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量子論と相対論の統一は難しいと言われますが、それはどのような点で難しいのでしょうか?問題点を教えていただければ幸いです。

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A 回答 (4件)

以下は「科学と技術の諸相」からの引用です。

 
http://www005.upp.so-net.ne.jp/yoshida_n/qa_a82. …

「量子重力理論の難しさは、そもそも、どのような形式の理論を考えれば良いのか明らかでない点に根ざしています。
 1940年代の末に量子電磁気学が完成を見た後、重力場の量子化にチャレンジした物理学者は少なくありませんが、彼らの前に、さまざまな困難が立ちはだかりました。量子電磁気学の基本方程式は、外見上はマクスウェル理論と同じ形をしています。これは、マクスウェル理論を(ゲージ固定などの数学的テクニックを使って)そのまま量子化しても、量子効果が強く現れる短距離領域での振舞いが比較的穏やかで、いわゆる「くりこみの処方箋」によって対処できるからです。ところが、天文学的なスケールで重力場の振舞いを記述しているアインシュタイン方程式は、相互作用項に微分が含まれているため、短距離領域で場が激しく変動するようなケースでは、相互作用の大きさを求める積分が発散してしまい、「くりこみの処方箋」では何ともしがたくなります。くりこみとは、スケールを変えても基本方程式の形が変わらないことを前提とした手法ですから、これが使えないことは、量子重力理論の基本方程式が、アインシュタイン方程式とは全く違うものであることを意味します。「古典的な場の方程式をそのままにして量子化する」という従来のやり方が通用しないことが、量子重力理論を構築する際の最初のハードルでした。
 初期の研究者の中には、古典的な重力理論の枠組みを大きく変えずに、くりこみに代わる別の処方箋を開発して、この問題に対処しようとする人もいました。しかし、しだいに、そうした小手先の技法ではなく、より根本的な解決策が必要だと考えられるようになります。その背景には、重力場が他の場と異なった根源的なものだという認識があります。電磁場やクォーク場など通常の量子場は、固定された時間・空間の“内部”にあります。これに対して、重力場は、時空構造そのものを決定する役割を果たしており、それだけ、他の場よりも根源的なものだと言えるでしょう。くりこみの処方は、「短距離極限ではどうなるかわからないが、ある程度以上のスケールならば、理論的予測が可能な実効的理論を作れる」というものであり、これに代わる処方箋も、短距離極限には目をつぶることが多かったのですが、量子重力理論は、そうした暫定的なものではなく、短距離極限でも成り立つ“完全な”理論であることが要求されました。従来の場の理論は、その域にまで達していなかったのですから、理論に対する要求水準は、きわめて高いと言えます。
 さらに、理論の構築に当たって、実験データをもとに改良していくという方法が使えません。重力場に関する実験は、等価原理に関するものなど、実験室レベルでもいくつか行われていますが、量子重力理論の候補を選別していくだけのデータを提供してはくれません。将来、加速器でミニ・ブラックホールが造れるようになれば話は別ですが、現時点では、実験・観測データの手がかりのないまま、盲目的に突き進むしかありません。
 量子重力理論に関しては、具体的な理論の形もよくわからず、実験データも手助けにならないまま、長距離極限ではアインシュタインの重力理論と一致し、短距離極限でも理論が破綻しないという異様に厳しい要求だけが突きつけられているといった状況です。研究者は、とりあえず思いついた理論をいくつか試しています(例えば、ひもを量子化したときの式が重力場と似ていることをきっかけとして、超ひも理論という量子重力理論の一つの候補が作り上げられました)。しかし、長距離極限の近似であるアインシュタイン理論が数学的にかなり難解な理論であったわけですから、完全な理論であるべき量子重力理論は、それに輪をかけて難解になっています。実験データとすぐに比較できないので、研究者は、こうした理論を数学的にあれこれひねりまわしながら、ブラックホールや初期宇宙に適用し、理論の良し悪しを決定しようとしています。通常の科学研究ならば、半ダース以上の候補理論についてこうした研究を行い、その中から実験・観測のふるいにかけて残るものを選び出すはずですが、量子重力理論は数学的にあまりに難しく、優秀な研究者を消耗するだけなので、それもままなりません。研究がなかなか進まない--順調に進んでいると主張する人も一部にいますが--のは、ある意味で、当然のことなのです。 」

参考URL:http://www005.upp.so-net.ne.jp/yoshida_n/qa_a82. …
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この回答へのお礼

問題点が非常によく分かりました。求めていた答えはこれでした。
ありがとうございます!

お礼日時:2007/09/04 22:53

ご質問の意味がやや不正確であると思いますので補足させていただきます。


相対論は特殊相対性理論と一般相対性理論があり、後者は重力の理論です。
特殊相対論のフレームワークでの量子力学(相対論的量子力学)は1928年にDiracがDirac方程式を考案しそれによって完成されています。その意味で特殊相対性理論と量子力学は統一されているといえます。

