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雷と科学論

雷様と呼ぶ。様付の自然現象・天空の光と音の饗宴。

誰もが知っている。ベンジャミン・フランクリンの名前も雷とのつながりで知っている。

恐ろしくて、恐怖も不思議な、知りたい科学論。しかし世界は存在もしない『電荷』で覆い尽くされているこの怪奇な科学理論の世界?そんな如何わしい科学理論の世界が許せない思いで再び取り上げる。

雷と電荷の物理 (2021/06/22) でも取り上げた。いつまでも未練を残して、専門家の科学論に抵抗する。電荷と科学リテラシー (2021/02/10)。

先日も「雷の正体」とgoogle で検索した。そこには子供たち向けの多くの解説記事が昇る。殆どが、上空の雲の中で、水蒸気から出来た氷が上昇時に、摩擦で電気が発生するとある。古くから研究所などの専門家がそのように話し、そのような解説をテレビで取り上げて放送している。筆者も雷の正体として記事を投稿している。7ページ目に検索に現れた。

日本の電力中央研究所の解説記事もそうだ。

何処でも、誰でも、特に科学者と言う研究者が『電荷』が自然界の基本物理量として唱え、主張して社会的専門家として敬われ、尊敬されている現実の世界の科学常識だ。

そんな中で、おそらくただ一人筆者は『電荷』など自然世界には存在しないと30年以上前から唱えてきた。

『雷』は自然科学理論の真相を解剖するに最適な論題である。

希望がある。

市民討論会で、論壇で有名な科学者と討論して、市民が視聴して判断する機会が在ればと。何処で、誰が、どの様な訳で、『電荷』が物理学理論の根幹を支える基礎概念となったのか。その真相を明らかにすることが科学教育、市民科学リテラシーの為に今こそ考える課題だ。子供たちに「嘘」の教育が為されてはいけないから。科学者の社会的責任の為にも。考えない科学理論は良くないよ!専門家と言う狭量科学理論からの開放の為に。

科学の市民による民主主義の論壇となれば。民主主義の科学論の土俵が欲しい。

エネルギーの LC 共振

『エネルギー』は自然世界の空間に実在する基本的物理量である。場所は真空空間、水中、気中、ガラスその他あらゆる伝播媒体の空間構造内。必ずしも質量を必要としない独立の物理量が『エネルギー』である。『エネルギー』の本質による局所化が『熱』とも見做し、『原子』ともなり、『質量』ともなる。その空間構造の科学論的概念が空間定数 L[H]、 C[F]となろう。

L と C の間で『エネルギー』の振動現象が起きる。それはどうも自然空間での『エネルギー』の振る舞いの基本的特徴のように思える。光と同じく、電気回路の『エネルギー』伝送特性もその空間の持つ L と C の機能によって決まるようだ。

自由空間を伝播する縦波の『エネルギー』が光である。空間の科学技術的解釈概念が誘電率[F/m]と透磁率[H/m]である事は、そこに自然空間に於けるエネルギー[J]と空間特性[H/m , F/m]との間に深い関係としての真髄が秘められている。(MKSA単位系の基準定義定数に真空透磁率 μo=4π×10⁻⁷[H/m]が導入されたとの記憶がある。) 参考記事:光の正体 (2018/01/25)。

エネルギーの LC 共振はその特徴的現象と言えよう。コイルの電圧とエネルギー (2021/09/07)で、コイル内のエネルギーの挙動について一定の解釈にまとめた。その事で分かり難いコイル内のエネルギー貯蔵現象の意味が少し分かった。端子電圧としてのコイル内のエネルギー貯蔵分と端子電圧に関わりないエネルギー貯蔵分 eaxの軸流分の二つの意味で捉えられた。

一方、コンデンサのエネルギー貯蔵は端子電圧としてその意味が分かり易い。また、『エネルギー』にはその特徴として、極性・方向性がはっきりしている。コンデンサ内での『エネルギーギャップ』としてのその分布の偏りに現れる。コンデンサ内のただ空間に蓄えられるだけではなく、その極版の片側に偏って貯蔵される。その『エネルギー』の分布の偏りが電圧極性の負側になる点である。それは電池のエネルギー源が電圧の負側(陰極)で在る事と通じる。

