雷から光量子像へ

先日の夜は雷と豪雨を久しぶりに経験した。稲妻と雷鳴に少し虞を感じた。

地球の自然現象で、雷はやはり特異なものである。その意味をいくつかの記事で考えた。雷の正体 (2012/11/13)がある。最近も、雷と電荷の物理 (2021/06/22)にも取り上げた。科学技術の具体的認識から物理学理論の理論検証が重要であると思うからである。ここでは、光の物理的現象を理解するにその空間に展開される『エネルギー』の認識が欠かせない。一粒の光量子 (2021/08/12)にも示した。

雷は電力工学での重要な研究対象でもあった。電力設備、鉄塔送電系統などの防護対策の為である。

雷の衝撃電圧波形は、その標準形が右図のような波形で研究される。過去記事 雷と指数関数(2011/11/15) に載せた図である。

この波形は

28aYW9 プランク定数の次元と実在概念 2001年の日本物理学会での発表用投稿論文の光量子エネルギー空間像を表現する為の基本的拠りどころとした衝撃電圧波形である。

自然現象はその深い奥に秘められた基本は、極めて単純で共通の現象であるとの認識を持っている。それが空間の『エネルギー』である。

雷撃波形をオッシロスコープで観測すれば、その電圧波形は上の図に近い。雷の正体が何であるかは昔からの天空の謎であっただろう。それを『電荷』の仕業と解釈したのが伝統的科学論の基になった。科学理論はどうも特殊な色眼鏡で見る手法がその精神構造の奥に潜んでいるようだ。しかも残念ながら、そのメガネは専門特化の視野狭窄眼鏡に思える。失礼をも顧みず🙇。

『電荷』などと解釈したものは空間の『エネルギー』を観る科学的認識の一つの解釈法でしかないのだ。『エネルギー』は『熱』でもあり『光』でもある。それは電気回路の電線路空間を伝送する電気エネルギーでもあるのだ。みんな同じ『エネルギー』をそれぞれの専門的色眼鏡で解釈するそれぞれの姿でしかないのだ。

物理学理論を学ぶ前に。学校での理科教育で自然の意味を知るには、空間に『エネルギー』が様々な形で変化している事を認識しなければならない。その上で、専門的科学研究に進んで欲しい。お日様に当たると、何故暖かくなるか?その答えがすぐ感覚的に分からなければおかしいと思わないのですか。光と熱は同じ空間を流れる『エネルギー』の現象の姿なんだと。物理学理論を学ぶ以前の話であろうと思う。

そこで『雷』の解釈の話になる。何も科学理論など知らなくても解る話だと思う。

稲妻と『エネルギー』の空間伝播。冒頭の雷の正体の記事の図である。

光とは何か?雷は光の放射を伴う。ピカ!と強い光を放つ。単純な質問である。光は何が変化したものですか?雷は『電荷』が原因だと言う専門家の解釈がある。

所謂稲妻と言う強烈な空間の発光現象を呈する。一瞬でその光は消え去ってしまう。その光は何か?と素朴に疑問に思わないだろうか。自然科学とはそんな身近なところに起きる現象への疑問を理解する事ではなかろうか。例えば大学の理学部での研究で学習する前に、科学リテラシーとしての基礎的自然観を日常生活の中で修得しておくことが大切と思う。その具体例として、雷の自然現象は好適例であろう。

少し説明しておこう。冒頭の衝撃電圧波形(1×40 μs)について。電気設備に雷の電圧が侵入すると設備機器が損傷する。その対策で試験電圧を標準波形で決める。波頭の立ち上がりの時間が1μsで、電圧最大値の半分まで低下するまでの時間を40μsとして決めた。電力工学の研究対象が雷対策で、その標準波形での試験結果で共通認識をする。その電圧波形の物理的意味を従来はやはり『電荷』でしか理解していなかっただろう。しかしそれは、空間を伝播する『エネルギー』の密度分布波なのだ。空間の『エネルギー』密度波となれば、その単位は [J/㎥]となる。空間の『エネルギー』の伝播現象となれば、物理的概念として、『エネルギー』の空間実在像を認識しなければならない筈だ。

稲妻と言う現象を光の『エネルギー』空間展開波形と見做すことはそれほど難しい事ではなかろう。上の衝撃標準電圧波形を空間に伝播する波形で展開してみよう。

先ず稲妻の波動源。

ピカっと光った瞬間に光の『エネルギー』の変換された空間の『熱エネルギー』が光速度で、四方に放散する。それが電気設備には雷の衝撃電圧として侵入する。雷が空間に『電荷』を放射する訳では決してないのだ。放射するのは熱エネルギーを光の『エネルギー』として放散させるのだ。その波頭のエネルギー密度が衝撃波状の分布波形なのだ。それは雷と言うが、光の『エネルギー』が持つ空間分布の波形と捉える。光の光量子像の基本的認識の原点でもある。光と電圧も『エネルギー』して観れば、同じ基の現象なのだ。

衝撃電圧波の空間展開。

電圧波形の空間分布寸法で表現した。波頭から波尾までの空間長は数十キロメートルとなる。一瞬の稲妻でも光速度伝播だからだ。その空間の『エネルギー』分布は電圧の二乗で解釈できる。

εo[F/m]を空間誘電率として、

δ(t)= εo {v(t)}^2^ [J/m]

ただし、伝播面積を考慮すれば、ほぼ単位 [J/㎥]と解釈できよう。電圧値の二乗が空間を伝播する『エネルギー』の分布波と見做して良かろう。それはまた、光のエネルギー密度分布波でもある。

一言指摘しておく。指数関数表現の欠陥は、時間が無限大になっても零にならない論理的矛盾がある。光量子像で、波長λの分布値が『ゼロ』になる工夫をした。

(参考)。27aZA-1 量子論の起源を問う 日本物理学会。2006年3月27日 愛媛県、松山大会。(訂正)当該資料の式(6)に断面積λ²が欠落。

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