【復活求む!】惜しくも解散してしまったバンド|J-ROCK編 >>

原子はあんなにスカスカなのにも関わらず、どうして(幼稚な表現ですが)”詰まっている”のでしょうか?
スカスカなものはいくら集まってもスカスカな気がしますが、現に私は存在していますし、物体に触れることができます。
とても不思議です!

よろしくお願いします!

A 回答 (6件)

確かにスカスカですよね。



だから物質に小さいものをぶつけると、隙間を通って貫通するんです。
例えば、ニュートリノというとても小さい粒子があります。原子よりはるかに小さい素粒子です。宇宙から降ってきています。超新星が爆発したときにいっぱい出るみたいです。

あんまり小さいので、原子のスカスカの隙間を通って、ほとんど地球を通過します。例えばあなたの体を1秒間に1兆個ぐらいのニュートリノが通過しているそうです。
ほとんど貫通するといっても、少しはぶつかるのがあります。小柴さんは、地下の大きな水がめにぶつかるニュートリノを観察してノーベル賞を取りました。
そういう意味では、ニュートリノは何億年もの間、超高速で飛んでいるのに、何にも触れることができないでいます。

原子はスカスカですが、原子の中の陽子と電子はすごい力で引きあっています。クーロン力で引き合っています。
物質は集まると、引き合います。電子が手助けをして、共有結合とか金属結合といわれる結合で、原子と原子をくっつけます。
物質は、原子同士がそういう結合で、手と手を結んでつながっていると思ってください。

手をつなつなぎあった物質は、他の手をつないだ物質とはぶつかりますし、触れることもできますよね。
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この回答へのお礼

ありがとうございました。
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お礼日時:2008/04/20 18:32

星と星の間もスカスカですが、


30億年後、我々の太陽系が属する天の川銀河とアンドロメダ銀河
が衝突する時もすり抜けたりはしません。

(星と星の間に働く「重力」も
 原子核と電子間に働く「電磁力」と同じように
 強さが距離の2乗に反比例する力です。)

http://astro.ysc.go.jp/andromeda.html
↑のページの真ん中辺の
[超高速コンピューターで計算された銀河系とアンドロメダ銀河の衝突のようす]
をご参照ください。

上記の引用元
(アニメーション)
http://astro.ysc.go.jp/galaxy-andromeda-collisio …
(解説)
http://www.cita.utoronto.ca/~dubinski/tflops/
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この回答へのお礼

ありがとうございました。
参考になりました。

お礼日時:2008/04/20 18:31

簡単に言うとスカスカなのですが原子の中には他の原子は決して入れない、つまり非常に“硬い”のです。


スカスカだけど非常に硬い原子で物質は構成されていてしかも原子の表面にはマイナスの電気を帯びた電子が存在しますからお互い接近すると反発します。

たとえばかなづちで釘を打つ場合かなづちの表面の電子と釘の表面の電子との相互作用で釘は入っていく訳ですがお互いの原子核同士は絶対に接触しません。
例えるなら磁石をたくさん用意して表面がすべてNになるようにボール状に組み立てた物を多数用意します。
このボールをお互いぶつけようとしても磁石の反発で接触することはありません。接触はしませんがお互いに力を及ぼしあう訳でこれは力を伝えると言う部分に着目すれば接触した場合と同じです。

物体に触れたと思っているのは実際は貴方の手と相手のボールとの電気的な相互作用の結果触れたのと同じ現象が起こっているに過ぎません。
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この回答へのお礼

ありがとうございました。
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お礼日時:2008/04/20 18:31

スカスカとスカスカがぶつかっても(幼稚な表現ですが)”フニャフニャ”になるとは限りません。


スカスカな金網でできたもの同士をぶつけても結構な反発があるでしょう。針金でつながっているからね。
一方が小さいものならスカスカで通り抜けるけどね。
物質も同じだと考える。固体の原子同士は電磁力などでつながっている。金網と同じだ。素粒子だと原子層の厚さが薄ければ通り抜ける。

液体や気体は事情が違うけどね。

質問もそうだし、この回答もそうだけど、原子の内部のスカスカと、物質としての物体の性質とをいくらか混同しているね。
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この回答へのお礼

ありがとうございました。
参考になりました。

お礼日時:2008/04/20 18:36

原子1個にしめる、核(陽子・中性子)や電子の体積は微々たるものですが、


ほかの原子がぶつかりにくると電磁力ではねかえしてるのです。
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この回答へのお礼

ありがとうございました。
参考になりました。

お礼日時:2008/04/20 18:36

我々の身体も構成している原子を電子顕微鏡的に観ればスカスカですが、目の分解能の範囲で見れば密集して見えるだけ・・・では。

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この回答へのお礼

ありがとうございました。
参考になりました。

お礼日時:2008/04/20 18:37

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Q物質の原子構造はスカスカであるというが

 
物理の本によると、物質の原子構造は、液体であれ、個体であれ内部はスカスカであり殆ど空洞に等しいといわれています。
これは銀や銅などの電導体においても同じであるとされています。

