qa20051214

物質理工学演習 BII (2005-12-14) M: 以下は宮本のコメント

04s2006:: 色盲の人が色を感じることができないというのは, 白と黒以外の波長をとらえるところの働きが悪いということですか ? M: 網膜にある光受容細胞には明暗を感じる捍状体と色を感じる錐体 (L, M, S の三種類) とがあります。しかしいずれも細胞が光に反応する特有の色素を持っているわけで, その色素の特性に応じた吸収波長において, 光を感じているわけですね。これらの錐体の一つ以上に欠損あるいは機能不全があれば, 色覚が一般の人とは異なることになります。ひとくちに色盲と言っても, どの種類の錐体が働かないかによって多様です。このような人は, 日本人男性では約 5 % (1/20) いるそうです。
04s2007:: どうして光の速さは速いのですか。 M: 速いかどうかは主観ですが, まあニュートン力学 (古典力学) の時代には光速度は無限大と考えられていましたからね。まあ電磁気力が伝搬する速度と比べれば, われわれの知覚速度は原子が移動して分子の構造が組み変わる化学反応に基づいていますから, 速度の差は歴然としていますね。
04s2008:: 量子化できるのは物質だけですか ? M: エネルギーも量子化できると思いますが。その他にも方向とか電荷とか磁気モーメントや磁荷も ......
04s2010:: なぜ光の速度は相対的に見ても変わらないんでしょうね ? M: 相対論ではそれを原理としているので, 今のところ「なぜ」の答はないでしょう。でももしかすると ...... ?!
04s2015:: 「無」は物理的には厳密に定義されているのですか。 M: 場合に応じて何が無いのかを定義することは可能だとおもいます。
04s2017:: 磁石で, N 極だけの磁石や S 極だけの磁石を作ることは不可能なのでしょうか。 M: いわゆるモノポール (磁気単極子) ですね。マクスウェルの方程式では磁場の発散がゼロなので, モノポールは無いことになっています。でもしかし, 現在のある種の大統一理論 (GUT) では, モノポールの存在が予言されているんだったっけ ?
04s2019:: 質量がゼロの光子が運動量をもつ理由は何ですか ? M: 波動性と粒子性をあわせ持つ光子の不思議な性質のあらわれですね。
04s2020:: 大学で学ぶものはどのようなものがあると思いますか。 M: 学んでほしいものについては, 最初の時間に話をしました。
04s2025:: 宇宙というものは現在広がっているそうですが, この広がり方はいづれ [ママ] 0 になると思いますか, それとも広がりつづけたり, 逆に縮むと思いますか。 M: 宇宙論の分野における, まだ解明されていない謎の一つですね。
04s2026:: 気象予報のアメダスも波動関数を利用しているのですか ? M: アメダス (Automated Meteorological Data Acquisition System, 地域気象観測システム) はデータを収集するシステムであって, 予報はしないと思いますが ...... それはさておき, 波動関数は量子の存在確率を表現しているのであって, マクロな世界の現象の確率の記述とはちがうと思いますが。それとも気象現象は, 不確定性原理 (何を同時に正確に決定することができないのか ?) に基づく何か量子論的効果が重要な位置を占めているとお考えなのでしょうか ? カオスという意味で決定論的だけれども予測不可能だとは思いますが。
04s2031:: 先生が尊敬する人は誰ですか ? 理由も教えて下さい。 M: 2005-11-30 の 04s2038 参照。彼の人がどういう人物であるかは, 世界中の人が知っているほどですので, 重ねてここで述べるのは控えておきます ;-)
04s2033:: 量子化学の分野で, 先生が今, 興味をもっていることは何ですか。 M: 今回 (12/14) の時間の初めに 2005-12-07 の 04s2036 をとりあげて話をしたことや, 2005-11-30 の 04s2048, 2005-11-09 の 04s2031 など関連することは何度も話をしていると思いますが, まだ足りないのでしょうか ?