量子論的な重力の理論はまだできていませんのでその意味では統一されていません。

さらに詳しく述べると次のようになります。

素粒子の基本的相互作用は、重力相互作用、電磁相互作用、弱い相互作用、強い相互作用の4つが知られており、重力以外の3つの相互作用は、相対論的場の量子論のフレームワークでゲージ理論という形で記述されます。これは標準理論といわれます。標準理論では電磁相互作用と弱い相互作用が電弱相互作用として統一されており(ワインバーグ・サラム理論)、実験結果と高い精度で合っています。強い相互作用はカラーSU(3)ゲージ理論で記述されこれも正しいと考えられています。ですので、相互作用の理論としては、重力を記述する一般相対性理論、電弱相互作用を記述するワインバーグ・サラム理論、強い相互作用を記述するカラーSU(3)ゲージ理論の3つがあるわけです。統一されていないのはこの3つの相互作用の理論です。電弱相互作用と強い相互作用の統一理論は大統一理論と呼ばれ、さらに大統一理論と重力が統一されたものを万物の理論と呼んでいます。大統一理論はグラショーなどによって提案されていますが、実験的な確証は得られていません。万物の理論の候補としては、超弦理論やそれを発展させたM理論がありますが、これもまた実験的な確証はありません。

宇宙がビッグバンによって超高温高密度の状態から始まり、膨張して冷えて行き、その過程で自発的な対称性の破れというメカニズムで万物の理論が持つ高い対称性が破れて、より低い対称性を持つ相互作用に分かれていったと考えられています。宇宙の初期は万物の理論の対称性が成り立っており、1つの相互作用で全ての素粒子が相互作用をしており、宇宙誕生後約10^(-44)秒後、宇宙の温度が10^(19)GeVくらいのときに、万物の理論から重力相互作用と大統一理論の相互作用が分かれたと考えられています。ですので、万物の理論を実験的に検証しようとするとこのエネルギースケールでの実験を行わなければなりません。人類が行う最も高いエネルギーの実験は、今年度運転が開始されるCERNのLHCという陽子・陽子加速器での衝突実験で、重心系のエネルギーが7TeV=7×10^(3)GeVです。これは先の10^(19)GeVと比べて約10^(15)倍の差があります。そういう意味で、万物の理論(全ての相互作用の統一理論)を実験的に検証することは困難といえます。物理の理論は実験で検証できなければならないので、これが万物の理論を考える上での最大の困難となっていると思います。

ご質問の回答とはなっていないと思いますが、ご参考まで。
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この回答へのお礼

詳しいご説明をありがとうございます。万物の理論が証明されれば重力理論と量子論もひとつの形式に収まるということでしょうか?
いくつか本を読んでいて、ビッグバンのような高エネルギー、高圧縮の状況では、重力理論が破綻し、量子論のみが有効となるというような説明があったように記憶します。それが重力論と量子論が統一されないという内容として記憶に残ったのだと思います。多分私の問いは「ビッグバンではなぜ重力論が破綻するのか?」ということなのだと思います。

お礼日時:2007/09/04 22:41

簡単に言えば。


量子論はミクロの領域、相対性理論はマクロの領域だからです。
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この回答へのお礼

参考資料をご紹介いただきありがとうございます。
しかし、いささか専門的でした。初心者なもので、十分に理解できず残念です。

お礼日時:2007/09/04 22:27

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Qなぜ量子論よりも相対論が間違ってるという人が多い?

いつもインターネットの掲示板等をみて感じるのは、「アインシュタインの相対性理論は間違っている」と声高に主張されている方が一定数いらっしゃいます。ところが、量子論について「間違っている」と声高に主張される方はきわめて少ないように思います。

両方ともなかなか常識的には理解できない理論ですが、私自身が思うのは、相対性理論よりもはるかに量子論の方が「非常識」な理論です。特にシュレーディンガーの猫に代表される観測問題などは、どう考えて良いのか理解不能です。

はるかに相対性理論よりも批判しやすいはずの量子論をどうして批判しないのでしょうか。

Aベストアンサー

人に刺激を与えるとどう動くのか?
観察してたんですが動きが全くありません。

身の危険を感じる程突いてしまったらしいです。(^_^;)

やっぱり猫ちゃん突くより人間突けです。
刺激を与えた後の走行性の予測程楽しい物はありません。

やっぱりアインシュタインの存在が大きいでしょう。

猫ちゃんはネコジャラシを振ると遊びます。
しかし、人間が振らないと遊ばないんです。

ちゃんと遊んであげないと駄目なんです。

理由。人と遊べるから。

Qそもそも「時間」とは何なのでしょうか?

「時間」に関する素朴すぎる疑問に答えていただけると幸甚です。

1.時間と空間は表裏一体のものですか?
  たとえば、電磁波における電場と磁場のように。
2.時間にエネルギーはありますか?
3.時間は波動のようなものですか?
  波動やエネルギー、原子、素粒子といったもので説明できないものなのでしょうか。
4.現在・過去・未来は同時に存在していますか?
  現在からみて、1年前、1年後の世界というのは別空間、別次元等に存在しているものなのか。
5.時間は現在から未来へ進みますが、それを進ませる推進力は何でしょうか?
  エントロピーの法則と関係がありますか。
6.時間はどうして止まらないのか?
  相対性理論によれば、時間は伸び縮みしますが、
  光速ロケットに乗っている本人の時間は変わらないですよね。
  本人時間で1年経てば、一年歳を取るというふうに。
  ずっと動いているわけで、止まるということはないのでしょうか?

よろしくお願いします。

Aベストアンサー

>7.どうして時間についてよくわからないのか?

 物理学的には、時間は「数学の変数として扱えればいい」からです。ちなみに相対論以降、空間と時間は不可分です。

 重力も、その振る舞いについては研究しますし、4つの力(重力、電磁気力、弱い力、強い力)が宇宙誕生初期には一つにまとまっていたころまで遡って理論化しようともしていますが、重力、あるいは4つに分離した力、さらにはそれらを一つにまとめた力が、どうしてあるかについては無頓着です。

 時間そのものが、物理学的に分かっていないのは、分かる必要が無いから、誰も調べていないのです。

 それでも時間の振る舞いについては、物理学的な事象として最小の時間である、プランク時間があることは分かっています。これは、物理学的事象が連続したアナログではなく、離散的なデジタルであることを意味します。

>8.静止している人と光速移動している人とに流れる時間は同じか?

