置のゆらぎ×運動量の乱れ≧一定値
儔×儕+儔×σ(P)+σ(Q)×儕≧h/4π

σはシグマと読む
儔は位置の誤差
儕は運動量の乱れ
儔は位置の誤差
σ(P)は測定前の運動量のゆらぎ
σ(Q)は測定前の位置のゆらぎ
儕は運動量の乱れ
hはプランク定数(比例定数)、(6.63×10^-34{[m^2・kg/s])
mは電子の質量
kgは重さ
sは秒
πは円周率
^は乗
×は掛ける
/は割る(÷)

※量子力学的なゆらぎについての不定式・・・ロバートソンの不等式
位置のゆらぎ×運動量のゆらぎ≧h/4π
σ(Q)×σ(P)≧h/4π

σはシグマと読む
σ(Q)は位置のゆらぎ
σ(P)は運動量のゆらぎ
h/4πは一定値
hはプランク定数(比例定数)、(6.63×10^-34{[m^2・kg/s])
mは電子の質量
kgは重さ
sは秒
πは円周率

3日前 No.1970

ハンドル ★c31PrZihgH_mgE

>>1970 つづき-2

☆量子論-2。
量子論でいう「ミクロ」な世界とは、おおよそ原子や分子のサイズ程度以下の世界といえます。ミクロな物質は「ニュートン力学」では説明できない摩訶不思議なふるまいをするのです。そこで、ニュートン力学にかわる新しい理論が必要になりました。一般相対性理論は、古典物理学になります。量子論とは「非常に小さなミクロな世界で、物質を構成する粒子や光子などが、どのようにふるまうかを解き明かす理論」といえます。

量子とは「一つ二つと数えられる小さなかたまり」という意味です。量子論によると光のエネルギーには最小単位があり、1,2,3・・・とかぞえられ、中途半端な1.1といった値は存在しません。光のエネルギーは、とびとびで不連続であることがわかったのです。このような光のエネルギーの小さなかたまりを「光量子」などとよびます。自然界には、ほかにもさまざまな「量子」があります。

量子論が語るミクロな世界では、「波の性質」と同時に「粒子の性質」をもっています。これを量子論では「波と粒子の二面性」といいます。

量子論が明らかにしたミクロな世界の不思議な事実の一つに「真空では物質が生まれたり、消えたりしている」ということがあります。また、量子論によって「電子などのミクロな物質は、壁をすり抜けることができる」ということもわかりました。これは「トンネル効果」とよばれています。


※光の波動説。
トーマス・ヤング(1773〜1829)が、1807年に行った「光の干渉」の実験などによって、「光=波」という見方(光の波動説)が、当時の科学者たちの常識になっていきます。


※量子仮説。
プランクの量子仮説とは、「ひかりを発する粒子の振動のエネルギーは、とびとびの不連続な値しかとれない」というものです。エネルギーは不連続。


※光量子仮説。
アインシュタインは、「エネルギーがとびとびなのは、光のほうである」というものです。つまり、光のエネルギーには、それ以上分割できない最小のかたまりがあるというのです。このかたまりを「光子(または光量子)」とよびます。

光子とは「波の性質をもちながら、それでいて最小のかたまりからなり、一つ二つと数えられる代物(しろもの)です。つまり、「波と粒子の二面性」をもつのが光子なのです。光子という考え方の登場は、量子論の幕開けといえます。

質量が大きくなるほど、波の性質は目立たなくなります。


※物質粒子。
1923年にアーネスト・ラザフォード(1871〜1937)の原子模型の難点を解決する画期的なアイデアがフランスの物理学者のルイ・ド・ブロイ(1892〜1987)によって発表されました。ド・ブロイは「電子などの物質粒子には、波の性質がある」と主張したのです。このような波を「物質波」とよびます。「一つの電子が波の性質をもつ」というのです。波は本来、多数の粒子がつくる「現象」です。物質を分割していくと最終的には、それ以上分割できない粒子が出てくると考えられていました。しかし、実際は予想に反し、粒子と波の性質を合わせもつ奇妙な代物(しろもの)が出てきたのです。光子は、波でもなく、粒子でもありません。干渉実験では、波のようにふるまい、光電効果では粒子のようにふるまいます。波でも粒子でもない奇妙な代物、それが光子なのです。


