ファンデルワールス力は、分子同士が近づきすぎたときに斥力となります。この斥力は、交換斥力と呼ばれ、パウリの排他律に由来するのであり、クーロン相互作用ではない、という説明を読みました。
一方、物理学では力は4種類しかない(重力、電磁気力、強い力、弱い力)と言われ、自然界の力は全てこの4つで説明できるとよく言われます。そうなると、ファンデルワールス力の斥力は、電磁気力しかないように思います。
パウリの排他律に由来するのであってクーロン相互作用ではないとか、パウリの排他律は「力」ではない、とかいろんな説明がされていて混乱しています。
ファンデルワールス力の斥力は、結局、4つの力のどれに由来するのですか?それとも、4つの力のどれでもないものなのですか?もしそうだとすると、ファンデルワールス力の斥力はそもそも「力」ではないということですか?
電荷のない粒子同士でもパウリの排他律は働くということですが、そうすると、そのような粒子同士を接近させれば反発する斥力が働くと思います。この場合の斥力は、4つの力のどれに当たりますか?もしどれでもないとすれば、自然界の力は全て4つの力で説明できるという一般的な説明は、日常的な「力」の概念には当てはまらないと理解してよいですか?
下記のサイトのコメント485が一番、問題意識としては近いです。いろいろ回答がされていますが、十分に解決されているようには思えませんでした。
http://note2ch.com/2c/n/sci/1311717117/p5
他にもいろいろネット上の情報を漁りましたが、響く回答がなく、途方に暮れています。どなたかご助言をください。
A 回答 (1件)
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No.1
- 回答日時:
一般論として、粒子を近づける事によって系全体のエネルギーが上昇するような場合、粒子を近づけるためには外部から仕事をしてやる必要があるため、(古典的な描像で考えた時に)粒子間に斥力が働く事になります。
同一のフェルミオンが2つあった時、これら2つの距離をd以下に縮めようと思うと、Pauliの排他律による制約のせいで各粒子の空間的な広がりをd程度以下にする必要があります(簡単のためスピンの自由度は考えません)。すると不確定性原理により運動量の揺らぎが大きくなり、その結果運動エネルギーが大きくなります。この運動エネルギーの上昇が(古典的には)斥力として寄与する事になり、基本的にはこれがPauliの斥力です。
「力が4種類しかない」と言った時の力というのは古典論での力の事を指している訳ではありません。もちろん、無関係ではないから「力」と表現しているのですが、こういう一般の人向けの解説では正確さよりも分かりやすさを重視するので、きちんとした理解をしたいのであれば必ずしも日本語の意味通りに受け取るべきではありません。(もちろん、なんとなくわかった気になるだけでいいのなら、日本語の意味通りに受け取って差支えありませんが)
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