04s2034:: 量子化学では, 現存でもまだ解明されていない分野などはあるんですか ? M: 量子化学は大きな成功をおさめている充分に実用的な学問であって, 未解明の問題をかかえた嘘か真かわからないアヤシイ学問ではないと思います。それでも未解明な部分はもちろんあると思います。わたしは量子化学の骨格や枠組みそれ自体を研究している訳ではないので, 具体的には知りませんが。
04s2035:: 量子化学・量子力学などの考え方や, 問題を解く方法は, 生物や地学の分野でも用いられているのですか。 M: 一般的な科学的方法論という意味では, どの分野でも共通だと思いますが ...... そういう訳で, 論理的に考える訓練が重要であると, この演習の時間の宣伝をしてみます。
04s2036:: これから問題がむずかしくなっていくと思われますが, もし先生がレポートを見て誰もできなかった問題があった場合は, 授業中に説明していただけるのですか。 M: これまで以上に込み入った計算は登場しないと思います。むしろ図解して説明すれば良いなど, 簡単になるものと思われます。
04s2038:: もしプラス (陽極) とマイナス (陰極) が反対になると, 宇宙はどうなってしまいますか。 M: われわれから見て反物質の世界になると思いますが, そちらの世界ではそれが通常だと思っていることでしょう。言い換えれば, 電磁気学などは電荷の正負について対称なので, 物理法則に変わりはなく, 結果として世界は特に変わることはないと思われます。
04s2040:: ある本を読んだら, ``エキゾチックな物質'' という表現があったのですが, 先生にとって ``エキゾチックな物質'' とはどんな物質のことをさしますか ? M: どの本かわかりませんが, 某 SF 方面な話題としては, ワームホールを作るのにエキゾチック物質という仮想の物質が必要だそうですね。
04s2041:: 時間を操作できると思いますか ? 又できたら未来と過去のどちらに行きたいですか ? M: 相対性理論によれば, 高速度での運動や重力場によって時間の遅れが生じるので, その意味では時間を操作できると言えるのではないでしょうか。 2005-12-07 の 04s2006 や 04s2010 も参照。
04s2043:: 今日はとくにありません。 M: あら残念 !
04s2044:: 量子力学では虚数を使った式がありますが, なぜ虚数を使うのですか ? M: (古典的な) 電磁気学でも虚数を使うので, 量子力学に特有な話ではないと思います。これは波動を扱うときに複素数表示をするのが便利だということだからなのでしょう。しかし量子力学では, 物質は粒子であり同時に波動でもあるので, 複素数は本質をついていると言えるかもしれません。
04s2048:: 金属錯体の電子状態を調べると, 金属錯体の何がわかりますか。 M: われわれが興味ある物性 (光学的・磁気的) は, そのほとんどが電子によるものです。また分子の化学変化は, 電子の運動状態の変化と言えます。したがって原理的には, 電子状態を調べることによって物質の性質が全てわかることになります。
04s2049:: 線は, 物質に対する浸透率が高いということは, 人体に対して, トンネル効果を起こすと解釈して良いのでしょうか。また線を通過させない物質は, 吸収という観点も含め, 存在するのでしょうか。(合成可能か)。 M: 線にとって, 物質とはどういうものに見えると思っていますか ? 例えば線の波長と, 人体を構成している分子の中の原子間距離との大きさ関係は ? ということで, トンネル効果とはどういうものか, 定義からしっかりと理解されることをおすすめします。次に線が原子 (電子や原子核) に出会ったときにどうなるか, さらにはランベルト-ベールの法則 (Lambert-Beer's law) とかを考えてみましょうね。これもまた, 習った知識の使い方の訓練です。
04s2050:: 同素体は, なぜ存在するのか。 M: 原子核は陽子と中性子が集まってできていることは知っていると思います。この時に, ある集まり方がエネルギー的に安定であれば, そういう核が存在できるのではないでしょうか。この安定というのは, 最安定でなくて局所安定であればよいということです。この様に考えると, 同素体の存在は, 多種類の元素が存在する理由と同じことだと思えてきますね。例えばウランが核分裂して軽元素を生成すると共にエネルギーを放出するということは, エネルギーの異なる軽元素とウランとが共に元素として存在できているということですから。
04s2052:: 自分は青森市から通っています。もし, 大雪で電車が止まってしまった場合, 出席はしていないので, やはり欠席扱いになってしまうんでしょうか ? M: 理由のいかんに関わらず, 欠席という事実には変わりないと考えます。もっとも, 一回欠席した程度で成績が「不可」になることはないでしょう。毎回の質問とか宿題とかレポートとかで頑張って, 得点を稼いでください。
04s2054:: 光や電流の速さを速くしたり, 遅くしたりすることって可能ですか ? M: 光速度不変が相対論の原理ですから, とは言え, 媒質中における光速度は真空中のそれよりも遅くなるので (チェレンコフ光: 2005-11-30 の 04s2017 参照), その意味で光の速度を遅くすることはできると言うかもしれません。それに対して, 電流の速度とはどういうことと考えれば良いのでしょうか。例えば導線に電場をかけたとき, その電場は光速度で伝搬すると思いますが, 電気の担い手である電子はそれよりもはるかに遅い速度で運動することになると思います。
04s2057:: 先生のコメントの最後に, たまに, :-p という記号がありますが, この記号の意味を教えてください。 M: 海よりも深い意味は ...... あるかもしれません。首をかしげて考えてみてください :-p
04s2059:: 疲れを効果的に取る方法はありますか ? M: モヤッとした謎を解明して頭スッキリというのはどうでしょうか。
04s2060:: 分子に寿命はありますか ? M: ある物質が化学反応によって別の物質に変化するということは, それを構成していた分子が別の分子に形を変えたということですね。あるいは, 分子を構成している原子の核が壊変したりすれば, 別の元素すなわち別の分子になってしまいます。これを分子の寿命と言えるのではないでしょうか。あるいは, 現在構築中の大統一理論では, 陽子にも寿命があっていずれ崩壊すると予言されていますから, それによって原子はいずれ必ず別の元素になる ...... ?