※光子のもつエネルギーと振動数の関係式。
E=hν(νはニュー)
光子のもつエネルギーと振動数(光速÷波長。1秒間あたりの振動数)の関係を示す式です。

Eは光子のエネルギー
ν(ニュー)は光の振動数
hはプランク定数(比例定数) 、(6.63×10^-34[m^2・kg/s]
mは電子の質量
kgは重さ
sは秒
πは円周率
^は乗

つまり、「光子のエネルギーは振動数に比例する」ということになります。振動数が大きいと波長は短くなるので、波長が短いほど光子のエネルギーは高いことがわかります


※電子の波長と運動量の関係を示す式。
λ=h/mv
「電子の波長は、電子の運動量に反比例する」。

λ(ラムダ)は電子の波長
hはプランク定数
mは電子の質量
vは電子の速度
mvは電子の運動量


※不確定性関係。
ヴェルナー・ハイゼンベルク(1901〜1976)が、1927年から不確定性関係を言い出した。ミクロな世界では、運動方向を正確に決めると、電子の位置の不確かさが大きくなり、電子の位置を正確に決めると運動方向の不確かさが大きくなります。つまり、両者を同時に正確に決めることは不可能なのです。これを「位置と運動量の不確定性関係」とよびます。不確定とは「多くの状態が共存していて、その後、実際に人間がどの状態で観測するかは決まっていない」という意味だと理解してください。

不確定性関係の公式。
凅×冪≧h

凾ヘデルタと読みます
凅は位置の不確定さの幅
冪は運動量の不確定さの幅
hはプランク定数です(h=6.6×10^-34・j・s)
jはジュール(熱量)
sは秒

この式から位置の不確かさを小さくすると、不等号を成り立たせるために運動量の不確かが大きくなることがわかります。ただし、hが非常に小さいので、マクロな物体では凅も冪も目立ってきません。しかし、ミクロな物質では凅や冪が無視できなくなるのです。

3日前 No.1971

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>>1971 つづき-3

☆量子論-3。
※量子からみ合い。
未来は決められている、と考えるアインシュタインは、不確定性関係が示す「自然界のあいまいさ」に反発しました。アインシュタインは、「自然界があいまいなのではなく、量子論が不完全で、自然界を正しく記述できていないのだ」と考えていました。

電子などの粒子は、自転する(正確には「スピン」という物理量をもつ)ことが知られています。自転の向きも、量子論にしたがい、同時に複数の状態をとる(共存する、あるいは重ね合わせる)ことができます。

量子論によると、何らかの相互作用をおこなった二つの粒子(ここでは電子)が、その後どんなに遠くにはなれようとも、一方の状態が決まれば、もう一方の状態も確定するという場合がある。このような二つの粒子の状態を「量子からみ合い」といいます。

1935年、アインシュタインとボリス・ポドルスキーとネーザン・ローゼンは、量子論の矛盾点をつく論文を発表します。電子の自転を例に、アインシュタインらの思考実験を考えてみましょう。宇宙のどこかで、自転している二つの電子が生成される状況を考えます。同じ場所から二つの電子が正反対の向きに飛び出す。電子Aと電子Bとします。このとき、観測しない段階では、どちらの電子も、右まわりの自転をする状態と、左まわりの自転する状態が共存した状態にあります。量子論によれば、観測するまで自転の向きは一つに決まらないはずです。電子Bの観測によって、電子Bの自転の向きが確定した瞬間に、どんなに二つの電子の距離がはなれていようが、その瞬間、電子Aの自転は電子Bとは真逆に確定することになります。どうして観測していない電子Aの自転の向きが決まったのでしょうか。量子論の「量子からみ合い」と矛盾すると指摘しました。特殊相対性理論によれば、光より速いものは存在しません。アインシュタインらは、十分に離れたものに、時間差なしで「瞬時」に影響が伝わるなどあり得ないと考えました。この遠く離れた二つの粒子の一方を観測すると、両方の状態が瞬時に決まる奇妙な現象を、アインシュタインは「不気味な遠隔作用」とよびました。もし「瞬時」に影響が伝わらないとすれば、二つの電子が分れた最初の時点で、電子の自転方向は決まっていたことになると、アインシュタインたちは考えました。単に現在(当時)の量子論では、それがわからないだけだというわけです。これが「量子論は不完全だ」という主張の根拠でした。アインシュタインたちの主張は、三人の名前の頭文字をとって「EPRパラドックス」とよばれています。

