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波と量子力学

光はなぜ進むか光と世界 光は不思議の世界を演出する。光のエネルギーはなぜ光速度で伝播するのか。自然を理解するとは楽しくて、難しい。

次の時代を担う子供達の為に何が必要か。競争によって勝ち取らなければ、幸せな人生につながらない様な社会が理想なのか。己と戦うのは自己の社会的貢献に役立ちたい願いの実現に成る。等しく学習する権利と環境は経済的な格差の無い状態で、すべての子供達に与えられる事が社会的制度の基本だ。学習環境の一つに教科内容があり、そのあるべき姿はどうであるか。最近「波」について、その教育内容を考えてしまうことが増えた。教育内容が大学への専門的知識の詰め込みに成ってはいけないと考える。全ての人がある程度科学技術について理解できなければいけない時代に成った。現在の科学技術は新たな革新的成果を実現する程余裕のない段階に達してしまったのである。技術的開発の飽和状態に成ったしまった事を認識すべきである。自動車を生み出す、冷蔵庫を考えだす、トランジスタラジオを作り出すなどの社会生活の革新的変革はもう望めないところに来たのだ。科学技術革新の飽和の時代なのだ。その事を知って欲しい人が、経済、政治、金融、法律などの社会制度の構築を仕事とする方々なのである。その事を知らずに未来の社会制度を考えては、実に危険な事に成るのだ。人手が足りないから、人件費が経済利益の業績に負担だから、チャップリン(街の哲学者)が指摘したロボット化社会の人の道具化視点社会が許されるのか。危険な科学技術に、無人運転機械(自動車、ドローン)の街中への導入は代表的な科学技術社会の未来の危険を目指す物になる。エレベータがどんな技術、電力(動力)で運転されているか。津波の原因は何か。クレーン運転の安全はどう保たれているか。海水温の上昇がどんな気象災害に結びつくか。先日のフィジーでの強風災害の秒速90メートルが何故発生するか。みんな日常生活に結びついた事柄である。

波はエネルギーの縦波 光は自然世界の波の代表である。光のエネルギーはプランク定数 h[Js] によって解釈される。電子の描像を捉えるのに粒子と波動の二つの見方で理解されているのが現代物理学理論の実情である。その理論的基礎を成すのが量子力学である。ド・ブロイの波長、シュレーディンガー波動方程式などがその量子力学理論の基礎として構築されている。その発端になったのが、1900年に発表された、マックス・プランクの放射理論で、光解釈の不思議な概念の基本定数・プランク定数hである。波動と言えばシュレーディンガーとなるが、そこには運動エネルギーとポテンシャルエネルギーしかなく、オイラーの公式の虚数概念に基づく解釈法が採られている。そんな虚数が自然世界の実像を描写できる訳がないのに、数学的抽象化の虚像科学論の専門科学になっている。電子の描像を波動性と粒子性のジレンマから抜け出せない原因も虚数に象徴されている。

写真198プランク定数 10の-34乗と言う途轍もない小さな数値である。量子力学理論の根幹を成す定数だ。この定数について長い事疑問のままで来た。科学理論の世界を支配している定数と言えよう。しかし私は、その論理性、正しさを未だに認識できないのだ。

