物に触れるという現象

物に触れるという現象は、ミクロな視点で考えるとどのような現象なのでしょうか？

例えばテーブルに指で触れることを考えます。指の皮膚とテーブルの表面が"触れる"という感覚を人間が感じるのは、指先の原子(言い方が変かもしれませんが)とテーブルの原子がどのような距離関係になったときなのでしょうか？そして、どのような種類の「力」を感じているのでしょうか？

御回答お待ちしております。

質問者からの補足コメント

• お礼の中で縮退圧と不確定性原理から来る反発力について混同していました。すみません。

  No.2の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2015/02/03 23:43

No.2 ベストアンサー 回答者： ryumu 回答日時： 2015/02/03 22:12

ご存知の通り、あらゆるものは原子で出来ていますが、その表面は全て電子雲です。

ですので、物質同士の衝突は、表面の電子雲同士の衝突ということになります。
距離関係となると、接触する各原子の「ファンデルワールス半径」を使うのが妥当でしょう。
例えば、ファンデルワールス半径のAの原子と、半径Bの原子が接触したときの距離は、Ａ+Ｂという感じです。

さて、手でテーブルを押さえると、手とテーブルの分子同士の表面がぶつかります（ファンデルワールス接触）。
実際には、電子雲同士の電気的反発が生じます。
さらに手でテーブルを強く押していくと、互いの原子はより密にされるため、電子雲は圧縮されるようになります。
が、電子は不確定性原理により、ある一定以上の範囲で原子核から広がりをもって存在しなくてはいけないので、圧縮しようとすればするほど、反発しもとの大きさに戻ろうとします。
余りにも強くテーブルを押さえると、原子はそのままの大きさを保とうとするので、分子間の結合が弱いところから押さえるエネルギーが消費されて壊れていきます。多くの場合、手の方が先に壊れるでしょうが。。。

この回答へのお礼

「ファンデルワールス半径」とは便利な物理量ですね。初めて知りました。
そして、力の起源としては電子同士のクーロン斥力を考えるのですね。

固体に力を加えたときの反発力については、私の方でもざっと調べたところ、電子同士のクーロン斥力だけでなく、格子の寄与や、仰るような排他率に由来する縮退圧というものもあるようですね。面白いです。

他の回答者様の回答も待ってみようと思います。

ありがとうございました。

お礼日時：2015/02/03 23:38

No.1 回答者： m-harmony 回答日時： 2015/02/03 19:26

まず、「触れる」ということを「現象」として捉える場合は、質問者様のおっしゃるとおり、指先の先端(にある原子)とテーブルの原子との距離が「0」になる瞬間のことを指していると言えるでしょう。

ただし、その瞬間に「触れた」ということを「感覚として感じる」ことは難しいと思います。

感覚は「神経」が反応することで初めて脳にその情報が伝達されるので、「神経」を反応させる程度の力が加わるまでは(原子レベルの接触程度では)「触った」ということを感じません。また、神経麻痺などの症状がある場合は、明らかに物質的な接触があっても本人には「触っている」という感覚がありません。
よって、「原子がどの程度の距離関係にあると感覚を感じるか」という質問については、個人差もありますし「一概には定義できない」としかお答えできません･･･

ちなみに、「触った」と感じる時にどのような「力」が働いているかという点に関しては、「垂直抗力」によるものだと思われます。「垂直抗力」とは、ある物体が、接触している他の物体を押している状態のときに、その力の面に垂直に同じ力で押し返す力です。
強く推せば押すほど、強く「触っている」と感じるのはこの力の働きです。

この回答へのお礼

疑問の始まりがまさに"垂直抗力"という言葉でした。
クーロン力や万有引力と違い、垂直抗力は物を押して初めて存在する力です。
クーロン力は電荷、万有引力は重力子という起源がありますが、垂直抗力にはミクロな視点からの起源についての明快な説明が見つからなかったので質問しました。

接触の知覚に関しては、なるほど確かに神経系に個人差がある以上一概に定義できませんね。

たとえば、大気中では1平方センチメートルにつき1kgほどの物体が乗るときの力が掛かっています。すると指先だけを考えても10N程の力が常に加わっていることになりますが、その力は(少なくとも私は)知覚できません。それにも拘わらず、テーブルにはほんの少し触っただけで、即ち、大気圧よりずっと小さい圧力でも「触れた」と知覚できます。この知覚の観点からも、触れるという現象のミクロな描像について興味を持っています。

ありがとうございました。

お礼日時：2015/02/03 23:11