エネルギー共振。『エネルギー』には極性が有る。

端子電圧とエネルギーの関係を見ると、電圧の2乗でエネルギー評価がされる。従ってエネルギーは常に正の量として捉える。しかし、その『エネルギー』には極性がある。『エネルギー』のその存在形態は不均衡に偏って分布する。均等に分布することはない。そのような意味をどの様に捉えるべきかを考えた。電圧波形は正弦波で表現する。その電圧の正負に対して、エネルギーの極性を考えた。一般には必ず『エネルギー』の波形は全て「正」で表現するのが普通である。しかし、電圧波形に対して、そのエネルギーの分布極性を考慮して、正負に極性が変る意味を踏まえて波形を描いた。それが次の図である。

1サイクルを4つの区間で分けた。

区間①:電圧が「正」に立ち上がる区間。コイルの『エネルギー』el が最大値で、コンデンサの『エネルギー』 ec=0[J]である。端子電圧に従って、コイルの巻き線間分布の『エネルギー』が増加しながら、コイルからコンデンサに『エネルギー』が流れだす。この el 最大値の『エネルギー』はコイル巻き線間には無く、コイルの内側に沿った軸性のエネルギー流として内部の還流様態として蓄えられている。端子電圧ゼロに対応した『エネルギー』の貯蔵形態である。端子電圧が立ち上がるに従って、コイル巻き線間に『エネルギー』が分布する事に成る。その『エネルギー』の分布はコイル巻線間でも、コンデンサ電極間でも、負極側に分布した様態である。その意味を波形の『負』の極性で表現した。

区間①から②に切り替わる瞬間。電圧が正の最大値で、コイルの『エネルギー』が全てコンデンサに移り切った瞬間である。『エネルギー』が今までの流れの方向から反転して、逆にコンデンサから再びコイルに流れ始める境界点である。

区間②:端子電圧が正の最大値から減少して『ゼロ』になるまでの区間。

今度はコンデンサの最大貯蔵の『エネルギー』がコイルに転流し初めて、すべてが転流し終わるまでの区間。

区間②と③の切り替わり瞬時。この瞬間は、コイルの貯蔵『エネルギー』が最大であり乍ら、コイルの端子電圧は「ゼロ」である。その瞬間に、コイルの『エネルギー』分布は巻き線間から、全て巻線内空間の軸性回転流の『エネルギー』となる。その『エネルギー』がコイルからコンデンサの『正』の側に流れ出し始め、コンデンサの正極の電極側に転入する区間となる。その為コイルの巻き線間のエネルギー分布も正極側に分布して『エネルギー』が流出する事に成る。端子電圧が負になる時、コイルの巻き線間の『エネルギー』の分布も区間②とは逆になる。その意味で、極性が急反転することを記号「j」で示した。

区間③:電圧が負で、『エネルギー』が正極側に分布し、コイルからコンデンサに『エネルギー』が転流する区間。丁度区間①と逆の極性で同じくコンデンサに『エネルギー』が転流する区間である。

区間④:丁度区間②と同じくコンデンサからコイルに『エネルギー』が転流する区間である。電圧及び『エネルギー』の極性が②とは逆に反転した状態となる。区間④の終端で、丁度1サイクルの終わりとなり、最初の区間①の状態に戻る。

以上で一区切りとなる。4つの区間で1サイクルとなる。そこから共振現象の『エネルギー』の一周期 T を判断する。それはコイルの L[H] とコンデンサの C[F] の積が時間[s=(HF)^1/2^] である事を考慮して、次の意味で解釈する。脚注(*)。

T = 4 √(LC) [s]

と捉える。

今まで、ω=2πf=2π/T=1/√(LC) [rad/s] から、T=2π√(LC) [s]と解釈してきた。確かに角度π[rad.]は次元解析では無意味な量と見做していたが、やはり周期 Tの次元が角度と時間の積[rad. s]となり、周期の時間[s]とは違う。

一つの解釈。実際の共振回路設計で、周期 T=√(LC) では結果が適合しない。2π=6.28 なら実際に近い設計値となる。という意味であったのではないか?

2π と 4 の差が実際の設計基準としてどちらがより妥当か。それは実験的に検証できよう。この解釈を実験で確認もせずに示すことの非科学論で恥かしい限りだ。実験室でもあれば、確認してから唱えたいの願い!!どうかご容赦願います。

注(*):  2p-D-11   物理的概念とその次元 日本物理学会、第53回年会、p.13. (1998-4-2).