 それは特殊相対論で答えが出ています。互いに違います。光速度未満でも、相対速度が0でなければ、それぞれ違う時間になります。

> 速度0の人と、速度Aで移動している人に流れる時間は同じだという証明はされていますか?

 特殊相対論的、一般相対論的に異なるという証明がされています。

> 地球上で流れる(過ごす)時間と、宇宙の果てで流れる(過ごす)時間に違いはあるか?

 曖昧なご質問ですが、原則として同じようなものです。しかし空間が膨張しているため、厳密な定義は難しいでしょう。ここでも時間と空間が不可分なことが影響します。

>9.時間にゆらぎがあるのか?

 ありません。物理学における「ゆらぎ」とは、何らかの物理量について、時空的(時間的、空間的)な平均値からの変動のことです。時間をも元にしてのものですから、時間そのものの揺らぎは考えません。

>10.時間のない世界はどんな世界?

 ビッグバン宇宙の始まる以前の世界です。基本的には、無でしょうね。

 ホーキング博士の考えでは、もし本物のブラックホールがあったら、その特異点では時間がないとのことです。時間が無いけれど、あらゆる可能性を持った量子的な何か。

 またホーキング博士は、時間を複素数で考えると、ビッグバン宇宙の始まる以前と滑らかにつながり、時間はずっとあり続けるという仮説を述べています。

> 想像もできないのでしょうか?

 (実数)時間ない世界はホーキング博士の提唱している世界ですが、その数式をイメージできる人はいないでしょう。発案者のホーキング博士でも、喩えですら説明できていません。
 そもそも、その元となる量子力学がイメージを拒絶しているということはありますが(量子力学の名言に「量子力学が分かったと思えたら、それは量子力学が分かっていない証拠だ」といのがあります)。

> そこには空間も存在しませんか?

 しません。時間停止の世界なら空間は存在し得ますし、そもそも物理学では「時間を止めて」記述することも多いのです(特に量子力学)。時間の無い世界だと、空間もありません。

> 深海魚が水のない世界を想像できないように、人間は時間のない世界を認識できないのでしょうか?

 深海魚の喩えは合わないです。時間停止の場合、それは時間停止の世界を見るこちら側の認識で、時間停止世界の住人からすれば、普通に時間は流れています。
 その時間もないとなると、空間も消滅し、当然ながら物質も何もありません。それをどう認識するかは、個々人の問題かもしれません。

>11.ミクロの世界の時間とマクロの世界の時間に違いはあるか?

 特に違いはありません。

> 素粒子の世界では因果律は破られており、時間は逆行しているのではないですか?

 反物質は、物理学理論的には、普通の物質の時間を逆転したものです。素粒子的にはそうなんですが(素粒子であるため情報は運べない)、それがマクロの物体になったときどうなのかは、今のところはっきりしない部分があります。

>12.時間はあらゆる物理的物体から独立している?

 いえ、時間と空間は不可分です。そして、空間は物質(エネルギーと言い換えたほうが正確)と不可分です。

> 時間は速度、重力、熱などのものから独立していると証明されているのか?

 独立していないと証明されています。

>13.ひも理論と時間
> ひも理論では多くの次元が存在するそうですが、多次元になっても時間は変わらないと考えられているのでしょうか?

 物理学理論は、空間的には3次元に限定されません。さすがに0次元には適用できませんが、1次元でも4次元でも、それ以上のn次元でも適用できます。ただし、空間3次元以外の世界は無いため、実験・観測事実はありません。
 ただし、時間を2次元以上にすることは、理論的に成功していません。もちろん、実験・観測事実もありません。
 超ひも理論で空間が4次元以上とされていますが、観測可能な、この宇宙の空間3次元以上の、高次元空間は、コンパクトに折りたたまれていて観測できないと考えられています。もしかすると、数学的都合のためだけの便法であるかもしれません。

 この4次元時空でも、CPT対称性(チャージ、パリティ、時間がセットになった対称性)というものがあり、そのうち二つが一時的に破れてもいいとされています。そのとき、残った一つが二つの破れを補うように破れます。つまり、三つセットでは安定しているということです。しかし、時間だけ見れば、それが常に安定しているとは限らないということでもあります。

 さらに、21世紀に入ってから、三つセットで対称性が破れる可能性が示唆されています。これは、いろいろな物理学理論の基礎であるローレンツ対称性をも破ることになるため、注目されているようです。

 そんな問題山積の状況です。ぼんやりと「時間って何だろう?」と考える暇すら、物理学にはありません。

>7.どうして時間についてよくわからないのか?