プランク輻射式の解剖プランク輻射式の解剖 (1)式が論文に示された式である。単位[J/m^4^]は書かれていない。この式から導出されたプランク定数hが長い科学理論の歴史を彩り、現在の科学界を支配していると言ってよかろう。その式の持つ意味を一応簡略に書き換えたのが(4)式である。さてこの定数の何を疑っているかである。密閉した金属の壺、黒体の内部空間から放出される光の温度変数に対する放射スペクトラム曲線を示していると言うが、その測定が可能かに疑義を呈するのである。どんな測定法で、E[J/m^4^]の物理量を測定できると言うのか。まさかE[N/m^3^]でもないだろう。何方がこの測定結果を検証したのだろうか。光の波長を分離して、各波長ごとに正確に測定できると考えるのでしょうか。光の強度は光束量の単位ルーメン[lm]で計るが、人の目で感じる感覚も比視感度によるフィルタにより、受光する光のエネルギー量の強度には比例しない。光エネルギーを正確に測定する全波長に亘って、波長分離して計測できる方法など存在するのだろうか。しかも単位が単位であるから。また、黒体の内部空間構造が球形であるか、立方体であるかによって、放射光のスペクトル分布曲線も異なると考えられる。空間内部反射によってその分布も異なるだろうと考える。先ずその黒体放射分布を確認したいものだ。誰も検証しないで認めていたとしたら、科学理論の実験的検証論拠は如何なることになるのか。上のプランク輻射式の解剖は熱輻射理論に関する考察で述べ、プランク定数を解剖するでも論じた。この熱輻射理論については、文献「熱輻射と量子 物理学古典論文叢書1 物理学史研究刊行会編 東海大学出版会」の論文翻訳によって学習させて頂いた。また光の空間エネルギー描像はプランク定数の概念に基づいて考察した。光の一波長分でも、各光はそれぞれの波長ごとにエネルギーの基本単位を持っている。その光量子描像を光とは何か?-光量子像ーに示し、そこでプランク定数の概念についても解釈を示した。しかしそれで全てが解決し、納得できた訳ではない。その疑義がプランク輻射式の単位、次元の問題である。(2016/05/03)追記。プランク定数の物理的概念、それは次元から上の記事に描いた解釈以外は無かろう。それは波長λ[m]の光一粒のエネルギーをε[J]とすれば

h=τ×(H/e)×λ^3^ [Js]

=ε×τ [Js]

ただしτは一波長の周期[s] 、H/e は光波頭エネルギー密度の平均値[Jm^-3^] およびλ^3^は光一粒の占有体積[m^3^] である。なお、プランク輻射式の次元の問題は実験的に確認しなければならない問題として残る事になる。

光はなぜ進むか 光は光速度で進むから、それだけで十分で何も考える必要はない。それ以上の問答は「哲学」の領域だと言われるかもしれない。じゃあ哲学者が論じられるか?やはり自然科学者の領分であろう。光が進む物理的原理があろう。その自然現象の本質を認識出来るか出来ないかを子供たちに伝える事が大切な「理科教育」である。生物学で、生命を支配する遺伝情報のDNAが何故4つであるのかもこの上ない不思議の世界である。解ったふりをするより分からない事を伝える事がより大切なのである。それが「考える」教育なのである。しかし波がエネルギーの縦波である事位は理解し、教育に組み込むべきである。光が何故進むかの疑問に答えるには、電気回路のエネルギーの振る舞いに着目することがその一つの道標となろう。電線路間の空間にエネルギーがどのように、何に縛られて伝送されるかを理解しなければならない筈だ。真空空間を電波が何故損失無く伝送されるか。自然空間の科学技術論の解釈概念である「誘電率と透磁率」の物理的意味を認識することと、電気回路の『共振現象』におけるエネルギーの振る舞いとの関係を総合的に認識すべきである。そこに自ずから答えが見えて来る筈だ。数学的抽象化だけに頼らず、自然を見詰める心が大切である。

虚数と世界認識

市民感覚から様々な専門領域に踏み込んで、学習を試みる。物理学領域で矛盾に突き当たった。殆どが、高等数学の数式で表現されている内容に理解できない矛盾を観る。今回は、雑記ノートに(2009/12/06)で記されている『数学』の事に触れたい。箇条書きになっている。

1. 虚数は数学的世界認識の表現領域を拡大するために創案された数の概念である。

2. 数は世界認識における量的表現の基準概念として位置づけ・価値付された。

3. 数が自然界の現象解釈の深化の手段とするには、その量的基準となる『次元』、「単位」が明確であってはじめて有効な手段となる。

4. 虚数で自然現象を認識するには、その虚数の大きさと基準単位が明確である事が必須条件となる。例えば、虚数 i=√-1  と言う表記号を利用した時、面積S=i8[㎡] と言う面積が理解出来るかと言う疑問である。同じく『虚時間』と言うお話が巷の科学解説の御本に出ているが、そんな時間をどう理解すれば良いのだろうか。

『虚数』は数学的表現手段として、興味拡大につながったとしても、自然現象の『実在性』認識の役には立たない概念である。虚数と同じく「負数」も『次元』「単位」を付けると実在しない世界のお話となる。長さ -3.5[m] は実在しない。それはとても抽象的な、難しい世界である。