先ず日本物理学会(長岡技術科学大学、電気系の先生の御厚意で入会させて頂いた)での最初の発表で、物理概念の基礎理論の矛盾解剖論を展開するための自然単位系 [JHFM]の発表。そこで基本概念に『エネルギー』[J]を据えて、時間の次元を [(HF)^1/2^] のインダクタンス L[H] と静電容量 C[F] の関係で捉える意味を提唱した。時間は勿論 [s]であるが、自然空間を伝播する『エネルギー』に着目すれば、真空伝播空間の誘電率 εo[F/m] および 透磁率 μo[H/m]を空間伝播現象の基準に据える必要がある。当然の事として時間の次元は [(HF)^1/2^]となる。この時間の定義はこの発表の重要な基幹を成すものである。1991年1月の研究内容「光の相対速度と空間 (2020/06/08)  関連」との関係で、時間の次元の解釈は重要な意味を持つ。

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。

一粒の光量子像

何故か?

光とは何か?₋光量子像‐ (2012/01/16)。の冒頭のファイル「一粒の光量子」が枠□に変わっていた。クリックすると「写真151 404-File not found.」となる。投稿者の知らないところで、何故そんなことが❓

光とは何か?₋序章₋  (2011/09/30) 。にも同じことが起きていた。

折角だから、

電線路の回路特性

電気理論と回路空間 (2021/07/29) で電気回路現象が電線路の空間に因る事を述べた。

決して、電気配線の導体内を電流や『電子』が流れることはない。しかし、現実の教育で子供たちに誤った科学論を押し付けているのだ。残念ながら、科学者が真剣に自然と向き合わないで来た結果であり、教育者が教える事に疑問を抱かないで過ごしてきた結果である。

もう少し、具体的に電気伝送技術からの『線路定数』の意味を掘り下げて、数式の解釈法を利用して解説しよう。

この解説は、基本的に電気現象の解釈で、物理学理論は全く役に立たないものである事を前提にしている。科学技術理論として、電圧や電流の概念を使い、学習することはとても大事な事である。それはあくまでも自然現象を人の生活に利用するための、簡便な解釈法としての技術理論である。日常生活での生活の術としての知識として重要である。しかし、物理学理論としては、それはあくまでも自然現象の真理を解明することを目的とした学問である筈だ。意味も分からない『電圧』や『電流』などの電気技術用語を利用して、如何にも自然の真理であるかの如くの教育は完全に間違っている。何時までも訳の分からない『電子』の空間像の実相を認識できずに、消化不良の気持ちを持ち続けなければならない不快な気分で居なければならない。そんな気持ちを子供たちに味わわせて過ごす教育の現状は許せない思いだ。

物理学理論の罪。『電圧』、『電流』で解説すること自体が、全く電気現象での物理的機能を知らない専門家という不思議な伝統組織群の話となっている。典型的な事が『電荷』や『電子』の空間像を真摯に描こうとして来なかった事にその原因があると思う。

空間に在る『エネルギー』を認識していない。

光がどの様な『エネルギー』であるかを、その自然に向き合って来なかった事、その事に対しては科学者に、特に物理学者にその責任がある。

その電気回路での空間特性と電線路空間構造の関係を示して、電気現象が『電子』などで解釈できるものでない事を示す。何時までも『電子』の在りもしない仮想概念に頼っていては益々、物理学の存在理由が問われることになる。考える科学論でなければならない。

電線路空間特性。分布定数回路空間の世界 (2019/10/14) による。

電線の太さdとその間隔Dが電気回路の特性のすべてを決定するのである。ただし、電線路空間の空間媒体の影響が大きく関わる。裸電線での回路空間としての解釈を上の図では示してある。実際の電線はビニル絶縁電線などである。金属導体の近傍空間がエネルギー分布に大きな意味を持っている。そこは普通はビニル絶縁体で被われている。だからその媒体の影響を強く受けることは認識する必要がある。また、エネルギーの分布は電圧の負側に偏ることも認識しなければならない。それが『エネルギーギャップ』と言うものだ。電気回路から物理学理論と教育 (2021/07/22)にその参考記事がある。

ここ迄の認識に至るには長い道のりがあった。筆者の過ち。それは、日本物理学会での2001年の発表での失態である。

28aYW9  プランク定数の次元と実在概念  日本物理学会、第58回年次大会。p.338.(2001).