一方、導体が電気抵抗をもつのは電流を引き起こす自由電子が原子核などに衝突して自由電子の運動が妨げられるからであると説明されています。

なぜスカスカの物質内において自由電子が原子核に衝突するのでしょうか。
 

Aベストアンサー

 膜ではないですが、最外殻電子軌道を原子の大きさと考えても、概ね正しいようです。古典電磁気学に出てくるような、最も初等的な最初の物性論的考察では、物質は導体と誘電体(不導体)に分けられます。

 導体の代表は金属材料ですが、金属では最外殻電子軌道が隣り合う原子で、少しオーバーラップしていると、最も初等的には説明され、ほとんど古典的発想です。そうすると最外殻電子は、元の位置から隣の最外殻電子軌道へ、その隣へと渡り歩ける事になります。これが自由電子ですが実情は、最外殻電子軌道がオーバーラップしている限りは、という条件付きです。
 電子の移動は電流なので、この渡り歩きはランダムなはずです。そうでなければ電流が見えてしまうからです。ランダムな渡り歩き状態を表す状態量(かな?)が、フェルミの何とかに当たります。導体に電場が生じると、ランダムウォークに方向性が与えられるので、それが巨視的な電流として見える事になります。

 一方、誘電体(不導体)では、最外殻電子軌道はオーバーラップしません。それで電子が原子から出て来る事はなく、電場が生じても電流は流れません。ただし電場により原子内で原子核(陽子)と電子軌道は、電場方向への偏りを起こし、打ち消しあっていた±の電荷が見えるようになり、新しい電場が生じたかのように見えます(もともとあったんですけど)。これを分極(誘電)と言います。

 ところで誘電体で隣り合う原子は、これでは相互作用せず、バラバラに分解しそうです。マックスウェルに続く、19世紀末~20世紀初頭のローレンツはこの点に関して、恐らく史上初の物性論的考察を行い、物体の原子は電気力,磁気力によって結合し支え合っている、という電磁論的自然観のモデルを提出します。このモデルは今でも、基本的には正しいです。ただし相互作用の内部機構は、全くわかっていませんでした。それを次第に明らかにして行ったのが、量子力学の主要な動機づけも与えた原子物理学です。

 という訳で、電子と原子の衝突を語るには、電子と原子の相互作用を(主に)担う電気力を考える必要があります。電流となった自由電子は、電場によって与えられた余剰な運動量や運動エネルギーを持っています。ミクロの世界では、どちらも保存するので、ここではどっちを使っても同じです。

 隣の原子に自由電子が軌道を乗り換えるという事は、その電子が、隣の原子にトラップされるという事です。隣の原子の最外殻電子軌道は、電流の方向と平行ではありません。そこでトラップされた電子は、あらぬ方向へ行こうとし、電気力を通じて隣の原子の原子核を揺り動かすはずです。ランダムウォークの場合は短時間に全方向への揺れが起きると考えられるので、原子の時間平均位置は静止しているように見えますが、電流の方向性があれば違います。原子核が揺れれば、その周囲の不自由電子軌道も揺れるので、原子全体が揺れた事になります。

 原子が揺れたという事は、電流となった自由電子と原子は、電場によって与えられた余剰な運動量を交換した、という事です。原子の揺れとは熱の発生であり(熱/統計力学)、運動量の交換は、ニュートン力学において「衝突」と言われます。

 以上の話で問題になる点は3つあります。一つ目は、電流となった自由電子と原子の相互作用は、そんなに強いのか?という点です。強いと考えざる得ません。たとえ物質がスカスカであっても、それを支えて物体形状を維持するくらいに、電子と核子の電気力,磁気力の密度は濃い訳です。これは経験事実です。

 2点目は、原子同士はこすれ合ってもいないのに、なぜ熱が発生するのか?という点です。統計力学については言いすぎかも知れませんが、「熱とは、原子(分子)運動の、運動エネルギーの平均値だ」という事を、「内部機構に関わる事なく」、色々な経験事実から明らかにしたのが、熱力学の素晴らしい点です。

 もちろん、その具体的機構は追求されます。それがたぶん、#1さんや#2さんが仰っている量子的な機構です。しかし、熱力学によって明らかにされた現象論的法則がなければ、統計力学や量子的考察も不可能だったと思います。このような事は、ニュートン力学にも該当します。

