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電子レンジで食品が温まるのは電磁波が水の分子を振動させるからだと言われます。電磁波が食品の水分を温めれば、波または粒子としてのエネルギーを失い、その分が熱エネルギーに変換されるのでしょうが、全てのエネルギーが失われない場合、すなわちもともと持っていたエネルギーのある量だけが熱エネルギーになったとすると、粒子性はどのようになるのでしょうか。
馬鹿馬鹿しい喩えですが、エネルギーを半分失えば半球状、あるいは小さくなりそうに素人には思えます。(苦笑)

質問者からの補足コメント

  • うーん・・・

    電磁波は波と粒子の二面性を有するということですが、とりあえず粒子だとしますと

    >半分だけエネルギーが失なわれることはありません。粒の単位でエネルギーは消費されます。
    水の分子間を抜ける粒子と水の分子に当ってエネルギーを失う粒子の二つの挙動があると理解しました。

    >動き回っていた粒子の動きが少なくなるだけです。…フォノンを失っても粒子が小さくなるわけではありません。
    粒子の大きさには変化がないということですから、エネルギーを失った分だけ遅くなる。つまり粒子速度が変化するということですね。

    >すなわちエネルギーの低くなった電磁波に相応する粒子の半径は大きくなるのです。
    エネルギーを失うと粒子の大きさが変わるというふうに理解しました。 

    >粒子の数が減ります。
    エネルギーを失ってしまえばその粒子は消失するということですね。

    う~ん、どれが本当なのやら私には分かりません。

      補足日時:2021/02/05 17:42
gooドクター

A 回答 (8件)

>では、この世は物質ではなく、すべて波でできているということになりますね。



そうですよ。知らないことに罪はありませんが、知りたいなら勉強することです。自分の知識レベルを客観視せず、自分のレベルの視点で、質問し続けるのは、科学的態度ではないので。

>我々はみんな場が振動した波の集合体であり、そんな不可思議な波の集合体が、この世の全てが場が振動した波でできていることを発見し、認識するに至ったということですか。場というのが、また分からなくなりました。

それはちょったて、違います。我々が物質と認識しているものは、

・物質は原子からできている。
・原子は、電子と原子核からできていて、それを結びつけるのは光子。
・原子核は、中性子と陽子からできている。
・中性子や陽子は、アップクオーク、ダウンクオークからできていて、それを結びつけるのはグルーオン。

これらの中の、電子、光子、クオーク、グルーオンが、素粒子です。

それぞれは、場の振動であり、波ですが、物質としてまとまったものは安定しており、化学反応では、結合の組み換えは起こりますが、核子はかなり安定しているため、それが物質の安定を担保しています。つまり云々は、マクロの物質の内部に閉じ込められて、普段は意識することがありません。

なお、物質の質量の99%は、核子の中に、クオークがグルーオンによって閉じ込められる、強い力の結合エネルギーに由来しています。マクロと、ミクロのつながり、わかりますか?
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この回答へのお礼

習ったレベルが、原子は、電子と原子核からできていて原子核は、中性子と陽子からできている、という程度ですから、クオークとかグルーオンとかは聞いたことはあるものの、関心外でしたので深く知ろうとしたりはしませんでした。
それにしても、このようなものが何故存在している、あるいは存在しなければならないのかは、人間には知りようもない謎ですね。
始めに神ありき、ではないですが、在るから在るのだというしかないのでしょう。

お礼日時:2021/02/06 16:24

>光子は質量=0だから光速で飛べる、というか光速波動の挙動が可能なのだと思っています。



ちがいます。質量ゼロは光子の話。波動の挙動は波の話です。

>光電効果というのを習ったことがありますが、質量=0なら運動エネルギー(これも粒子としての妄想ですが)はありませんので、波のエネルギーの変換ということでしょうね。

そのとおりですが、その単位がhvということですね。
なお、運動量もあります。

>ほぼ真空と言える宇宙空間は波では伝わらないと思うのですが、太陽や恒星の光はちゃんと地球に届きますよね。そのときは光子はどんな状態なのか、素人としては理解しがたいところです。

伝わります。空間にはなぜか場があり、場がエネルギーで励起して素粒子がうまれ、物質を作ったり、力を伝達します。この場の量子論を中心とした標準モデルが、今のところ人類がたどりついた物質と力の起源です。

>それと、目で光を捉え脳にその刺激が伝達されて、我々には像として認識されるのですが、網膜は波を捉えるのか、それとも粒子性を捉えるのかも疑問です。

何度もいいますが、2重性は同じ現象を視点を変えてを言い換えただけなので、粒子なのか波なのかの問に意味はありません。したがって、網膜に、その2つの違いなどわかるはずがないのです。2重性の意味を勘違いしていると感じます。もっといえば、この世に粒子など存在せず、すべては場が振動した波です。相互作用がない場合、そのエネルギーの非連続性が、まるで粒子のように振る舞う・・・と言ってるだけで、粒子ではありません。

昔ならった、原子核の周りを回る電子・・・も、現実には存在しません。電子は、電子場が振動した、存在と非存在の合間を行き来して、確率現象として観測され、そこにいるかのように振る舞います。
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この回答へのお礼