実は、その内容を発表せずに、とんでもない御迷惑をお掛けしたことである。実は、電気学会での『静電界は磁界を伴う』の資料を会場に置き、その内容を話した。誠にお恥かしき限りだ。この発表に至る経過がある。2000年に新潟大学で、物理学会の大会が行われた。その大会がプランクの記念大会となっていた。その事を知って、翌年の2001年に発表するために用意した。考えてみれば、如何にその当時の、『電荷』概念への疑念を明らかにするべき研究の場を失う事への、自己に対する科学研究の責任と社会的不可解への怒りが心の奥にあったからとは思う。

その直接の切っ掛けは、物理学理論で「粒子性と波動性」の解決すべき課題があった。一つの現象を波動性と見るか粒子性と見るかの曖昧な未解決の問題があった。一つの物理現象が二つの見方で解釈しなければならないとは如何にも不可解であった。その解決は光を『エネルギー』の空間流として認識する以外ないと考えていた。その空間像を指数関数の表式で、提示したのである。曖昧な波動ではその空間的実体を理解できない。それでは物理学と言えないと考えた。その意味を示した。しかし、その事を理解するには、空間の電磁エネルギーの実像を認識しなければならないという意味で、『静電界は磁界を伴う』の意味を話した。電界と磁界は空間の『エネルギー』の分布をそれぞれの捉え方で解釈しているだけでしかないのだ。その意味で、発表に行き過ぎであったことをお詫びしなければならない。しかし、そのプランク定数の捉え方は間違いなかった。

プランク定数での疑問。余りにも有名であり乍ら、大きな謎、それはその『次元 [Js]』であった。最初の日本物理学会での発表も、[JHFM]と言う次元を明確に認識する事の大切さであった。

現在の認識は プランク定数の概念 (2018/07/17)に述べた。プランク定数の次元が [Js] である意味を考えれば、空間の伝播『エネルギー』の一つの単位とその通過時間の積だという事位は感覚的に思いつく筈だと思った。それ以外粒子性と波動性の矛盾は解決できないとその当時考えた。その空間に実在する『エネルギー』という認識が、物理学理論に欠かせない基本である筈だ。『電子』ではその『エネルギー』は理解できない筈だから。

関連記事。

27aZA-1  量子論の起源を問う 日本物理学会講演概要集 61-1-2. p.394. (2006).

30aXG-8  量子エネルギー mv² の空間 同上 61-1-2. p.329.  (2006).

23aWA-1  量子エネルギーのベクトル解析 同上 69-2-2.  p.291. (2006).

等で、光の空間エネルギー分布像を論じた。それらは、光とは何か?₋光量子像‐ (2012/01/15) に記した。

前の記事。質量とエネルギーに、光のエネルギーと質量の関係への思いを詩に託した。

質量 それはエネルギーの象形

エネルギー それは質量の解放像

エネルギーは 眠りで世界に現れる

その寝姿が質量である

エネルギーは不均衡を好む

その局限で質量となる

エネルギーは光で その本領を発揮する

光は 自然が託した 未来への伝言である

物理学理論と科学技術理論との関係をきちんと捉え直して、未来の教育をどのようにすべきかは皆が、一般市民が考えるべき問題と思う。それが教育行政に上手く反映することが民主主義の基本であるだろうから。

 

質量とエネルギー

質量とエネルギーの関係  E = mc²  [J]

が質量とエネルギーの相互変換を捉える原則である。アインシュタインが唱えた。

この式で、質量 m とエネルギーの等価性を定義していると理解する。しかし、その式の厳密な導出については理解していない。

自然の表現形式 自然世界は質量とエネルギーによって自己表現をする。

質量とエネルギーの関係を詩に表現した。下手な筆字で心苦しいが、思いを表現した。

電気理論と回路空間

教育における指導内容。学校で使う教科書は教育の行政機関が細部に亘って検定で合格する内容を決め、その指針に従ったものでないと教科書として学校では使えないように思う。その教科書の電気理論について問題を指摘したい。電気回路現象について、教育の場で真理を伝えたいと願って30年過ぎた。

ここで展開する考察は、科学理論ではなく文学論だと過去に言われた。確かにその通りだ。科学的検証法に則っていないから。しかし、科学的に測定できない物が自然世界を基本的には象創っているのだ。科学理論とは何かで、次に述べる意味を分かって頂かなければならない。

 簡単な電気回路で教科書の解説とその回路の真の電気現象を比較してみよう。

24ボルトの電源に豆電球を繋ぐ。電線は2本を適当に這わせた。この回路で、電圧は電線間に掛かる筈だ。電圧とは何かが現在の教科書では明確に示されない。確かに電線のプラス側とマイナス側の何処に電圧計を繋ごうと、その電圧値は24ボルトを示す。