 3点目は、衝突とは何か?です。ニュートン力学によればそれは、運動量の交換です。ここでは敢えて量子力学に対して、ニュートン力学を現象論的法則と呼びます。
 電磁気学にも運動量保存則と、エネルギー保存則はありますが、物質としてニュートンの運動方程式に従う荷電粒子(電子や陽子)の運動量と力学的エネルギーと込みにして、電磁場の運動量保存則やエネルギー保存則を語るのが本来です。つまり「内部機構に関わる事なく」、色々な経験事実から、運動量やエネルギーの概念を導いたのが、ニュートン力学の素晴らしさの一面です。それは電磁場にさえ適用可能なものでした。そしてこの現象論的法則は、まるごと4世紀の間、適用範囲内(銀河系以内の日常経験)に対して、一回も不正解を与えていません。信じるしかないと思えます。

 という訳で、電流の方向性を持った自由電子と原子との相互作用を、「衝突」と呼ぶ訳です。今では、具体的衝突内部機構も量子力学に基づいて、かなり詳細に検証されています。

 膜ではないですが、最外殻電子軌道を原子の大きさと考えても、概ね正しいようです。古典電磁気学に出てくるような、最も初等的な最初の物性論的考察では、物質は導体と誘電体(不導体)に分けられます。

 導体の代表は金属材料ですが、金属では最外殻電子軌道が隣り合う原子で、少しオーバーラップしていると、最も初等的には説明され、ほとんど古典的発想です。そうすると最外殻電子は、元の位置から隣の最外殻電子軌道へ、その隣へと渡り歩ける事になります。これが自由電子ですが実情は、最外殻電子軌道が...続きを読む

Q原子と原子の間(すきま)はなぜ素通りできない?

 原子と原子の間はすごく距離があるわけですよね。
 たとえば、両手ですが、両手をつくっている原子は間隔がかなり開いていると思います。
 それなのに、両手はなぜ合わせたときぶつかってしまうのでしょうか。 
 なぜ素通りできないのでしょうか?

Aベストアンサー

#1で回答したの者ですが、
この話も、ちょっと入れといたほうが良いかと思いましたので書きますね。


もしも、両手をくっつけたとき、金属結合や化学結合などと同様に「くっつく」と仮定すれば、その場合、両手を離すことが出来なくなります。

話を、「人間の両手」ではなく、金属ということにしてみますね。
もしも、2つの金属の塊の表面が平坦で、かつ、化学研磨などをされた非常にファインな状態の表面であると、2個の金属をくっつけると、本当にくっつきます。
つまり、金属結合します。

私は、理科(物理?)の授業で、その現象を確かにこの目で目撃しました。(高校だったか大学だったか忘れましたが)

なお、
両者の間が真空になって、下敷きをテーブルの上に置いたときに持ち上げにくくなるような、「吸い吸いし合ってる」状況でもないです。なぜならば、真空中でも起こりますから。

(本題と関係ないですが、「吸い吸い」の方も、本当のところは、周りの空気が「押し押し」なんですが。)


そして、
上記を書こうとしたところ、今さっき、#4さんのご回答を拝見したのですが、
「マイナスとマイナスが反発しあう」の論理では、上記の、金属の塊同士がくっつくことを説明できません。

そのモデルでいけば、マイナスとマイナスの間の距離が、無限にゼロに近づくところまで、ものすごく強い力で一所懸命押し当てたとすれば、その、押す力を緩めた途端に、爆発的なスピードで、お互い、はるかかなたへ吹っ飛んでいきます。


手の皮膚・肉を作っている有機化合物も説明できません。なぜならば、「同じ極性」の手を4本持っている炭素同士が、同じ極性の手同士をつないでいることが説明できないからです。

かといって、逆に、
金属であれ化合物であれ、何故、結合しても、完全に一体になることなく、それぞれの原子1個1個が、ほぼ、元の大きさに近い大きさを空間的に占めているかも説明できません。

さらには、(話は全く別ですけど、)原子核に複数のプラス電荷の粒子(陽子)同士がめちゃくちゃ近接しているという、とんでもない状況も、説明できません。


これらは、全部、量子力学の話なんです。

個別の現象を個別の論理「だけ」で現象論的に組み立てて説明しようとする人が、よくいるのですが、全て「量子力学」という名の日本国憲法の下で、「法則」「定理」という名の法律・政令・条例が成り立っていることを説明しなければ、嘘をつくことになってしまいます。

お婆さんの知恵・主婦の知恵という言葉は、私は大好きですが、理由を説明するには、やはり避けて通れないところはあります。
(ですから、私は、くどくどと書いてしまいました。)



お婆さんの知恵で立派なのは数々ありますが、
「雷様にへそを取られる」
と子供に教えるのは、実は、

雷=寒冷前線が迫っている=もうすぐ気温が急降下する→子供がお腹を出していると体を壊す

という論理なのでは、という説を聞いたことがあります。
この話を聞いたときは、感動しました。

子供には気温の急降下(量子力学)を説明してもわからないので、「雷様」とうおとぎ話で説明していた、ということなんですかね。


また、
私は大学のときの専攻の関係で、粒子同士の衝突や、粒子が塊(材料)に衝突・入射したときに起こる現象についても、色々学びましたが、
全部は覚えてないですが、
ラザフォード散乱のようなモデルによる衝突、剛体球衝突、その他色々な衝突のモデルがあります。