 物理学的には、時間は「数学の変数として扱えればいい」からです。ちなみに相対論以降、空間と時間は不可分です。

 重力も、その振る舞いについては研究しますし、4つの力(重力、電磁気力、弱い力、強い力)が宇宙誕生初期には一つにまとまっていたころまで遡って理論化しようともしていますが、重力、あるいは4つに分離した力、さらにはそれらを一つにまとめた力が、どうしてあるかについては無頓着です。

 時間そのものが、物理学的に分かっていないのは、...続きを読む

Q量子力学はいずれ消滅します

 
量子力学を少しかじったばかりに、「全ての存在は量子的な不確定性に基づいており、無限に詰め込むと存在確率の山が平らになって無となる」とか、「無いとは分からない事が有である」などといったバカげた発想を導くものであるとするなら、量子力学ってのはビッグバン宇宙論のごときペテン科学しか成立させず、何らの実質的な科学的貢献もせず、全くもって無意味な空論に過ぎないと結論できましょう。
量子力学はいずれ破綻し、消滅するのではないかな。 
 

Aベストアンサー

>量子力学はいずれ破綻し、消滅するのではないかな。

 前段は正しく、後段は間違いだろうな。

 量子力学っていうのは思想なんだ。人間が量子的存在だからこそ量子力学が誕生している。相対性理論も人間を見ているってこと。

 物理学者は、宇宙、物質、素粒子などなどを研究し続けているけど人間を探求し続けているのと同義なんだな。
 
 そして、あなたの言っている人の道とあなたの言う神は宇宙の法則は究極的に同一のものだ。

 一つの階層を外から見るとその階層の中の法則は間違っているように見える。
 であるから、最上位層(そんな層があるかどうか知らんが)から見れば、ビッグバンもビッグクランチもニュートンの法則も量子力学も相対性理論もすべて間違っているというのは正しい。

 しかしだ、その層では正しいんだから消滅することはない。


 

Q光速度が不変なのには理由があるのでしょうか?

光速に関する素朴な質問です。

1.なぜ光速度は不変なの?
 光の速度はいかなる理由によって不変と決まっているのでしょう。
 方程式を解くように論理的に説明ができるのでしょうか?
 それとも実験結果を受け入れているだけですか。
2.本当に光速度は不変なの?
 空気、真空、水の中でも進む速度は同じですか?
 光が水に入ると屈折しますが、これは速度が変化しているのではありませんか。
 AからBに向かう光の渦の中をBからAに向けて発射された光は遅くなりませんか?
 光に邪魔(干渉)されて遅くなる気がするのですが。
3.どうして遅くならないの?
 光速に限界があるのは、光子に質量があるためと理解しています。
 しかし、遅くすることは可能なのではないでしょうか?
 光子の質量を重くしたり、エネルギーを奪うようなことはできないのでしょうか。
 波動の性質を変えたりできませんか?
4.電磁波の進む速度は?
 光は電磁波の一種、可視光線だそうです。
 他の電磁波、X線、紫外線、マイクロ波、ラジオの速度はどれくらいですか?
 光より遅いとすると、どうして遅いのでしょうか?
5.時間が進むのは一定であるという前提で相対性理論はできませんか?
 相対性理論は、光速度が不変であると仮定して成り立っています。
 だから時間の進み方が早かったり、遅かったりします。
 逆に時間が進むのが不変であるという仮定して、新相対性理論はできませんか?

光速に関する素朴な質問です。

1.なぜ光速度は不変なの?
 光の速度はいかなる理由によって不変と決まっているのでしょう。
 方程式を解くように論理的に説明ができるのでしょうか?
 それとも実験結果を受け入れているだけですか。
2.本当に光速度は不変なの?
 空気、真空、水の中でも進む速度は同じですか?
 光が水に入ると屈折しますが、これは速度が変化しているのではありませんか。
 AからBに向かう光の渦の中をBからAに向けて発射された光は遅くなりませんか?
 光に邪魔(干渉)...続きを読む

Aベストアンサー

 物理学は、自然界で見られる現象に対して法則を見つけようとする学問です。そういった法則の中には、もっと基本的な法則から理論的に導かれるものもあります。そうやって整理していくと、最後には、他の法則からは導くことができない基本法則だけが残ります。その基本法則は、観測によってのみ、根拠を与えられます。
 質問の主旨は、光速度が不変であることは、基本法則なのかどうか、ということだと思います。ローレンツは、他の法則から光速度不変を説明しようとして、ローレンツ変換の式を求めました。ローレンツが考えたのは、物体がエーテル中を運動すると、エーテルとの電磁気的な力によって物体が圧縮され、長さが縮むので光の速さに差が出てこないように観測される、というものでした。これに対してアインシュタインは、光速度不変が基本法則であるとしました。その仮定に基づき、ローレンツ変換の式を求めました。考え方は違いましたが、求められた変換式はどちらも同じものでした。
 得られた変換式はどちらの考え方でも同じです。そうすると、どちらの考え方が正しいと言えるのでしょうか。歴史的に見れば、アインシュタインの考え方が受け入れられたようですが。
 真空以外の媒質中では光の速度は遅くなりますが、それはマクロ的に見た場合です。例えば水中を光が動く場合、水の分子と分子の間は真空ですから、そこの間は真空中の速度で動いていますが、分子によって光が吸収、放射され、マクロ的に見たとき、速度が遅く観測されます。通常、光速度不変という場合は、真空中での光速度を言うようです。ここでひとつ注意しなければならないことは、真空中の光速度が不変という場合、重力場ではない、という条件が必要です。重力場内では、光速度は遅くなります。したがって、質問者さんの、光の速度を遅くするのは可能か、に対しては、重力場を通せば遅くなる、と言えます。
 最後に光子の質量についてです。光子に質量があるというのは間違いですが、ないというのも間違いです。正しくは、光子の質量は定義できないし、定義する必要もない、です。光子の質量はゼロである、という話はよく聞きますが、これは静止質量のことを言っています。これまで他の方々が説明されておりますように、光の速さは一定であり、静止することはありません。したがって、光子の静止質量に意味はありません。

 物理学は、自然界で見られる現象に対して法則を見つけようとする学問です。そういった法則の中には、もっと基本的な法則から理論的に導かれるものもあります。そうやって整理していくと、最後には、他の法則からは導くことができない基本法則だけが残ります。その基本法則は、観測によってのみ、根拠を与えられます。
 質問の主旨は、光速度が不変であることは、基本法則なのかどうか、ということだと思います。ローレンツは、他の法則から光速度不変を説明しようとして、ローレンツ変換の式を求めました。ロ...続きを読む

Q物理学を学んだ学生の就職について

物理学を学んで修士課程を終えたとして就職でどうのような選択肢がありますか?