ところが、1970年代から80年代にかけて、アインシュタインが不気味な遠隔作用とみなした現象が、実際に存在することが実験的に証明されました。またそれは、瞬時に影響が遠方に伝わっているのではなく、二つの電子の状態がセットで決まっており(「からみ合って」おり)、個別には決められないからであることもわかりました。この事情は「量子からみ合い(量子もつれ、エンタングルメント)」とよばれるようになります。そして、さらにこれは量子コンピューターや量子情報理論の発展につながっていきます。

自然界はミクロな視点で見れば、何もかもが不確定であいまいなのです。「エネルギーと時間」との間にも不確定性関係があります。ごく短い時間では、エネルギーの不確定さは非常に大きくなります。この不確定性関係と相対性理論から、驚くべき結論が導かれます。何も存在しないはずの空間(真空)でも、物質が生まれたり消えたりしているのです。ミクロの世界では、真空のもつエネルギーがゆらいでいる。不確定性関係によると、真空でさえエネルギーが完全にゼロの状態はありえません。完全にゼロだと、エネルギーが確定してしまい、不確定性関係に反するからです。ただし、真空から生まれた素粒子は、すぐに消滅し元の何もない状態にもどります。エネルギーの不確定性は「ごく短い時間」という条件つきであり、長い時間では不確定性はなくなるからです。以上のように、「真空のもつエネルギーのゆらぎによって、素粒子があちらこちらで生まれては消える」というのが、量子論が明らかにした真空の姿なのです。


※多世界解釈。
1957年にアメリカの物理学者ヒュー・エベレットが考え出した「多世界解釈」を紹介しましょう。コペンハーゲン解釈では、観測して電子がAに見つかったとしたら、電子がBにいた状態は消えてなくなってしまった、と考えます。しかし、多世界解釈では、観測後でも二つの状態とも残っていると考えます。つまり人間が位置Aに電子を観測した「世界」と、人間がBに電子を観測した「世界」が分岐する、と考えるのです。この場合、二つの世界が並列しているようにみなせるので、多世界解釈という名が付きました。

ここでいう「世界」とは、電子や観測装置だけでなく、人間や宇宙に存在するあらゆるものを含めたものです。多世界解釈では、時々刻々と世界が無数のパラレルワールド(並行世界)に分岐していく、と考えるわけです。コペンハーゲン解釈では、観測によってミクロな粒子がマクロな観測装置と相互作用することで、観測された状態以外の状態が消えてなくなるのだと、考えられています。ただし、このメカニズムの詳細ははっきりとわかっておらず、コペンハーゲン解釈は量子論の標準的な解釈とはいえ、必ずしも万人を納得させるのにはなっていません。一方、多世界解釈は非常に大胆な考えであり、反発する学者も多いですが、コペンハーゲン解釈がうまく説明できない、“状態の消失の問題”をうまく回避しており、理論的にも矛盾のない解釈になっています。

多世界解釈の基本には、EPRパラドックスの議論から発生した量子からみ合いという原理があります。多世界解釈の話では、電子と観測装置、そしてそれが存在する宇宙全体の状態がからみ合っており、それらの状態がセットになっていることになります。異なるセットはその差異が小さい間は干渉し合いますが、マクロのレベルで差異が生じると干渉しなくなり、たがいに影響し合わない別個の世界になります。このような世界の分岐が絶えずおきていると主張するのが多世界解釈です。多世界解釈では、宇宙のあらゆるものを含めた「世界」が、無数のパラレルワールドに分岐していくと考えます。


※ディラック方程式。
イギリスの物理学者のポール・ディラック(1902〜1984)は、1928年に量子論と特殊相対性理論を統一する理論を構築しました。その基本方程式(ディラック方程式)によると、マイナスのエネルギー状態が生じることから、通常の粒子とは正反対の電荷をもつ「反粒子」の存在を予言しました。ディラックが考えた反粒子を生成する真空像(「ディラックの海」とよばれる)は、現在では否定されていますが、真空は空っぽではないというイメージは、形をかえて継承されています。