2つの粒子が出会う(衝突する)とき、お互いの体の大きさ(=専門用語で「断面積」と言います=ぶつかる確率、ぶつかりやすさ)が、どれぐらいの大きさに「見えるか」は、モデルによって様々です。

加えて、そういった衝突断面積、反応断面積は、衝突するときの速さの関数になったります。つまり、速球ピッチャーと、スローボールピッチャーとで、投げた球が、バッターにとって違う大きさに見えるんです。


以下は、おまけです。

日本の原子炉では、炉の中に水があって、そこにウランの燃料棒が浸かっていますが、水は熱を取り出すためだけにあるのではなく、中性子のスピードを遅くするための役割も果たしています。(この場合、水を「減速材」と呼びます。)
つまり、一人二役です。
中性子を遅くすることによって、反応断面積が大きくなる、すなわち、ウラン原子核に「当たりやすく」なります。
大惨事があったチェルノブイリでは、水ではなく黒鉛(炭素)が減速材でした。
炉が破れたときに、日本と同じ型であれば、水が流出して抜けて、反応も止まっていたのですが、黒鉛は流出できませんからね・・・。

#1で回答したの者ですが、
この話も、ちょっと入れといたほうが良いかと思いましたので書きますね。


もしも、両手をくっつけたとき、金属結合や化学結合などと同様に「くっつく」と仮定すれば、その場合、両手を離すことが出来なくなります。

話を、「人間の両手」ではなく、金属ということにしてみますね。
もしも、2つの金属の塊の表面が平坦で、かつ、化学研磨などをされた非常にファインな状態の表面であると、2個の金属をくっつけると、本当にくっつきます。
つまり、金属結合します。

私...続きを読む

Q原子と原子の間は何?

早速質問に移らさせていただきたいと思います。
物質は、最小単位である原子がぎっしりと並ぶことにより構成されていると聞きます。しかし、原子は、球体のため、ぎっしり並んだところで、隙間ができるはずです。この隙間はどういった物質で満たされているのでしょうか?空気なのでしょうか?しかし、空気とは混合気体であり、それぞれも原子からできているので、中に入り込むことはできないと思います。となると、真空と考えるべきなのでしょうか?どうか、よろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

>真空と考えるべきなのでしょうか?

これは物質の存在に関わるけっこう難しい
問題で、最終的結論はまだないというのが
正確でしょう。

 現時点においては、量子力学的
解釈として、物理的真空状態というのが存在
しているという説明が成り立つと思います。

 原子と原子が結合しているのは、イオン結合
とか共有結合とかいろいろな形で引力が働いて
いるからですが、これらは一言でいうクーロン力
です。
 クーロン力は仮想光子によって伝達されていますので、
原子核と電子間も含め、原子間にはこの仮想光子が
発生消滅する場が存在しているのですが、この光子が
仮想と言われているのは、その存在はクーロン力の
発生から分かるのですが、プランク時間以下という
非常に短い時間しか存在していないので、それ
だけ単独で取り出せないのです。
 しかも光子が存在しているということは本来、
エネルギーが存在していると言えるはずなのですが、
単独で取り出せないというところからも分かるように
エネルギーが測定できない、何もないのと同じなんです。

 クーロン力を伝えるために仮想光子は無からいきなり
生まれ、すぐ消えてしまう。これを量子力学的
揺らぎといい、これはプランク時間以下という非常に
短い時間には、エネルギー保存の法則が破られて
いることを意味します。

 原子間には、そこに何かがあるかどうか
測定しようとすると、何も観測できないが
存在が確認できない仮想光子が発生消滅を
繰り返す場が存在しているのです。

 真空というと何もないという印象があると
思いますが、仮想光子が生まれるということは
本当に何もないというのとは少し違う。
このような量子力学的揺らぎが存在して
いる状態を物理学真空といいます。




>物質は、最小単位である原子がぎっしりと並ぶことにより構成されていると聞きます。

 20世紀初頭に確立した分子論、原子論から
くる粒子論の考え方からはそうゆイメージに
なりますが、素粒子の衝突実験などから
1960年代になると、粒子という存在が
疑われ始めました。
 物質の基本単位が原子であれ、クウォークであれ
それが粒子であるとすると矛盾するような実験結果
が出始めたのです。

 物質の究極の形が粒子でないことはほぼ間違いない。
ではいったい真の姿は何なのか議論が始まりました。

 まだ結論に至っていないため、高校の物理や
大学でも化学の世界などでは、暗黙のうちに
粒子論を定説として扱っていますが、
原子がぎっしりと並ぶといったイメージは、
真の姿からはほど遠いと考えて間違いないでしょう。