04s2065:: 量子分野で求められる理論的な値がありますが, 実験すると実際にそうなるのかがわかるんですか ? (特に粒子レベルだと実験のしようが ...。) M: 現在受け入れられている科学理論のほとんどは, 実験による検証を経て理論の正しさが検証されてきていることでしょう。それがガリレオ以来の科学の進歩の仕方です。したがって, あなたがどの値のことを言っているのかわかりませんが, 直接的あるいは間接的に測定されたのでしょう。
04s2070:: 先生が今研究対象にしている金属錯体は何ですか ? M: ガドリニウムや銅を主として, 他にも亜鉛やクロムやモリブデンや, 後なんだっけ ? その時の興味やらに応じて色々とやってます。なぜなら, 電子スピンの関与する現象とか分子の特異な構造とか, 測定手法や解析手法に興味があるので, 特定の元素にこだわりません。自然界でも金属イオンを含む酵素やタンパク質が重要な働きをしていたり, 人間社会でも各種の色素や工業的には触媒とか, 金属イオンを含む化合物はたくさんありますよ。面白そうでしょ ? ...... と少しだけ宣伝モードになってみました。
04s2072:: 質問したい事があっても, それを的確な言葉にあらわすことができません。 M: とても重要な認識です。初めの時間に「何がわからないかがわかれば, ほとんど解けたも同じ」という言葉の話をしましたし, こうやってみなさんに毎回質問を考えてもらっているように, 明確に定義された質問を発することがモノゴトの理解への第一歩なのだと思います。
04s2076:: 先生が日課にしていることがあれば教えて下さい。 M: 最近は, 朝, 窓から外を見て雪のつもり具合を確認しています。
04s2077:: 一般相対性理論で宇宙を語る相対論的宇宙論という分野があるようですが, ウソか本当かさだかでない一般相対性理論を使うことに意味はあるのでしょうか。 M: 相対性理論に対するその認識は間違っていると思います。例えば GPS は地球の周りを回る人工衛星を用いて位置を知る技術ですが, 運動による時間の遅れや地球の重力場による時間の遅れを考慮して初めて成り立つものです。すなわち相対論の正しさは, 世界中の GPS 利用者により, 常時検証され続けていると言えます。
04s2078:: 先生はプランクの量子仮説のような仮説をしたことはありますか ? M: 科学の研究活動とは, 仮説の提案とその検証の繰り返しだと言えるでしょう。そこが仮説検証の手続きを経ない疑似科学や宗教との決定的な違いです。
04s2080:: この前あるテレビ番組で, 宇宙には多くの銀河系があり, 地球によくにた惑星がある可能性もあるといってたけど, あると思いますか ? M: この質問は, 惑星と可能性と, どちらの存在を問うものでしょうか ? まあ個人的には, 前者があると思っているので, 自動的に後者もあると思っていることになりますが :-p
04s2081:: 先生のこれだけは達成したい目標は何ですか ? M: (季節ネタとして) 新年にその年の目標をたてることかな ;-)
03s2018:: ユニタリ行列のユニタリというのは人名ですか。 M: 数字の一 (uni-, 接頭語) とか単位 (unit) という言葉と同じ種類の意味だと思います。ユニタリ行列の定義を見ればわかるように, エルミート共役をとったものとの積が単位行列になりますし, 列 (または行) ベクトルに分解すると規格直交ベクトルができますから。
03s2074:: 特に思いつきませんでした。 M: あら残念 !
03s2090:: 先生の好きなことはなんですか。(仕事を除き) 先生は学生時代で勉強を除いて, 何のことを集中しました。 M: 無趣味ではないつもりですが, ひとことでは言えません。

Ryo MIYAMOTO, 2005-12-16