物理学的世界の実在性認識に『虚数』、「負数」は役立たない。

私が科学的能力が無いためなのか、やっぱり理解できない感覚上の概念である。

エネルギー[J (ジュール)]とJHFM単位系

物理学の矛盾に戸惑いながら、その基礎理論に切り込むための基準量[J(ジュール)]で単位系を新しい形で提唱した。それは1998年春の事である(日本物理学会講演概要集 第53巻 第1号 第1分冊 13頁)。

不明単位の追加

2011/03/11 の東日本大震災で福島第1原子力発電所が大きな2次災害を引き起した。その放射能関連の問題が湧きあがった。放射能(?)の次元・単位・用語の問題である。ベクレル[Bq]とシーベルト[Sv]がその計測単位である。しかし光のルーメンと同じく、その単位の意味は理解できない。所謂業界用語の計測単位なのである。物理学の教科書には、1[Bq]=1[event/s]および 1[Sv]=1[J/kg]と示されている。eventとは原子崩壊の回数を言うものである。1秒間に何回原子崩壊が起きようと、その原子から放射されるエネルギーが人体に影響するものもあれば、何の影響も与えない放射エネルギーもある。だから「何ベクレル」と言われても全くその放射能(?)の人体に対する危険度を認識できないのである。シーベルトも同様に、エネルギー量の単位ジュール[J]を放射能(?)量に換算して、計測しているとは信じられない。空間の光エネルギー量を的確に捉えられているとは信じられない。放射能(?)の計測量と人体への危険性との関係は、今でも私には理解できない業界独自単位に見える。その計測単位を明快にする事も「科学技術社会」の重要な課題である。(2012/06/20) 『放射能』という用語の概念が不明確である。放射性核物質の『放射性能・放射性強度』程度の意味を込めた用語であろう。その使い方を考えると、放射性核物質からの「放射線強度」あるいは「放射線量」と言う意味と解釈できる。放射能と発熱の正体は何か?に考えを述べた。放射能の用語に(?)を付けた(2014/03/10)。

放射線計測に科学技術・理論への不信  (2012/09/16) 追記。先日ある食品の放射線量が190㏃で、限度基準値を越えた。そんなニュースがあった。2011年3月11日の原発事故で、放射線計測値に疑問を持った。報道される度に、その定義値の意味を確認して来た。しかし、1年半経った今でも内容が不明のままで堂々と測定値として罷り通っている。文部科学省は『モニタリングポスト』も設けて、大気中の浮遊放射性物質濃度を測定している。何を計っているかも明確に説明できないままで、科学技術に関する重要な行政の役目が果たせるかと信じられない状況である。厳密な定義、辞典で説明しているシーベルトが [J/Kg] やベクレルが[event/s] と言うものがどの様に測定値に意味付けられるかを説明する必要が有ると思う。こんな単純な疑問にお答え頂けないままで放射線測定値が独り歩きしている事に戸惑いを抱かざるを得ない。この状態で、どこに「科学技術・科学理論」への信頼が得られましょうか。食品から検出された190㏃とは、食品の中に含まれている『放射性物質』から放射された線量値である。食すれば、体内に取り込まれる。放射性物質の種類までは特定できないので分からないが、プルトニュームかセシウムでその生理学的危険性は異なる筈だ。その物質の単位時間当たりの放射回数(events)ではどのような危険性かが理解できない。放射性物質の1原子が1回の原子核放射で、その原子の放射現象が終了するのかどうかもはっきりしていなかろう。放射性物質の集合体として、全体で放射が指数関数的な半減期減衰特性に従うものであろうと解釈する。シーベルトと言う計測単位も、理論で言う「J(ジュール)/Kg」のエネルギー量の単位ジュールがどのように計測されるのだろうか。しかも空間を通過する放射線量(光速度)あるいはα、β線粒子等を、モニタリングポストの検出器でどのように捕え、それをどのようなジュール値として検定して、測定値を決められるのかを問わざるを得ない。以上の論点は、辞典や教科書の定義や理論解説に基づいた解釈からの考察である。それ以外の新しい私の知り得ない知見で、放射性物質に関する測定値が定義・解釈されているなら、希望が持てるかも知れない。