Aベストアンサー

buturidaisukiさん、こんにちは。

就職のことはやはり気になりますよね。同じようなことを普段よく尋ねられるので、多くの卒業生を見てきた経験から現実にどうかということを書かせていただきます。

まず、結論から書きますと、ANo.1~ANo.3の皆さんも書かれているように、本人さえしっかりしていれば、大抵の会社は選択肢に入ると思います。

ANo.4さんは、分野は影響は受けると書かれていますが、ある程度、そういうこともあるでしょうが、それほどではないと私は思います。というのは、元々、理学部を卒業する場合には、勉強した「知識」をそのまま使って企業で活躍するというセンスよりも、むしろ、そこで習得した「能力」を生かすというセンスだからです。逆にもし工学部を卒業しても、そこで学習した知識がそのままどんぴしゃで企業でも使えるケースは珍しいようです。

また、物理の中での理論と実験の違いですが、私の知る限り、理論だと実験よりも会社には不利ということはないと思います。それには二つ理由があります。一つは現代の産業の現状は、IT系に重点が移ってきていて、理論系なら殆どの場合コンピューターをかなり使いますので、その面でかえって有利であること。もう一つは測定器や作業機械の使い方などは、実験系だからといって同じ機械を使うとは限りませんし、どちらにしても入社後に勉強するケースのほうが多いと思われるからです。

企業の中で、理学部出身の人が工学部出身の人よりも少ない主な原因は、日本中で工学部の定員が非常に多いことでしょう。私の見る限り、卒業生が就職で苦労するケースは、分野というよりも、むしろ個々人のパーソナリティに依ることが多いように思われます。企業では周りの環境に柔軟に順応してくれる人、しっかり意思疎通の出来る人を好むでしょうし、当然、企業の利益にかなわないことをしたいという人は、どんな学部の卒業生でも取らないでしょう。


次に具体的な現状を書きます。どこの大学とは、もちろんここでは書けませんが、卒業生の就職先はやはりIT係を中心に製造業が多いです。それは元々日本の産業構造自体がIT係に重点が移ってきているためだと思います。一言にIT係といっても、かなり幅が広いですし、IT係以外の製造業も多いです。どんな製造業でも最近はコンピューターはかなり使うと思われます。

製造業の中には当然、民間企業の研究所に就職するケースもあります。民間企業の研究所では、ごく一部の例外を除いて、その企業の利益に直結することを研究します。その内容は、物理学に基礎を置いた研究もありますし、物理学とは直接の関係のない研究をすることもあります。物理の卒業生はどちらの方向にも進んでいます。ただし「直接の関係のない」と言っても、物理はあらゆるものの基礎になりますから、殆どのものは何らかの関係はあります。

次に多いのは、公務員や中学高校教諭だと思います。その場合は、もちろん、公務員試験の勉強や、教員免許をとり教員採用試験の勉強をする必要があります。

製造業に比べれば、数は少なくなりますが、商社や金融関係に就職した人もいます。また特殊な例ではパイロットになった人もいます。


せっかく物理学を勉強したのに、就職した後に直接に関係のないものをやるのは勿体ないとか、しんどいとか思われるかもしれません。しかし、ANo.3さんも書かれているように、物理学というのは、あらゆる学問や科学技術の基礎であり、また、知識そのものを使わなくても、物理学を学ぶ過程で習得した「現実に根ざした論理的思考」というのは、どんな分野にも共通に必要なものなのです。ANo.4さんも書かれているように、「仮説・検証・修正」という物理学の方法は、あらゆることに適用が可能です。

また、「知識の陳腐化」ということがあります。技術というものは日進月歩ですから、大学でどんな分野の学問をした場合でも、どのみち入社後にも勉強をし続けていかないといけません。しかし理学系と工学系の違いは、理学部で勉強したことは、時間が立って成り立たなくなるようなことではないというところです。物理で言えば、力学や電磁気学などの知識が陳腐化することは未来永劫ありません。それらは自然界の法則だからです。ところがある特定の「技術」というものは、多くの場合数年で陳腐化してしまいます。

さらに、逆に基礎的な知識が必要になったときに、技術だけを学んでいた人が基礎に立ち戻って勉強しなおすのは、大変なエネルギーが必要になります。一度でも基礎を十分に勉強したことがある人は、忘れてしまっていても、少し勉強すれば思い出すことができます。基礎をしっかり勉強した上に応用を勉強するほうが、応用だけを勉強しているより安心です。

これは教育関係に進む場合も同様だと思います。やはり理学部でしっかりその分野の内容を勉強しつつ教員免許も取るほうが、教育学部で教員免許をとるよりも好ましいと、個人的には思っています。(両方やるのは確かに大変ですが。)