電気理論では電線2本で、負荷のランプに電圧24ボルトが掛かる。だから電線がどの様に配線されようと、その線間電圧に何も影響を及ぼすとは考えない。プラス側の電線には電源端子からランプの端子迄同じ電位24ボルトだという意味である。マイナス側の電線の電位は基準の0ボルトと考える。

上の図で、「p1点 とp2点の2点間の電圧は幾らか?」その答えには深い意味が隠されている。答えは24ボルトではないのだ。しかし電圧計をつないで測れば必ず24ボルトとなる。『その意味は何か?』が自然現象の真理を理解する起点となる。そこが、えも言われぬ自然と科学理論との絶妙な差である。空間の『エネルギー』は科学的手法では決して測定できないのである。その事は科学理論の検証の限界を示すことでもある。そこは哲学になろう。人の感性に頼らざるを得ないところだ。 科学技術理論は自然を利用する視点で組み立てられた解釈法である。その視点で見れば、その理論は如何にも論理的で完璧に見える。しかし、素人、科学技術理論に疎い人から見るときっと何か理解し難い『本当か?』と言う思いが燻っていると思う。検索情報の中に、初めて学んだような子供たちが、『電流とは?』とか『電圧とは?』とか素朴な疑問が質問に見受けられる。結局その回答者が答える内容は、決まりきった意味不明の教科書や高等理論でお茶を濁した内容で逃げているのが現状である。教科書を書く人が過去の伝統的解釈論の伝承に心しているだけが故の、真剣に疑問と格闘しない専門家であるからと思う。そこのところを、自然を利用する視点と異なる、自然に己の心を開いて感応させようとの思いで、科学理論を見直してみたいのだ。自然は科学理論の定義概念程複雑の本質を持っている筈などない。『電荷』など自然は必要としない。原子構造論のような複雑さを自然は嫌う。

 

そうは言っても、電気回路理論通りに電圧計を繋いでみれば、どんな場合も思い通りの実験的に証明できる。それが科学的理論の真理の捉え方の原則である。その解釈法は誠に理に適っている。誰に対しても目に見える形で「答」として示せるから。科学技術を活用する観点からは全く間違いはない。何処にも非の撃ちようが無い。そんな科学技術理論が伝統的に生活に果たした意義は計り知れない有意義なものである。

 それは物理学理論と言う伝統的で、専門的な共通の科学論の基本に則った解釈法に適合している。しかし、その伝統的解釈法では空間に『エネルギー』があると言う意識、認識に基本的に立って居ないのだ。『エネルギー』は運動エネルギーや位置エネルギーが基本になっている。それは『質量』がエネルギーを認識するための具体的根拠と解釈しているからだ。質量の無い物理量が空間に在るとは認識していない。

『エネルギー』とは何か?

 ここで使う『エネルギー』と言う用語は、ややもすると地下資源のエネルギー政策の燃料と解釈され易いかも知れない。しかしそれとは違うのだ。『光のエネルギー』が空間を光速度で伝播していると考えるか、そう思わないか。そこに明確な認識を示して貰わなければ、先の話が嚙み合わない。エネルギー(energy)とは? (2011/09/07)等の旧い記事もある。

 もし光が空間を伝播する『エネルギー』だと解釈しないなら、最近空間の電線路無しの『エネルギー』伝送、『電力』伝送と言う話題もちらほら見受けられるが、そんな話題は物理学理論とは嚙み合わない話となると思うが如何でしょうか?決して空間に質量によって『エネルギー』を飛ばす技術で考えている訳ではなかろう。受ける方は光速度の弾丸を受け取らなければならない仕儀となる?電磁エネルギーは空間に分布した『エネルギー』の縦波なのだ。スマホの電波も同じ空間の『エネルギー』の縦波なのだ。電磁波は電界と磁界の質量を伴わない、誠に都合の良い曖昧さを隠した如何にも高度な専門的知識の数学的表記理論の総合概念だと言っているように思える。空間を光速度で伝送する『エネルギー』の波だ等とは解釈しない。光が『エネルギー』の波だとは考えず、振動(何が振動しているかには答えない物理学理論)の波だと言う。例えば、NHKの放送電波の電力が300[kW] と言う。空間に放射する『エネルギー』の1秒当たりの量である。その空間に放射するものが何であるかは『エネルギー保存則』との兼ね合いの理屈としても理解できよう。電界や磁界の強度を空間ベクトルで解釈する電磁波の電磁気学理論以前の問題であろう。

