物理で原子に関する勉強を行うのはなぜですか？

中学時代、原子等の勉強は化学の分野で勉強した気がします。水素分子と酸素分子が結合して、H2O
になるなど。しかしながら、高校に進むと物理になり、それが段々量子論のようになるのはどうしてですか？

No.4 ベストアンサー 回答者： puyo3155 回答日時： 2017/08/18 21:36

化学とは、物資を、原子や分子のレベルの組み合わで捉えたり、その組み合わせが変わる化学反応そものを研究する学問ですね。

物質は、原子から（またはその結合した分子）からなりますが、

・原子は、電子と核子が、光子を通じた電磁気力で結びつき
・核子は、陽子と中性子が、中間子（クオーク＆グルーオン）で結合
・陽子と中性子各々は、クオークがグルーオンによる強い力で結びつき

となり、結局素粒子レベルでメジャーな存在は、電子、クオーク、グルーオン、光子になります。
ところが、普通の状況では、一部の放射性の不安定な物資や、人為的に連鎖反応を起こさない限り

・核子は超安定で

しかも

・電子は素粒子で安定

のため、原子は、マクロに考えると不変と考えても差し支えない。日常起こる多くの物質の生成や消滅は、
核子が不変、電子も不変の中で起こる、化学反応による原子・分子の組み換えだけに注目しても、十分多様性があり、
研究の対象となりうる現象なわけですね。それを扱うのが化学です。

実は、マクロな組み換えとは言っても、核子と電子が電磁気力で結びつくしくみは、古典論的発想では解決しなかったのが１００年前のこと。
そこで、水素原子のまわりで、電子がどのように存在し、エネルギーはどのような状態をとればいいのか・・・を研究したのが、初期量子論です。

これがいわば、マクロとミクロの境目。化学では、量子論で判明した原子の軌道を、簡略化して扱えるようにして、原子間の結合の是非をマクロに
考えるために利用しています。

一方で、物質の真理を究める物理は、別の方向に進みます。原子＞原子核＞陽子・中性子＞クオーク、力も、電磁気力、強い力、弱い力をつきとめ、
光子、グルーオン、ウイークボゾンなどを体系化。ヒッグスや、ニュートリノ、質量が重い数々の素粒子を含めて体系化して、標準モデルを完成。
素粒子レベルの反応の多くを、理論的に説明できるようにしました。

まだ、重力は理論に取り込めず、パラメータも実験値しかわからないことがたくさんあり、それらを統合すべく、超弦理論などの研究が進んでいる。
面白いですね。

No.5 回答者： Nuclear-yng 回答日時： 2017/08/19 15:43

化学は物体の性質を調べる学問

物理は物体の原理を調べる学問

化学の説明として量子論を用いているだけ
量子論の確立や専門は物理

どうしてその順番で学習するのかは順番を入れ替えて考えるとわかる
例えば量子論を中学生でやってわかる人はいるだろうか
論と名前がつくとおり実験もしにくく、物理学部の大学生でも分からずに卒業する人も少ないくない難易度で、量子論の教科書を書いてる人に話を聞くと、他の教科書にそう書いてあるからそう書いたって言ってました。
つまりそれくらい難しいのです

しかし水素と酸素を結合すると水ができるって言うのは誰でも知っているくらい簡単で、中学校でもこれを実験室で再現出来るため分かりやすいです。
式も簡単で矢印かイコールくらいしか出てきません
なので、この順番で学習します

この回答へのお礼

ありがとうございます。改めて勉強になりました。

お礼日時：2017/12/03 04:15

No.3 回答者： 特殊相対 回答日時： 2017/08/18 14:18

原子物理学か、あれはま、化学てよりは、

てか、化学より遥かⅡ小さい世界の学問やな
化学は、もう少し大きい世界を扱う　あ、高校化学は、ね大学化学は、原子物理学みたいな小さい世界も、習う

No.2 回答者： doc_somday 回答日時： 2017/08/18 13:18

高校で量子論を教えるところは珍しいでしょう。

大学なら物理化学、厳密な量子論、相対論になってしまいますし統計力学が入って来ます。その様に変化を経験されたなら、それはマクロからミクロへ、自然数の数学から虚数、微積の数学へ更にルベーグ積分などの世界へという階梯をけいけんしたことになります。

No.1 回答者： yhr2 回答日時： 2017/08/18 09:27

「化学」は「物質同士の反応」を取り扱います。

これには原子を構成する「電子」が深く係っており、その意味で「分子の結合」とか「化学反応」を理解するには「原子が原子核と電子から構成される」ことを知る必要があります。
化学では、原子核の変化は取り扱いませんのでそれ以上詳細に「原子の中」に分け入る必要はありません。（電子が原子内でどのような振る舞いをするかを詳しく調べる「量子化学」「物理化学」という分野もあるので、全く取り扱わないというわけではありませんが）

では、原子核の中はどうなっているのか、「原子同士の化学反応」ではなく「原子核同士の反応」はどのように起こるか、原子核内にない電子（自由電子）はどんなことをするのか、原子核同士の幸福な結婚である「化学反応」（電子で手をつなぐだけ）ではなく「ガチンコ衝突」させたらどうなるか、ということも調べたくなりますね。別に「化学」でもよいのですが、こちらは「物理」の分類になりました。「力学」とか「電磁気学」とか「電気・電流」などの延長線上で、相性がよかったからでしょう。

詳しい人には怒られそうな言い方ですが、「原子核に立ち入らずに電子までを扱うのが化学」「原子核の中まで分け入るのが物理」ということでどうでしょうか。

この回答へのお礼

なるほど、ひざを打ちました。そういうことですね。化学＝原子同士の反応。物理＝原子の細かい動きをしらべる。ということですね。

お礼日時：2017/08/18 17:24