 現在、非粒子論の最有力候補は超弦理論ですが、
この理論も物理現象のある側面を捉えているに
過ぎない可能性が出てきておりさらなる発展が
期待されています。

 超弦理論のほかにもいくつか有力候補があるのですが、
どれが正しいということではなく、1つ現象を
皆違って角度で捉えているだけという可能性が
でてきており、最新の物理学理論全体の再構成が
望まれてきています。

 それらいくつかの理論をおおざっぱに捉えると、
物質と空間というのは、同じ存在の裏と表のような
関係で、人間が勝手に何もない真空に物質という
存在があると捉えているだけという可能性が
強くなってきています。


 現時点では数式による議論が進行中で、
並んでいる原子のように、イメージを
具体的な絵でか書き、簡単に説明する
ところまで行っていませんが、基本と
なるのはおおざっぱに言うと数学の複素空間、
多様体と呼ばれているものです。

>真空と考えるべきなのでしょうか?

これは物質の存在に関わるけっこう難しい
問題で、最終的結論はまだないというのが
正確でしょう。

 現時点においては、量子力学的
解釈として、物理的真空状態というのが存在
しているという説明が成り立つと思います。

 原子と原子が結合しているのは、イオン結合
とか共有結合とかいろいろな形で引力が働いて
いるからですが、これらは一言でいうクーロン力
です。
 クーロン力は仮想光子によって伝達されていますので、
原子核と電子間も含め、原子...続きを読む

Q四次元というのはどんな世界ですか?

そもそも我々の住んでいる世界は三次元ですか、四次元ですか?
三次元の世界とは縦横高さのある空間の世界だと思います。
これに時間の概念を足せば四次元になるのでしょうか?
我々の世界にも時間があるので、四次元といってもいいのでしょうか?
それとも四次元とは時間とは無関係の世界なのでしょうか?
あるいは時間と空間を自由に行き来できるのが四次元なのでしょうか?

よろしくお願いします。

Aベストアンサー

>そもそも我々の住んでいる世界は三次元ですか、四次元ですか?

4次元であると考えると都合がいいというのが
現段階の結論です。

 100年ほど前、スイスのチューリッヒ工科大学
のミンコフスキー教授が物理学的な4次元の理論というのを
考えました。物理的な計算をするのに、縦、横、高さ
方向以外にもう1つ方向があるとして計算すると
うまく計算できることがあるというもので、
彼の教え子の一人が、4次元時空の理論と
して有名な相対性理論を完成させた、アルバート・
アインシュタインでした。
 彼は、リーマンという数学者が作った、
曲がった空間の幾何学(現在リーマン
幾何学と呼ばれています)を使い、4次元の
空間が歪むという状態と、重力や光の運動を
あわせて説明したんです。これが相対性理論。

>これに時間の概念を足せば四次元になるのでしょうか?

 物理学的にはそうです。

 相対性理論の話に関連付けて説明するとこんな感じです。
例えば、下敷きの板のような平面的なもの(数学的には
これを2次元空間と言ったりします)を曲げると
いう動作を考えてみて下さい。下敷きに絵が書いて
あったとして、曲げながらそれを真上から見て
いると、絵は歪んで見えます。平面的に見て
いても下敷きという2次元空間が歪んでいる
ことが感じ取れます。
 2次元的(縦と横しかない)な存在である下敷きが
歪むには、それ以外の方向(この場合だと高さ方向
ですが)が必要です。

 19世紀に、電気や磁気の研究をしていた学者たちが、
今は小学校でもやる砂鉄の実験(紙の上に砂鉄をばら撒いて
下から磁石をあてると、砂鉄が模様を描くというやつです)
を電磁石でやっていたときに、これは空間の歪みが
原因ではないかと直感したんです。
 電磁石の強さを変えると、砂鉄の模様が変化します。
これを砂鉄が動いたと考えず、砂鉄が存在して
いる空間の歪みが変化したのでは?と考えたんです。

 3次元の空間がもう1つ別な方向に曲がる。
その方向とは時間という方向だということを
証明したのが、相対性理論だったんです。


>あるいは時間と空間を自由に行き来できるのが四次元なのでしょうか?

 4つ目の方向である時間は、存在していても
その方向に、人間が自由には移動する方法は
現在ありません。時間方向を自由に動ける機械と
いうのは、タイムマシーンのことなんですが。

 日常生活を考えてみたとき、縦、横といった
方向は割りと自由に動けます。1時間ちょっと
歩けば4kmくらい楽に移動できますが、
道路の真中で、ここから高さ方向に
4km移動しろと言われたら、人力だけでは
まず無理でしょう。
 飛行機やロケットといった道具が必要と
なります。
 時間方向というのは、このように存在していても
現在のところ自由に移動できない方向なんです。

 例えば、人間がエレベーターの床のような
平面的な世界に生きているとしましょう。

 この場合、高さ方向を時間と考えて下さい。

 エレベーターは勝手に下降しているんです。
この状態が、人間の運動と関係なく、時間が
経過していく仕組みです。

 人間もほんの少し、ジャンプして高さ
方向の移動に変化をつけることができます。

 同様に時間もほんの少しなら変化をつける
ことができます。

 エレベーターの中で、ジャンプすると
ほんの少し下降を遅らせることができる
ように、時間もほんの少し遅らせることは
できるんです。




 

>そもそも我々の住んでいる世界は三次元ですか、四次元ですか?