最後に、修士課程に進むメリットについて付け加えます。学部で、およそ力学、電磁気学、量子力学、熱統計力学を学習するわけですが、それは学問の基礎の部分です。卒業研究~修士課程で、研究(らしきもの)に手を染めることにより、その基礎部分の知識の本当の意味が、より正しく深く理解できます。また、現実の問題を考えることにより、「問題解決能力」も身につけることができます。研究の世界では必要に応じて問題を自分で整理して設定する能力が求められます。誰かがきれいに作った問題を解くだけの話ではなくなってくるのです。そのような能力はどんな分野に就職しても必要とされるものです。大学院ではその部分も学ぶことが出来るはずです。

buturidaisukiさん、こんにちは。

就職のことはやはり気になりますよね。同じようなことを普段よく尋ねられるので、多くの卒業生を見てきた経験から現実にどうかということを書かせていただきます。

まず、結論から書きますと、ANo.1~ANo.3の皆さんも書かれているように、本人さえしっかりしていれば、大抵の会社は選択肢に入ると思います。

ANo.4さんは、分野は影響は受けると書かれていますが、ある程度、そういうこともあるでしょうが、それほどではないと私は思います。というのは、元々、理学部を...続きを読む

Q大学の工学部で相対性理論とか量子力学

大学の工学部で相対性理論とか量子力学をきちんと教えているところってどこでしょうか?
東工大の電子物理工学を出ている人でもよくわかってないみたいなので、工学部だといったいどういう人なら勉強してるのだろうとか不思議です。

Aベストアンサー

量子力学: これは工学部でも電子工学や材料を勉強するならば
避けて通れない分野ですから、きちんと教えられていると思います。

特殊相対性理論: 特殊相対性理論という講義はたぶん開かれませんが、
 電磁気学か力学の講義の一部で、ローレンツ変換などについて
 ごく浅く習うと思います。

 ただし、工学部の専門科目で、相対性理論を使うことはほとんど稀なので、
 忘れてしまう人やそもそもよく理解しなかった人も多いと思います。

一般相対性理論: これは工学部ならばまず開講されないと思います。
 そもそも一般相対性理論が必要になるのは、天体物理か、
 素粒子・原子核物理を研究する人だけですし、
 普通工学部ではそんなことは研究しません。

工学部の大学生で一般相対性理論に詳しい人:
 大学の講義ではなく、個人的に興味をもって独学で勉強した人ではないでしょうか?

回答者が相対性理論に興味をもった高校生で、工学部に進学するか悩んでの質問であれば、
工学部に進学して、相対性理論は自分で本を読んで勉強するという手もあることも
検討してください。
  

Q真空から素粒子とかエネルギーって本当に出てるんですか?

真空の何もない空間から、素粒子や
エネルギーが出てくると聞いた事があるんですが、
具体的には、何が出てくるんでしょうか?
詳しく教えてください。

また、規則性や法則性を以って、それらは、
現れるんでしょうか?
それとも、不規則にランダムに出てくるんでしょうか?

何卒、アドバイスのほどお願いいたします。

Aベストアンサー

 皆様が回答されておられる通りなのですが、私なりに回答してみます(実は、回答をどう書くか考えているうちにたくさんの回答が寄せられていました ^^;)。

>真空の何もない空間から、素粒子やエネルギーが出てくると聞いた事があるんですが、

 多分、量子論の不確定性原理から導かれる、対生成のことでしょう。不確定性原理というのは、今の場合、位置を正確に確定すればするほど、その位置でのエネルギーの大きさが確定しなくなるということです。
 つまり、原子などよりずっと小さい領域を物理的に解析してみると、そこでは大きなエネルギーが現れる可能性があるということです。このエネルギーにより素粒子がつくられます。つくられる素粒子は、普通の物質と反物質の対になります(これが「対生成」と呼ばれるゆえん)。
 なお、このような対生成で普通の物質と反物質ができても、すぐさま普通の物質と反物質が反応して消えてしまいます(対消滅といいます)。
 この対生成・対消滅により何らかのエネルギーなどが観測できるはずなのですが、今のところ、実際の観測では量子論から理論的に予想されるものよりはるかに小さい値しか得られていません(観測値は実質0とのことです)。

>具体的には、何が出てくるんでしょうか?

 理論的には、何でもでてくる可能性があるのですが、エネルギーの小さいものほど対生成がおきやすいので、ほとんどの場合、光子ができます(つまり光です)。光子の反物質は光子で、同じものなのですが、これもすぐ対消滅します。
 余談になりますが、対生成しても、対消滅が起きない場合があるという仮説があります。ホーキング博士が提唱しているもので、ホーキング輻射と呼ばれています。
 これは、ブラックホールの事象の地平面近くで対生成が起こったとき、対でできた一方の素粒子がブラックホールの強大な重力に引かれてブラックホールに落下し、残ったほうが宇宙空間に飛び出してくるというものです。残念ながら、これが観測されたことはまだなく、仮説の域を出ていません。

 さらに真空について踏み込んでみます。
 普通、真空というと宇宙空間のように何もない(厳密には星間物質がありますが、密度が小さいので今は無視します)空間を指します。しかし、量子論で突っ込んで考えた結果、観測できない素粒子で埋め尽くされているという仮説が出ています。この観測できない素粒子はヒッグズ粒子と呼ばれています(他に、ディラックが提唱した真空は観測できない電子で埋め尽くされているという「ディラックの海」という仮説もありますが、今は割愛します)。
 そこで、そのヒッグズ粒子がない空間が作れたとすると、それこそ本当の真空ということになります。そういう本当の真空の空間があるとすると、ヒッグズ粒子で埋め尽くされた普通の真空空間との間にエネルギーの差があることになり、エネルギーが取り出せるという仮説があります。
 ただ仮に仮説が正しいとしても、本当の真空を作るには膨大なエネルギーが必要とされており、現実にはできません。また、その真空から取り出せるエネルギーがどれくらいの量なのかについても諸説があって、未だに定まっていません。