※真空エネルギー。
真空のエネルギーが本当のダークエネルギーの正体であるかを明らかにするには、一般相対性理論と量子論を統合した理論が必要とされています。真空のエネルギーは、真空で生成・消滅するバーチャル粒子のもつエネルギーをすべて足し合わせたものです。バーチャル粒子は観測にかからない粒子であり、真空のエネルギーは理論的に反重力を生みだすと考えられています。


※自然界の四つの力。
自然界の四つの力とは、「電磁気力」、「弱い核力(弱い力)」、「強い核力(強い力)、「重力」です。
「電磁気力」とは、電気力と磁気力(磁力)のことです。
「弱い核力(弱い力)」とは、ベータ崩壊とよばれる現象を引き起こします。ベータ崩壊とは、
原子核の中にある一つの中性子が陽子と電子とニュートリノという素粒子にこわれる現象をいいます。
「強い核力(強い力)」。強い核力は、陽子や中性子を原子核の中で強く結びつけています。
「重力」。重力は、地球が地上の物体を引き寄せたり、天体どうしがひきつけあったりする力です。

量子論は、この自然界の四つの力のうち、三つの説明に成功しています。「電磁気力」、「弱い核力(弱い力)」、「強い核力(強い力)」です。重力を量子論の枠組みで説明することは、まだ誰も成功していません。これが成功すれば、宇宙誕生の謎にせまると期待され、懸命な研究が今なお進んでいます。


※量子コンピューター。
現在のコンピューターでは、情報の最小単位(ビット)は、「0」か「1」かで表されます。量子コンピーターでは、情報の最小単位を原子や電子や光などに担(にな)わせます。例えば、電子には向きがあるので、上向きの状態を「0」、下向きの状態を「1」などと決めます。

「重ね合わせ状態(共存状態)」によって、1つの電子に「発見確率60%で上向きの状態、発見確率40%で下向きの状態」といった“中間的な状態”をとらせることができるのです。これを「重ね合わせ状態(共存状態)」とよびます。重ね合わせ状態を利用した量子コンピューターでの情報の最小単位は、「量子ビット」とよばれます。実際の量子コンピューターの原理は複雑ですが、簡単にいえば、多数の量子ビットを“分身”させて(重ね合わせ状態にして)、多数の計算を“同時進行させることが、飛躍的な計算速度”につながるのだといえます。


※「マヨラナ粒子」存在証明。
物理学の理論で約80年前に予言され、世界の物理学者が競って探している「マヨラナ粒子」の存在を証明したと、京都大と東京大、東京工業大の共同研究チームが2018.7.11、発表した。膨大な計算を超高速で解く次世代計算機「量子コンピューター」に応用が期待される成果という。

マヨナラ粒子。イタリアの物理学者エットーレ・マヨラナが1937年に提唱した、粒子と反粒子の区別がつかない特殊な粒子。物質を形作る原子は、電子など極微の粒子からできている。粒子には通常、重さが同じで電気の性質が正反対の「反粒子」がペアで存在するが、マヨラナ粒子は電気を帯びずに粒子と反粒子が同じ性質を持つとされている。

マヨラナは1938年、イタリア国内を船で移動中に行方不明になったとされる。


※量子暗号。
量子暗号技術とは、不確定性原理を利用した、盗聴を検知できる仕組みをもつ暗号通信のことです。

3日前 No.1972

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>>1972 つづき-4

☆量子重力理論。
量子論を考慮していない物理学のことを「古典論(古典物理学)」とよびます。その意味では一般相対性理論は古典論なのです。

宇宙は膨張を続けていることがわかっています。現在の宇宙が膨張しているということは、時間をさかのぼれば過去の宇宙は、今よりもずっとずっと小さかったことになります。これを突きつめて考えていくと、宇宙は大昔には、原子よりもさらに小さかったことになります。そうなると宇宙といえども一般相対性理論だけでなく、量子もつかって考えなければなりません。ミクロな宇宙の謎にせまるには、一般相対性理論と量子論を融合させる理論が必要になってくるわけです。

量子理論と一般相対性理論を統合した量子重力理論は、まだ完成していない。

量子論では、重力を「重力子」という素粒子の交換で説明することになっています。ただし、重力子も「波と粒子の二面性」をもつ量子論的な粒子です。重力は、一般相対性理論によると、重力は質量をもつ物体がつくりだす空間の曲がりによって生じます。より正確には、時間と空間が一体となった「時空」の曲がりが重力を生みます。