4次元であると考えると都合がいいというのが
現段階の結論です。

 100年ほど前、スイスのチューリッヒ工科大学
のミンコフスキー教授が物理学的な4次元の理論というのを
考えました。物理的な計算をするのに、縦、横、高さ
方向以外にもう1つ方向があるとして計算すると
うまく計算できることがあるというもので、
彼の教え子の一人が、4次元時空の理論と
して有名な相対性理論を完成させた、アルバート・
アインシュタイン...続きを読む

Q「物と物はなぜぶつかるの?」

4歳児に、物と物はなぜぶつかるの? と数回訊かれたのですが、
なんでだろうねえ、とか、こんど図書館で調べてみようね、よじげんではぶつからないらしいよとか、
適当なことを言ってお茶を濁しております。
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科学への興味をそそる簡潔な答えを出すとすれば、どのような答えがよいでしょうか?

物が壁を通り抜けないのは何故かとか、通行人同士が身体を通り抜けないのは何故か、とか、道路に出ると走行車にあたるのは何故なのか、といったことから、こんな疑問を口にするようになりました。

Aベストアンサー

物には、質量がある。質量はエネルギーだよ。原子力発電は何を熱源にしてる?重さだよ。エネルギーってのは、重さなんだ。この世にあって重さがないものがひとつだけある。


さあ、なんでしょう?

こころだよ。

ぶつかりあうか?エネルギーかね。

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どうだっていいか?

Qマイクロ波と金属の関係について

マイクロ波についての知識はゼロです。金属にマイクロ波を当てると発熱すると思

いますがアルミやステンレス鋼、鉄、銅合金でも同じなのでしょうか?金属でマイ

クロ波を吸収(保護)する材質はなんですか?またシリコンゴム、ウレタンゴム

ではどうなるのですか。(燃えるのかな)もう一つ電子レンジの扉に生め込まれて

いる金属の金網の材質はなに?どなたか教えて下さい。お願いします。?

Aベストアンサー

 初めて見ました。すでに回答してくださっている方もいらっしゃいますので重複する部分もありますが、回答します。
 電磁波は電波や光やX線などの総称です。マイクロ波は電磁波でも電波領域に含まれます。波長は一般的には1mm~1mとされていますが、規定されてはいません。
ただし、電子レンジなどは、国際規格(ISMバンド)や、(旧?)郵政省等の 法規で使用できる波長(周波数)が規定されています。日本では電子レンジに使われている2450MHz(自由空間波長約122mm)が主なものです。最近では無線LANにも使われています。
 この波長は物質の分子を共振させ易く、「分子振動」により物質を加熱します。
(他にも電子振動などの領域があります。)波長により加熱しやすいものがあり、「水」まマイクロ波で加熱しやすく、金属などはもっと低周の低い高周波の方が加熱しやすいです。逆に波長が短くなると、赤外線などは物質の表面が暖めやすくなります。
 マイクロ波は「誘電加熱」により、絶縁体(誘電体)を加熱しますが、シリコンゴムはマイクロ波を吸収しにくいものです。他には石英やテフロンも吸収しません。ウレタンは確か吸収します。逆に水はマイクロ波の吸収が良いものです。電子レンジで食品を加熱できるのはこのためです。ただし、氷は加熱しにくく、水蒸気は加熱できません。
 また、金属も加熱することがあります。これが「誘導加熱」です。これは形状や材質によります。マイクロ波により金属の極表層で「渦電流」が発生するためですが、アルミやステンレス、銅など、非磁性体の金属は発熱しにくく、鉄など、磁性体は発熱し易いです。(周波数は違いますが、電磁調理器はこの原理を利用しています。)
 電子レンジの扉は確かアルミかステンレスです。
 「静電遮蔽」というのがあり、「雷は自動車の車内には流れない」というのがあります。これと同じように、電波的に密閉された空間からはマイクロ波はその外に出ません。ですから電子レンジで食品は温められても、外の人間には影響がないのです。
 電磁波は電子線ではありませんので、電子レンジを帯電させることはありません。電子レンジにアース(グランド)がついているのは、マイクロ波を発生させる
マグネトロンという真空管を動かすために4000V程度の電圧が必要なのですが、万が一、漏電した場合に人身事故を防ぐためのものです。
 微弱なマイクロ波では、ものを加熱するのは困難です。
 しかしながら、マイクロ波の漏洩によるノイズや誤動作を防ぐため、アルミを使うのは、コスト的、実用的に一般的と思います。
 最近の携帯電話やCPUの動作速度はすでにマイクロ波による加熱領域(周波数)に入っており、ちょっと怖いですね。
 とりとめもなく、ごめんなさい。お役に立てれば幸いです。