 宇宙は現在膨張していることは観測事実として確定していますが、膨張の仕方については諸説あります。標準的な理論では、膨張の仕方は時間が経過すると、重力のせいで遅くなっていくとされています。しかし、宇宙の膨張の仕方が時間の経過とともに大きくなっていくと主張する物理学者も少なからずいます。
 つまり、宇宙が加速膨張しているということなのですが、もしそうだとすると、それが反重力のせいである可能性があります。つまり、反重力はあるのかも知れないということです。
 これらはまだまだ観測が不足で、盛んに議論はされているものの、確からしいところはわかっていません。

 皆様が回答されておられる通りなのですが、私なりに回答してみます(実は、回答をどう書くか考えているうちにたくさんの回答が寄せられていました ^^;)。

>真空の何もない空間から、素粒子やエネルギーが出てくると聞いた事があるんですが、

 多分、量子論の不確定性原理から導かれる、対生成のことでしょう。不確定性原理というのは、今の場合、位置を正確に確定すればするほど、その位置でのエネルギーの大きさが確定しなくなるということです。
 つまり、原子などよりずっと小さい領域を物理的に解...続きを読む

Q【宇宙の誕生】【ビッグバン】「無」から物質が何故発生するのでしょうか?

宇宙が誕生する前、つまり、この世界が誕生する前というのは「無」であったという説がありますが、「無」から何故物質が誕生しうるのでしょうか?
それを考えるとやはり「神」という存在が浮かび上がってしまうのですが、ではその「神」というものはどこから誕生したのか、哲学の域に達してしまいもう何がなんだか分からなくなってしまいます。
すいません、おかしな方向に行ってしまいましたが、質問の要点は「無」という状態から物質が発生することはありえるのでしょうか?
よろしくお願い致します。

Aベストアンサー

質問者さんはマウスに置いた手とマウスがどうして融合してしまわないかご存知ですか? それはモノとモノはぶつかりあっているからですよね。でも、実は厳密にいうとちょっと違うのです。
手とマウスをどこまでも細かく砕いていくと原子レベルまで細かくなります。しかし、この原子の並びは実はとてもスカスカに空いています。野球場のピッチャマウンドを原子核だとすると、ちょうど野球ボールくらいの大きさ電子は観客席のあたりをグルグル飛び回っているようなくらいです。その間には何にもありません。本当の意味で真空なんです。
となると、手の原子たちとマウスの原子たちがぶつかりあっ ているというのはちょっと考えられませんよね。では、なぜ混じりあわないのでしょう? それは、互いに反発する「力」があるため手とマウスが溶け合うなんてことにならないのですね。というように、本や机などこの世界は「力」で満ちていることがわかります。これは「力(エネルギー)」というものが「有」るということを実感してもらうための説明です。

ここで「力」が有るということはわかりました。一方、「モノ」の方はどうなんでしょうか? そもそもマウスというものはあるんでしょうか? はい、もちろんあります。哲学ではなんやかやといいますが、科学的には存在しています。
さて、そこで科学でいう「存在」です。この世に手やマウスが有るのはわかります。さらに私たちの知識ではそれらが原子で構成されていることも知っています。さらに素粒子というものに分かれるということを知っている人もいるでしょう。

素粒子というと、なんかすっごく細かいツブツブのようなイメージですよね。この世のすべてのモノはこのツブからできていると。しかし、実際はそんなツブツブは存在していないのです。科学のことばでいえばツブが有るのですが、日常の私たちのことばでいえば、そんなものは無いのです。ただ「力」が影響しあっているだけだといえるでしょう。

つまり、この世界に「モノ」なんていうものは 無 い のです。

じゃ、何があるんだ? といえば「力」だけが有るんですね。宇宙には何も無い、有るのはエネルギーだけといってもいいでしょう。はい、これが「有」ということ(状態)です。

では「無」とはなんでしょう? 無は通常0ですから、あらゆるものを宇宙全体から引き算していけばいいわけですよね。つまり、この世のエネルギーをどんどん取り払って引き算していきます。計算の途中経過は私にその知識も能力もありませんので、割愛しますが、科学者は、その結果が完全に「無=0」になることはない、と言っています。チラチラ振動している状態、つまり「ゆらぎ」の状態こそが「無」だというのです。科学でいう「無」というのは、私たちのことばでいう「何も無い」ということではなくて、エネルギーのゆらぎというのは絶えず存在している状態ということをさしています。
じゃ、力・エネルギーってなんだよ? その「ゆらぎ」を取り払ったらどうなるんだよ? という疑問がわきますね。しかし、その答えは分からない、科学では分かりようがない、ということになるそうです。科学で突き止めようのないことをいくら考えても、それは竜宮城と同じレベルのオハナシにしかなりません。ここまでなのです。

ここからあとが、#2さんのご説明に続きます。

※これはインフレーション宇宙論という仮説に基づいたものです。現在、最も信頼性が高く、今後ノーベル賞が続出であろうといわれる説です。
        --大急ぎでかいているため乱文すみません。

質問者さんはマウスに置いた手とマウスがどうして融合してしまわないかご存知ですか? それはモノとモノはぶつかりあっているからですよね。でも、実は厳密にいうとちょっと違うのです。
手とマウスをどこまでも細かく砕いていくと原子レベルまで細かくなります。しかし、この原子の並びは実はとてもスカスカに空いています。野球場のピッチャマウンドを原子核だとすると、ちょうど野球ボールくらいの大きさ電子は観客席のあたりをグルグル飛び回っているようなくらいです。その間には何にもありません。本当の...続きを読む

Q『E=mc2』 って何の公式????