では、この世は物質ではなく、すべて波でできているということになりますね。我々はみんな場が振動した波の集合体であり、そんな不可思議な波の集合体が、この世の全てが場が振動した波でできていることを発見し、認識するに至ったということですか。
場というのが、また分からなくなりました。

お礼日時:2021/02/05 21:53

>電磁波は波と粒子の二面性を有するということですが、とりあえず粒子だとしますと



この考えをしている限り、答えにはたどりつけません。大きさのある粒があるわけではない。電磁波を量子化しただけのことなのです。エネルギーに、粒単位の、非連続性がある・・・ことを粒子性と言っている。粒子ではない、粒子性です。

>半分だけエネルギーが失なわれることはありません。粒の単位でエネルギーは消費されます。
>水の分子間を抜ける粒子と水の分子に当ってエネルギーを失う粒子の二つの挙動があると理解しました。

これも違います。そもそも粒とはエネルギーの非連続性の比喩です。粒がランダムに、物質の粒のように飛んでいるわけではありません。その粒には質量もありません。

>動き回っていた粒子の動きが少なくなるだけです。…フォノンを失っても粒子が小さくなるわけではありません。
>粒子の大きさには変化がないということですから、エネルギーを失った分だけ遅くなる。つまり粒子速度が変化するということですね。
>すなわちエネルギーの低くなった電磁波に相応する粒子の半径は大きくなるのです。
>エネルギーを失うと粒子の大きさが変わるというふうに理解しました。 

粒子は仮想ですし、そもそも大きさもありません。速度は常に光速なので、遅くなることもありません。

>粒子の数が減ります。
>エネルギーを失ってしまえばその粒子は消失するということですね。

そのとおりですが、これも、エネルギーが減ったことの説明で、粒子が実際にあるわけでもないし、その粒子は質量もないので、量子化した場合の、エネルギー説明ということでしかありません。

古典論的な物質感で、量子論を理解しようとする気持ちはわかります。誰もが最初に間違えることだからです。でも、それでは理解できないのが量子論。もう一度、電磁波を量子化した、光子の原点に帰って、勉強をしてみてください。
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この回答へのお礼

光子は質量=0だから光速で飛べる、というか光速波動の挙動が可能なのだと思っています。
光電効果というのを習ったことがありますが、質量=0なら運動エネルギー(これも粒子としての妄想ですが)はありませんので、波のエネルギーの変換ということでしょうね。

ほぼ真空と言える宇宙空間は波では伝わらないと思うのですが、太陽や恒星の光はちゃんと地球に届きますよね。そのときは光子はどんな状態なのか、素人としては理解しがたいところです。
それと、目で光を捉え脳にその刺激が伝達されて、我々には像として認識されるのですが、網膜は波を捉えるのか、それとも粒子性を捉えるのかも疑問です。

お礼日時:2021/02/05 20:40

電磁波の粒子性という意味なら


それは光と物質の相互作用における
エネルギーの最小単位
という意味なので
半分だけエネルギーが失なわれることはありません。
粒の単位でエネルギーは消費されます。

この発見(光電効果や黒体輻射)が量子力学を生みました。
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電子レンジでの加熱程度の熱では、質量が失われるなどという問題は無いです。


粒子の熱というのは粒子の振動(運動)の激しさと考えられますから、電子レンジの電磁波によって振動を与えられて運動エネルギーを得た水分子は、他の分子に衝突し運動量を失って、運動量が減少します。
絶対零度まで冷やすと粒子の運動は停止すると言われてます。

>すなわちもともと持っていたエネルギーのある量だけが熱エネルギーに
>なったとすると、粒子性はどのようになるのでしょうか。
動き回っていた粒子の動きが少なくなるだけです。

粒子振動をフォノンという粒子としてとらえることもできますが、フォノンを失っても粒子が小さくなるわけではありません。
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電磁波(光)は最も基本的で単純な物理形態なので、そのエネルギーが低くとも波と粒子の特性を有していると思います。


粒子として電磁波(光子)が吸収される際には、普通は粒子全体がそっくり吸収されると思います。例えば、電子レンジに使われるような低エネルギーの光子ではそのようになるでしょう。
ただし、光子1ヶのエネルギーが高い場合には、その一部だけが吸収される状況が起こり易くなります。ガンマ線を原子に当てると、その中の電子に衝突して、波長が長くなったガンマ線が観測されるコンプトン効果がその例です。その場合、エネルギー(hν)が小さくなった分だけ、跳ね返るガンマ線の波長(λ= c/ν)は長くなくなります。
一方、量子サイズの世界では、エネルギーが高い現象ほど、それが起きる領域は小さくなります。高エネルギー粒子ほど小さいのです。つまり、波長の長くなった、すなわちエネルギーの低くなった電磁波に相応する粒子の半径は大きくなるのです。
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粒子性とは、エネルギーの非連続性を比喩したもので、別に粒があるわけではありません。

電子レンジの電磁波の波長では、そのエネルギーは極めて小さく、ほぼ連続の波とみなせる。つまり、粒子性などないと考えた方がシンプルです。

その定義通り、エネルギーを失えば、その粒が減るとみなせます。
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>すなわちもともと持っていたエネルギーのある量だけが熱エネルギーになったとすると、粒子性はどのようになるのでしょうか。



粒子の数が減ります。
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