そこで改めて考えて欲しい。電線路空間はどのような物理的役割を担っているか?『空間』という物理的対象は電気『エネルギー』の伝送に対した、特別に考えるべき機能を何も持たないと解釈するのか?と言う疑問である。確かに現在の理論で、電線で挟まれた空間が『エネルギー』伝送に特別の役割を持つと考える必要もないのがオームの法則等の電気理論だ。電圧と電流という科学技術量だけで、他に何も付け加える必要などないのだ。だから電線が張られていれば、その電線の間の空間など何の役割も持たないと言う解釈が普通の電気理論の解釈となるのだ。だから何も考えることなく、オームの法則が便利に使えるのだ。電気回路現象、それは実験で確認できる。科学的理論に適って実験的に証明されるという大前提が確立しているのだ。学校で習う教科書で、電線路の『空間』と、その空間を流れる『エネルギー』等と言う話はどこにも無い。だから初めから電気回路現象に『空間』が大切な役割を担っている等と聞くことも無い。誰も教えない。教える先生が居ない。何故そのような教育の場に成っているのだろうか?

 その原因は❓ 研究者や専門家は、その研究内容が社会に役立つことが認められて、その研究業績に人生の誇りを掛けているのだ。役立つ研究とは経済的な競争に有効な業績として残るものに意識が向く。日長ぼーっと目の前の景色を眺めて、景色と光の物理的関係は何だろうか?等と疑問に思っても何の経済的利益にも、研究業績にもつながらない。研究室で、科学研究費を獲得するような研究課題を探し続けなければならない『任期制度』の若い研究者の研究環境は厳しい状況らしい。先輩や指導者の研究業績に従って、その方向性で決まった内容しか生きる研究の道は無いのだ。『電荷』など自然界に存在しない等と言えば、それだけで研究の道は厳しい。『静電界は磁界を伴う』という物理的意味をどれだけの方が分かるか。

しかし、自然現象を解釈する方法は科学理論が唯一ではない筈だ。次の電気回路の線路空間を例に、その事を考えてみよう。

空間のエネルギー伝送 『エネルギー』が空間に満ち溢れている。光はその代表だ。電気エネルギーも光と同じエネルギーの空間の流れだ。

金属導体の電線内部を『エネルギー』が伝播する訳ではない。電気回路現象のように、物理学理論によって自然現象が起こる訳ではないのだ。自然現象のある面を切り取って解釈する方法が物理学理論なのだ。あくまでも自然が在っての、それに対する人の解釈法の物理学理論なのだ。

物理学理論に逆らった電気回路論。

 図は電線の配線の空間構造に考える為の工夫をした。電線路線間間隔に差を付けた。決して電気回路としてこんな無意味と言える配線は実際にはしない。何の経済的利益も生まない無駄な事だから、電気技術研究者はこのような配線構造は考えないだろう。しかし、中には分布定数回路など、高周波伝送路の設計などをしている方が『おや?』と技術者感覚から、何かに気付くかも知れない。電線路は反射波などの無い一定の特性インピーダンスで統一しているのが、同軸ケーブルなどである。線間間隔が狭くなればその空間の静電容量 C[F/m] は大きくなる。当然その線路空間の電気的特性は変化する。送電線路でも電気特性は線路定数のC[F/km]、L[H/km]等で解釈する。それは電線路空間構造によって決まるからだ。決して電線の中を『電子』が流れる事は無いのだ。『エネルギー』伝送の役に立たない『電子』の役割は何処にも無いのだ。

上の図の回路空間が直流電源回路であっても、その空間のエネルギー分布密度[J/m]は様々な反射現象を伴いながら、結局一定の負荷電力供給に対応する値になって、『エネルギー』供給の自然現象機能を発揮する事に成る。詳細の『エネルギー』分布は皆さんにも考えて欲しい。

その意味の起点を教えてくれたのが『変圧器の奇想天外診断』(2015/06/03)の実験的結果である。電気現象の本質は『静電界は磁界を伴う』の実験結果を理解することから分かる筈だ。

蠟燭と灯り

有名な書籍「ロウソクの科学」がある。電磁誘導現象の発見として有名な、イギリスの科学者マイケル・ファラディー(1791-1867)の公開実験と講演(1860年から翌年までの6回のクリスマス講演)の内容と訳者の解説に在る。身近な化学反応に関する内容のようだ。