量子重力理論の完成は、量子論と一般相対性理論の融合を意味します。一般相対性理論は1915年ごろにつくられました。この時期は、まさに物理学者たちが試行錯誤しながら量子論を構築していたころに当たります。一般相対性理論では、空間の曲がりが振動となって周囲に伝わっていく「重力波」を考えます。波や、それに似た考え方を使って重力を説明するのです。しかし、量子論と一般相対性理論を融合するには、重力を「波の性質をもちながら、同時に粒子の性質をもつもの(重力子)」を使って考えなおさなければなりません。これが難問なのです。


※無からの宇宙創成。
ここでいう「無」とは、物質が存在しない空っぽの空間である真空とはちがいます。物質どころか空間すら存在しない状態が、ここでいう無なのです。量子論によると真空は空っぽのままではいられず、ごく短時間の間にあちらこちらで素粒子が生まれては消えていました。「すべてがあいまい(不確か)」と考える量子論によると、真空と同じように無も、完全な無であり続けることはできません。つまり、「無」の状態と「有」の状態との間でゆらぐことになります。「有」の状態とは、空間をもつミクロな宇宙のことです。そして、無から生まれたミクロな宇宙が、何らかの原因で急膨張を起こし、私たちの宇宙へと成長したと考えられています。

以上の「無からの宇宙創成」のシナリオは、まったく仮説の段階でしかありません。量子重力理論がまだ完成していませんから、物理学者たちは量子論と一般相対性理論を“つぎはぎ”しながら、このような仮説を考えたわけです。

3日前 No.1973

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>>1973 つづき-5

☆超ひも理論。
1980年代に考え出されたのが、「素粒子は大きさゼロの点ではなく、長さをもったひもである」とする「超ひも理論」です。超ひも理論の頭についている「超」は、「超対称性」という意味です。

量子論と一般相対性理論を融合させる試みの一つとして、長年注目を集めているのが「超ひも理論」です。超ひも理論とは、電子や光子などの素粒子を「ひも」で考え直す理論といえます。超ひも理論は1980年代以降、多くの理論的な成果を挙げてきましたが、いまだ完成にはいたっていません。現代物理学では、素粒子を「点状」の粒子として考えます。超ひも理論では、素粒子を長さをもつ「ひも」として考えます。ひもの長さは10^-33メートル程度。原子は10^-10メートル程度、原子核は10^-14メートル程度ですから、ひもがいかに小さいかがわかるでしょう。

「ひも」には、「閉じたひも」と「開いたひも」があるが、両者は根本的に同じひもである。輪ゴムのような「閉じたひも」と、輪ゴムの一か所を切ってのばしたような「開いたひも」だ。閉じたひもは端をもたないが、開いたひもは端をもつ、ともいえる。開いたひもの両端がくっついて、閉じたひもになることもあるし、逆に、閉じたひもが切れて開いたひもになることもある。このため両者は根本的には同じひもであり、ひもに2種類あるわけでない。これらのひもは振動している。超ひも理論で考えるひもは、何と1秒間に100兆回の100兆倍のさらに100兆倍(10^42回程度)も振動しているという。しかも、ひもの端は自然界の最高速度である光速で運動したりもするというから驚きだ。

超ひも理論によると、光の素粒子である「光子」は、開いたひもが最も単純なしかた(基本振動)で振動しているものだという。一方、重力を伝える素粒子「重力子」は、閉じたひもが最も単純なしかた(基本振動)で振動しているものだという。閉じたひもの振動パターンも開いたひもの振動パターンも、無数に考えることができる(節の数をふやせばよい)。超ひも理論は、無数の種類の素粒子の存在を予言することになる。これらに相当する素粒子はみつかっていないが、非常に重い素粒子だと考えられている。

3日前 No.1974

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>>1974 つづき-6(終わり)

☆ブレーンワールド仮説。(BRANE、膜)。
ブレーンの存在が理論的に議論され始めたのは、1980年代後半です。ブレーンとは、超ひも理論で登場する長さや空間的広がりをもつ“物体”の総称です。1次元のブレーンがすなわち、ひもなのです。

1989年、アメリカの物理学者 ジョセフ・ポルチンスキー(1954~ )は、ブレーンに関する重要な性質を明らかにしました。特定の条件を満たすブレーンには、開いたひもの端がくっつくというものです。