かなりマニアックな質問なんですが、E=mc2は何の式か分かりません。
宇宙論と言う授業の中に出てきた式です。
文系の私にはちんぷんかんぷんでございます。
これが分からないと授業にもついていけず、最終的に4単位落としそうな勢いなんです。

Aベストアンサー

つまり、このE=MC2の意味は、物質が持つ質量は、エネルギーに変換出切るって事なんですよ。

式の意味は、物質が持つエネルギーは、物質の質量に「光の速度の2乗」を掛けたものに等しいと言う事です。

例えば、今ここに1円玉(質量は1g)が1枚あるとして、この1円玉の質量1gすべてをエネルギーに変換できるとすると、1g×(30万キロ/S)×(30万キロ/S)のエネルギーにもなるんです。(実際は、単位を揃えるので1gは0.001kgになります)

と言ってもピンとこないですよね!

この1gのエネルギーと言うのが、あの広島に落とされた原爆のエネルギーなんです。

広島に落とされた原爆には、1Kgのウラン235と言う放射性物質が搭載されていましたが、その内の僅か1gが減り、減った質量がエネルギーとして変換されたのです。

つまり、残りの999gは、エネルギーとしては使われなかったのです。

たった1gの質量に、あれだけのエネルギーがあるなんて。凄いことですよね。

アインシュタインが発見した有名な公式です。

Q理学部物理学科の就職先

理学部物理学科に行きたいと思うのですが、将来どんな仕事に就けますか?またどの大学の理学部がオススメですか?教えてください。

Aベストアンサー

私は、私大の物理学科を卒業して、大学院までいき、博士の学位を得、外国で12年、結婚もせず研究生活に明け暮れ、ようやく41歳の年で、日本の某国立大学に就職できました。

振り返ってみると、結構つらかったです。
どの大学がお勧めかといえば、それは、東京大学か京都大学がいいでしょう。でも、そんなところへは、難しくていけない?じゃぁ、いかなくてもいいと思います。他の回答者が述べていたように、結局のところ自分自身の問題です。

物理学や数学は、スケールが問題です。
人生高々100年です。君が遭遇した物理研究問題が解決されるには、どんな天才でも、500年はかかると知っていたならば、自分の人生を投げうってまで、研究を続ける人はほとんどいないでしょう。いたとしても、それは単なる気違いです。

近年、東大の小柴さんがノーベル物理学賞を受賞しました。君は小柴さんのようになりたいのか?
大きな天体観測装置で、遥か宇宙のかなたからやって来たニュートリノと呼ばれる素粒子を観測したのである。次にまたニュートリノを観測するのに、何百年かかるか分からない。小柴さんは、言いました。「ちゃんと準備をしておけば、チャンスはやってくるものだ。」この言葉は、研究者をとても勇気づけたと思います。

だけれども、私はそうは思わない。科学は、帰納法といって、何度も繰り返して確かめられるものでなければ、ならないのだから。小柴さんの観測は、確かに正しかったかもしれないけれども、それを科学と呼ぶには、早すぎた。何千年も早すぎた。

それを、はや合点して、ノーベル賞を出すほうが、奇跡的だとは思わないかい?もっとも、ノーベル賞は生きてる人間にしか与えられないことになっているらしい。

そうそう、相対性理論の産みの親のアインシュタインは、ノーベル賞をいくつかもらっているけど、相対性理論では、とうとうノーベル賞はもらえなかったんだよ。

。。。というわけで、物理学で新しい発見を目指すのであれば、将来どんな仕事に就けるかどうかなんて、ちっちゃな問題です。というか、関係のないことでしょう。でも。。。確かに、食べて行かないと、研究できません。そういう意味では、それは大切だ。それには、自分の研究の妨げにならない仕事を選ぶことだ。

。。。とにかく、何か自力で(そして人に頼らないで)研究できる能力をつけることだ!発見のできる自分作りをする。。。

。。。だけれども、上の意見は、君が天才研究者だったら・・・・の話だ。。。だから、ちょっと裏腹ではあるが、自分の良い理解者に早く巡り会うことも非常に大切だ。自分よがりの研究者は、無駄な人生を送ってしまうからだ。

ん~。。。大体にして、そういうことをここに「質問」して、「はいそうですね。理解できました。そうします」っていう考えになれると思う?

アインシュタインだって、死ぬまで悩んだと思うよ。

私は、私大の物理学科を卒業して、大学院までいき、博士の学位を得、外国で12年、結婚もせず研究生活に明け暮れ、ようやく41歳の年で、日本の某国立大学に就職できました。

振り返ってみると、結構つらかったです。
どの大学がお勧めかといえば、それは、東京大学か京都大学がいいでしょう。でも、そんなところへは、難しくていけない?じゃぁ、いかなくてもいいと思います。他の回答者が述べていたように、結局のところ自分自身の問題です。

物理学や数学は、スケールが問題です。
人生高々100年...続きを読む


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