その本が手元に在り、公開実験で市民に当時の最新の科学の、今で言えばサイエンスコミュ二ケーションに相当する意義を認識しての講演であったと言えよう。その本の記事に触発されて、同じ蝋燭の物理的現象を考えてみたくなった。当時のファラディーの科学知識に比べても、何も分からない者が考える内容だから大したものではない。しかし、今でも物理学理論から蝋燭の燃焼・発光現象を解釈したらどうなるか?少し、電気回路から物理学理論と教育を考えるから離れて。

化学方程式は炭素と酸素が結合して炭酸ガスになる。炭素(黒鉛)の燃焼熱あるいは二酸化炭素の生成熱として、

E = 349 [kJ/ 1 モル]

と検索結果に出る。この数値はどのような科学的根拠から算定されたのか?ただ根拠なしに、唐突に示されると、それは科学論としては訝しい思いになる。電子の電荷と質量が10桁も示される科学理論と同じく論理性の無さで社会的な欺瞞科学論に思える。この数値、349[kJ]も空間に現れる『エネルギー』の測定量の筈だ。物理学での数値ではなく、化学における数値のようだ。「基礎理科」への統合理科への道筋としても両方の科目で、相互に理解し合えるものであって欲しい。その科目統合の基準として『エネルギー』に視点を置かなければならない。

蝋燭の蝋が熱でガス化しないと燃え難かろう。燃え芯が旨く蝋を熱で溶かし吸い上げるから、少しぐらいの風にも消えずに灯りを灯し続ける。『エネルギー』は空間で物質が変換して初めて発生するものである。ロウソクは、蝋と酸素の化学的結合の燃焼現象の結果として、熱と光への変換が起きている訳だ。結合前の炭素と酸素から炭酸ガスが生じる。その時、『エネルギー』が発生するには炭素と酸素の質量が変化せずに『エネルギー』が生まれる訳はないのである。『エネルギー保存則』という意味が科学論の根底に捉えられていない。

自然現象で『エネルギー』に関わりないものは無い。何時もその『エネルギー』の実像、空間像を探してきた。エネルギー(energy)とは? (2011/09/07)。糸電話―力学的解剖ー (2014/03/06)。等から、『電子』の科学理論の基礎概念としての矛盾が確信となった。電子論は論理性で矛盾に耐えない。

蝋燭の灯りは空間に放射される光の空間エネルギーである。物理学では、その光の空間に流れる『エネルギー』の縦波現象だとの認識が無ければ、未来への理科の役割を果たせない。349[kJ]の論理的算定根拠が化学論に欲しい。それが質量のエネルギー変換現象だとの物理学での認識が欠かせない。

過去に同じような記事が有った。すみません、少しボケかな?焚火の科学 (2018/05/26)。焚火と蝋燭 (2013/02/03)。

雷と電荷の物理

(2021/06/22)。とても興味ある記事が手元に在る。専門家の論説:「雷の物理とその観測技術」だ。

雷の正体(2012/11/13) 「(注)この記事も一つの図が勝手に見えなくなっている。今日その訳は?新潟県議会 の記事で「日本国憲法との関係を述べた」その事例だ。??」は筆者の記事だ。それに対して次の記事は所謂専門家の記事だ。『電荷』が自然界に存在するか、しないかで別れる観方だ。

「雷の物理とその観測技術」が日本物理学会誌 Vol.71, No.4, 2016 。話題として解説されている。ところどころ色鉛筆で下線を引いて注目した跡も残した解説である。

長く電気回路現象の物理的理屈を考えてきた。結論は電気回路に『電荷』は無意味な概念で、そんな物理量が自然世界に存在する訳はないと確信するに至った。

だから専門家が解説する「雷」の物理現象解釈は全く間違っているとしか言えない。『電荷』など存在しないから、他の解釈に因らなければ意味が無い説だ。

雷の特徴は何か?

『ピッカ』と光の放射を伴う。先ずその光は何が光になったのかを解説しなければ、物理学とは言えない。その光が『エネルギー』と理解しているのか?『エネルギー保存則』と言う物理現象の根本原理をどの様に専門家は意識しているか?『エネルギー』の意識無しの物理論は全く信用できない。それは自然を観ようと意識しておらず、物理学論を論じているだけでしかない。それも専門的解釈論で。

その専門家の論理は、勿論電気回路での『電荷』や『エネルギー』の役割など考えたことも無い中での解説論であると思う。

見えるもの 見えないもの (2015/03/12)。雷は見えるがその本質は見えないようだ。本質は『熱エネルギー』だ。

電源電圧の物理概念

(2021/06/16)。漸く辿り着いた。『静電界は磁界を伴う』(1987年4月)の発表をしてから辿り着いた。決して『電荷』や『電子』等を必要としない電気回路現象解釈。自然世界に、その空間に『エネルギー』がある事を知って欲しい。物理学理論のどこに、その『エネルギー』の概念が在るだろうか。物理学理論は役立つのか (2021/04/09)。