1990年代なかばになると、超ひも理論の研究の中から、「宇宙は、高次元空間に浮いた膜のような存在かもしれない」というものです。

超ひも理論によると、縦・横・高さ・時間の4次元よりもずっと多く、10次元(もしくは11次元)だと予測されています。縦・横・高さ・時間の4次元以外の次元を「余剰次元」とよんでいます。ブレーンは、余剰次元の空間(バルク)に膜として浮かんでいるようなイメージです。ただし、余剰次元の空間の“外側”は、やはり「無」だといいます。

「無」は、空間も時間も存在しない。

超ひも理論によると、物質や光を構成する素粒子のひもは、その両端がブレーンにくっついて離れられないため、ブレーン内でしか動けません。ただし、一つだけ例外があります。重力を伝える「重力子」です。重力子は、輪ゴムのように端がない「閉じたひも」になっています。ブレーンにくっつく端がないので、高次元空間を自由に動けるのです。ブレーンのアイデアは、2000年頃から、素粒子の分野を飛び出し、宇宙論の分野でも活発に議論されるようになってきました。

超ひも理論から出てきた宇宙モデルの一つ。「ブレーン」の概念は、もともと素粒子の研究から出てきたものだった。宇宙論に取り入れられて活発に研究されるようになったのは、1999年夏ごろからである。それは、ランドール博士とサンドラム博士の二人が行った提案がきっかけとなった。

現代の物理学では、点の大きさをゼロ(無)としている。しかし、物質の最小単位である「素粒子」を点だとすると、矛盾が生じる。実在する素粒子が、無になってしまうからだ。そこで考えられた理論が、素粒子は極小のひもだと仮定する「超ひも理論」である。ただし、超ひも理論が理論的に成立するには、この世界が10次元時空か11次元時空である必要があるという。そのため、これまでと違った様々な宇宙の姿が提案されている。その一つが、宇宙は高次元に浮かぶ「ブレーン(膜)」であるという考え方だ。

この仮説では、私たちが認識している4次元時空の宇宙は、「バルク」とよばれる、もっと高次元の時空に浮かんでいる、膜のようなものだと考えます。


☆エキピロティック宇宙論。ジャスティン・コーリー博士らのチームが提唱した。
膜宇宙と膜宇宙は、たがいの重力で引き寄せ合います。両者が衝突したとき、膜宇宙は高温・高密度の灼熱状態となり、私たちの宇宙の歴史が始まるというモデルです。つまり、膜宇宙の衝突で「ビックバン」を説明するわけです。


☆サイクリック宇宙論。
宇宙はこれまで終焉と再生を繰り返してきたといい、現在の宇宙はおよそ50回目に相当すると考えられています。


☆マルチバース(multiverse)。
「multi―」は、「多くの」という意味です。マルチバースを直訳すれば、「多宇宙」となります。1980年代から、宇宙論の研究者の間では、「宇宙がたくさんあるかもしれない」という可能性は指摘されてきました。マルチバースは、単に数が多いという意味ではなく、無数に存在するというニュアンスです。

3日前 No.1975

Mobius @mobius☆iuWFdm42ChI ★iPad=XaDQxMu5Oy

光速は、何故 30万 km/s なのか?
プランク定数は、何故 6.626×10^-34 m^2*kg/s なのか?
重力定数は、何故 6.67×10^-11 m^3/kg*s^2 なのか?

私がいつも不思議に思うことです。

3日前 No.1976

ハンドル ★c31PrZihgH_mgE

>>1976 Mobiusさん。

>光速は、何故 30万 km/s なのか?

>プランク定数は、何故 6.626×10^-34 m^2*kg/s なのか?

>重力定数は、何故 6.67×10^-11 m^3/kg*s^2 なのか?


>私がいつも不思議に思うことです。.



私には分かりません。人が観測できるモノには、いつの時代でも限界があるのではないのでしょうか。
「哲学の意味」の掲示板の、 >>469 が今の私の考えのまとめです。

☆真理☆
生きている限り「今」が有る(現に存在する)ことだけは確かだと思います。疑いようがない事実だと思います。

3日前 No.1977

宿題 ★hxYn2UbX46_a2e

宇宙を力学の視点で哲学する哲学者もいます・・

パスカルさんは、幾何学の視点で気圧とか・・

1日前 No.1978
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