 初めて見ました。すでに回答してくださっている方もいらっしゃいますので重複する部分もありますが、回答します。
 電磁波は電波や光やX線などの総称です。マイクロ波は電磁波でも電波領域に含まれます。波長は一般的には1mm~1mとされていますが、規定されてはいません。
ただし、電子レンジなどは、国際規格(ISMバンド)や、(旧?)郵政省等の 法規で使用できる波長(周波数)が規定されています。日本では電子レンジに使われている2450MHz(自由空間波長約122mm)が主なものです。最近では...続きを読む

Q光子の質量?

光子って質量はあるんでしょうか?

光子の質量は0で、0だからこそ、光速で移動するんだとおもっていたのですが、
「重力は質量間に作用する力である」とおもっていたので、
なぜ、光子が重力の影響をうけるのかよくわからなくなってしまったのです。

なんて事を考えていたら更に疑問が。(ーー;
「光子は電磁場の影響を受けるか?」
「電磁波なんだから受けるべ?」というのと、
「電荷をもたなければ影響うけないべ?」という気も。
うーん。どうなんざんしょ?(ーー;

宜しくお願いします。

Aベストアンサー

 量子光学屋で、素粒子論は耳学問なんですが、とりあえず知ってるつもりのことだけ、書かせていただきます。

 古い話ですが、ヤン-ミルズ理論~電弱統一理論では、光子のうち弱い相互作用を司る量子が質量をもち、電磁気力を司る光子が狭い意味でのフォトンになったわけですから、光子が質量をもたないのではなく、電弱統一理論の力の素粒子のうち、質量を持たない方が、光子と呼ばれるものである、というのが律儀な言いかたなのかもしれません。

 ただ、光子のエネルギーは、容易に質量となり、また、その逆も容易に起きます。

 たとえば、陽子と電子が無限のかなたから近づいていき、水素原子を形成する場合、電子の軌道のエネルギー準位が変化すれば、光子の形でエネルギーが外に放出されます。その光子のエネルギーは、陽子と電子のなす系が、質量を失うこと(古典的には、ポテンシャルエネルギーを失うこと)で補われます。
 水素がイオン化して、陽子と電子とに別れる時は、この逆で、外からやってきた光子から、系は質量を得ることになります。これを相対論のような古典物理で説明する場合には、質量とエネルギーの等価性と言うわけですが、場の理論で、この質量獲得のメカニズムを説明するのは、かなり難しいことのようです。

 経路積分的に、光子が飛んでいく姿を思い浮かべた時、光子は、実は、あるときは陽電子-電子ペアであったり、場合によってはトップクオークと反トップクオークの対からなる中間子に「変身」している場合もありうるわけで、いつでも質量を持つ可能性をもっているわけです。

 これら「場の理論」でいう質量の獲得と、重力理論で言う質量とが、同等のものであるのは一般相対論の主張ではありますが、素粒子論レベル(重力子レベル)で、場の相互作用を簡便に言うことは、困難なことのようです。
 このあたりが、

 「なぜ、太陽の側を通った光は、曲がるの」
 「それは、重力が空間を曲げているからさ!」

という、禅問答のような、とおりいっぺんの説明では納得できない気持ちになる原因だと思います。

 また、「電荷」は、電磁気の力、すなわち光子を産むことのできる「能力」を示すものです。それ以上の説明は、現代の物理学者にはできていないように思えます。電子のように「内部構造を持たない粒子」が、電荷という性質を持つことは、実に不可思議な事だと思います。また光子は「電荷」を持たないため、更に子供の「光子」を直接産むことはできません。何か他の素粒子を経由することにより相互作用することになると思います。

 量子光学屋で、素粒子論は耳学問なんですが、とりあえず知ってるつもりのことだけ、書かせていただきます。

 古い話ですが、ヤン-ミルズ理論~電弱統一理論では、光子のうち弱い相互作用を司る量子が質量をもち、電磁気力を司る光子が狭い意味でのフォトンになったわけですから、光子が質量をもたないのではなく、電弱統一理論の力の素粒子のうち、質量を持たない方が、光子と呼ばれるものである、というのが律儀な言いかたなのかもしれません。

 ただ、光子のエネルギーは、容易に質量となり、また、...続きを読む

Q元素と原子の違いを教えてください

元素と原子の違いをわかりやすく教えてください。
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

難しい話は、抜きにして説明します。“原子”とは、構造上の説明に使われ、例えば原子番号、性質、原子質量などを説明する際に使われます。それに対して“元素”というのは、説明した“原子”が単純で明確にどう表記出来るのか??とした時に、考えるのです。ですから、“元素”というのは、単に名前と記号なのです。もう一つ+αで説明すると、“分子”とは、“原子”が結合したもので、これには、化学的な性質を伴います。ですから、分子は、何から出来ている??と問うた時に、“原子”から出来ていると説明出来るのです。長くなりましたが、化学的or物理的な性質が絡むものを“原子”、“分子”とし、“元素”とは、単純に記号や名前で表記する際に使われます。

Q細胞っていくつくらいの原子から出来ている?