『電圧』と言う誠に優れた電気技術概念。その意味は長く物理学理論において、『電荷』によって解釈されてきた。しかしその電圧の物理概念は『電荷』などでなく『エネルギー』が示す自然現象の意味であった。

交流電源電圧の電気回路における物理概念を上の図によって考えたい。電圧は電気回路の現象を決定的に決める基本量であると感覚的にも捉えられる。

長い間その電圧の意味を、『電荷』によって解釈してきた。漸くそれは『エネルギー』が示す電気回路現象であったとの結論に至った。回路の負荷に誘導性負荷と容量性負荷を取り上げた。電源電圧は正弦波交流とする。電線路は二本の電線を張ればそれでよい。その電気回路をどの様に解釈するかが一つの要点となる。また、電気現象は全て『エネルギー』の光速度伝播現象である事を認識しなければならない。決して『電子』は電圧の意味に何の役目も持ち得ない。単純な2本の導線で囲まれた電線路の空間を電気のエネルギーが流れるのである。電源電圧 v[V] とすれば、それは下の式、(2)式のように電線近傍の空間に、単位長さ当たりの静電容量 C[F/m]によってエネルギー分布が決まるのだ。

 

その電線路単位長さ当たりのエネルギー分布 δp[J/m]は電線路全体に瞬時に行き渡る。数㎞の電線路に電圧を掛ければ、その電圧は光速度のエネルギー流によって、電線路全体がその電圧値になる。そのエネルギー流の流れは上の(1)式の流れの式で表現できる。速度 co=(LC)^-1/2^ [m/s] で流れる。電気現象の最大の特徴は、光速度伝播現象であるという点だ。電気理論や物理学の教育者は決して、1秒間に『電子』などが地球7回り半の速度で伝送できない事を肝に銘じておくべきだ。子供達に嘘で誤魔化す教育はするべきではない。長く30年以上もかかった結論である。

電圧とは。(2)式より、

v=√(δp/C)  [(J/F)^1/2^]=[V]

で表される、電線路空間のエネルギー分布を解釈した技術概念だという事である。この電圧は直流であろうと交流であろうと特に差は無いのだ。交流電圧は直流の電圧値がただ時間的に変化する違いでしかない。それはエネルギーが光速度伝播である事にその特性があるからだ。

(1)式の電力p₀[W] はその電線路電圧の伝送エネルギー流の最大限界値を表す。光速度 co=1/(LC)^1/2^ [m/s] との積で表される。(注)最近の配電線路もピン碍子は使わず、静電容量が大きな、特性インピーダンスの小さな高エネルギー密度の、容量増の配電線路になっている。

(3) 、(4)式は負荷の特性を表す式だ。

その電力の式は、誘導性負荷の場合は、

誘導性負荷の波形

その貯蔵エネルギー量は印加電圧の時間積分で決まる。また容量性負荷の貯蔵エネルギー量はその電力が電圧時間微分で決まる。誘導性負荷の場合の電気現象波形を示す。wl[J] がLrの貯蔵エネルギーである。

 

 

電気の眞相-電気エネルギーとは何か- (2014/10/13) が電気回路現象への疑問との格闘の一つの問答の始まりかも知れない。

まとめ。

漸く電気技術理論、電気工学理論を、その優れた電気技術文化として理解できる心境になった。『オームの法則』、交流電気回路の『インピーダンス解析理論』、その『電圧と電流』の技術概念を理解できた。決して『電子』など必要としない事を理解できた。残念ながら「クーロンの法則」は教育の場には相応しくないことも確かな事である。『電荷』概念は余りにも自然の真相からかけ離れた解釈を強いる事に成るから。また、『磁気』とは『エネルギー』の軸性回転流の空間場であると理解できた。残念ながら地磁気の逆転現象などはこの地球上に起こり得ないと分かって欲しい。『電界』も『磁界』も全て『エネルギー』の科学理論構築用の解釈概念でしかないと言う意味で、自然世界の「真理」とは異なる事をも知って欲しい。教育の、理科教育の専門家は未来への新たな方針を立てなければならない時に在ると理解してほしい。どうか皆さんからの、『電荷』や『電子』の概念を否定する私への批判を期待します。