すごく単純な質問なのですが、例えば人間の細胞っていくるくらいの原子からできているのでしょうか?

細胞がいのちの素粒子っていうのは、何かで読んだのですが、細胞も原子から出来ているのですよね…。その辺で、何か「ん?」と違和感があります。細胞がどのような構成(?)で出来ているのかイメージできていないからかなと思い、上記の質問になりました。

よろしくお願いします。

Aベストアンサー

 概算で次のような感じではないでしょうか。

 細胞にもいろいろな大きさのものがあります。ヒトの細胞の数はおよそ 60兆個といわれ、体重 60kgとすると、一つの細胞の平均質量は 1×10^-8kg 。細胞を作っている物質は水と有機物で C H O などの原子でできています。 C原子1個の質量は 12÷アボガドロ数 でおよそ 2×10^-23g = 2×10^-26kg 。
 細胞を作っている原子が全部 C とすると、その数は

 1×10^-8 ÷ (2×10^-26)

で、 5×10^14 =500000000000000 個 となります。

 もちろん個々の細胞の大きさはそれぞれ違うし、全てがC原子ではないですが、細胞を作っている原子の個数にそんなに意味があるような気がしないので、こんな程度でいいのではないでしょうか。
 

Q透明な物質と不透明な物質との本質的な違い

以前の関係スレを見ているのですが、どうも素人にはわかりにくい無塚しい理論があるようです。
分子が通過する光子を捉えきれずに逃がしてしまうという現象のように理解したのですが、金属は1ミクロン以下でも光を通さず、水は何十メートルの厚さでも何もないかのように通過するのはやはりこの理屈なのでしょうか。どうも理解できません。水やガラス、ある種の透明プラスチックの間に共通点はあるのでしょうか。あるのでしょうね。私にはまったくないように思えます。
原子は基本的にすかすかで、ほとんど何もない空間であるときたことがあります。それが本当なら物質は皆透明に近いのではないでしょうか。金などの超薄い箔は原子が百くらい重なっただけのものもあるらしいのですが、こんな層を光が通らないのは何か積極的な阻止構造があるような気がするのですが、わかりやすく教えていただけないでしょうか。

Aベストアンサー

>> >基本的には「結晶」になれば、透明です
>> ガラスや水は巨大な近似単結晶だということでしょうか。
>> 結晶だと分子がそろっているので光が通り抜けやすいということなのでしょうか。

巨大な近似的な単結晶を作っているという発想も、あながち間違いではありません。ただ、液体のため、結晶構造は持っていないという考え方でも結果的に同じです。散乱を起こす粒子単位そのものがないため、また、金属のような自由電子もないため、透明に見えます。なお、可視光で強い吸収がないのも理由の一つになります。薄い色はありますので、厚いガラス、深い湖には、色を見ることができます。あまりに厚くなると、結果的に不透明になります。

>> >遷移軌道に入っている電子が励起によるので
>> こういった現象がここでは起こらないのは単に物性の問題なのだと解釈できるのでしょうか。

例外もありますが、元素そのもの種類によると考えて良いかと思います。電子軌道の構造によります。

ちょっと意地悪な例を追加しておきます。
世の中には、「構造色」というモノがあります。これまでの話にも関わりますが、元素や分子そのものの性質でできる色とは違い、物質の表面の形状だけで生じる色のことです。水やガラスの話で、構造を持たないから透明なんだという説明の逆の話です。
蝶の紫色は、その蝶を集めてその色を取りだそうとしても取り出せません。表面のスリット構造による光の散乱・回折で生じる色だから、構造を壊してしまうと無くなる色です。

>> >基本的には「結晶」になれば、透明です
>> ガラスや水は巨大な近似単結晶だということでしょうか。
>> 結晶だと分子がそろっているので光が通り抜けやすいということなのでしょうか。

巨大な近似的な単結晶を作っているという発想も、あながち間違いではありません。ただ、液体のため、結晶構造は持っていないという考え方でも結果的に同じです。散乱を起こす粒子単位そのものがないため、また、金属のような自由電子もないため、透明に見えます。なお、可視光で強い吸収がないのも理由の一つになります...続きを読む


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