物質理工学演習 BII (2005-12-21)
M: 以下は宮本のコメント
- 04s2006:
- 宇宙は膨張し続けていると本で知りました。現実世界ではエネルギー
保存則が成り立つはずですが, 宇宙はどこからエネルギーを得て膨張しているの
ですか ?
M: 熱力学の教えるところによると, 外部の熱浴とエネルギーのやり取りがない
孤立系では, 膨張という仕事をすると内部のエネルギーがどうなるのでしたっけ ?
あ, でも膨張していても, それによって外部に仕事をしているわけではないなぁ。
かのアインシュタインは, いったんは膨張の源としての斥力 (宇宙項) を提案した
けど, 後に誤りだったとも言ってるしね。
- 04s2007:
- ある質量をもったものを光の速さにまで加速できるのか。また, 光の
速さを起える [ママ] ことはできるのか。
M: 特殊相対性理論の教えるところによれば, 速度 で運動している物体の質量は,
静止質量に対して
\sqrt{1 - (v/c)^2}
の因子だけ増加している。もしも で
あれば, 質量は無限大。一方でニュートンの運動方程式は なわけで,
物体を加速する力は質量に比例すると。もちろん実際に力をかけるときには
エネルギーが必要なわけで, はてさて速度の増加とともに質量が
0→∞
となる物体の加速には,
どれだけのエネルギーが必要なのでしょうね。(積分してみましょう)
- 04s2008:
- 来年から物質理工学科が物質創成化学科と物理...科に分かれますが,
なぜ, 2 つの学科に分けることになったのですか ?
M: 高度に政治的な問題ですが (笑), 受験生・高校側のニーズ
(物理を勉強したい人はどこの学科に行けばいいか, 化学を勉強したい人はどこの
学科に行けばいいかが, 現行ではわかりにくい) も一つの要因です。
ちなみに厳密には, 物質理工学科が物質創成化学科と物理科学科に分かれる
のではなく, 現 5 学科が新 6 学科へと, 全体が組み替えられるのです。
なお在学中の学生さんにとっては, 入学時の学科が卒業まで継承されるのであって,
新学科のどこかに再分配されるわけではありません。
- 04s2011:
- 人間として一番大切なものは何だと思いますか ?
M: 哲学的には難しい問題ですね。「我思うゆえに我あり」からすれば, 考えることが
大切なことなのではないでしょうか。
- 04s2015:
- 座標系にはデカルト座標, 極座標, 円筒座標など様々なものが
ありますが, 量子化学について議論することにおいて他にどのような
座標形 [ママ] を用いると便利ですか。
M: 楕円座標というものもありますヨ。H イオンの問題を解くときに使うと,
三体問題なのに厳密な解 (固有値・固有関数) が得られます。
この様に取り扱う問題の性質に応じた座標系を選べば, 問題の記述 (表現) が
とても簡単になり, 見通しがよくなります。
- 04s2019:
- 質量はなぜ時空間を歪めるんですか ?
M: 質量とは何であるか ? ということだと思います。
- 04s2025:
- [空白です]
M: せっかく出席しても, 質問を発する訓練をしないなんて ...... 残念 !
- 04s2026:
- 普段からあまり深く考えないせいか, 頭痛がひどくなってます。
先生流の解消法があれば教えて下さい。
M: 「生兵法は怪我のもと」ということで, もしも重篤な疾病だったときに,
医師にかかる機会を失ったことになってはいけませんので, もし本当に頭痛が
ヒドイのであれば, 医者に相談することをおすすめします。
- 04s2031:
- 最近物理化学などを通して, 量子に関して興味が芽ばえはじめました。
ただ, ひとつだけどうしても不安があり, それについて質問します。この研究に
ついたとして, 就職はあるんですか ? 例えばどんな職 (具体的に) ですか ?
M: 嬉しいことを書いてくれて, ありがとう。大学院の先輩や指導した大学院生で
企業に勤めている知人がいます。彼らは製造業の検査部門で働いています。
ということで, 量子化学を直接的に生かした職ではありません。
しかし (!) 物理化学を専攻した学生は, 企業では検査部門に配属されることが
多いと聞きます。そしてその理由は, データの読み方を知っているからだそうです。
論理的な考え方, 測定装置の原理の理解や, 出されたデータの意味解釈など,
科学的研究の方法論が身についていると期待されているのでしょう。
- 04s2033:
- 先生が, もう一度勉強してみたい事は何かありますか。
M: じつは物理だったりする ......
f(^_^;;
- 04s2034:
- テレビで見たのですが, 原子核から中性子だけを取り出して角砂糖の
大きさまで集めると数十億トンの重さになると言っていたのですが, この事は
地球でできるのですか ?
M: テレビ番組における放送内容の信憑性はさておき, まずはどのくらいの重さに
なるのか, 計算してみてはいかがでしょうか ?
原子核の大きさは原子の
10^{-4}─10^{-5}
程度,
ヘリウム原子のファン・デル・ワールス半径は 0.15 nm, ヘリウム原子の
モル質量は 4.003 g mol で, アボガドロ定数は
6.022 × 10^{23}
mol ですね。
- 04s2035:
- 先生は本を出版していないのですか ?
M: いいえ。本にしたら面白いようなネタがあるのでしょうか ?
- 04s2036:
- 今日の科学捜査では, 指紋・血液型・DNA 分析などによる法医学の
成果を応用することが多いようですが, 量子化学の知識を実際の科学捜査に
応用することはあるのでしょうか。
M: そういえば, 砒素入りカレー事件で兵庫県にある Spring 8 という放射光施設で,
蛍光 X 線 (だったかな ?) の装置を用いて, カレーに含まれていた砒素と別の砒素を
含む試料との比較をして, 由来が同じかどうかを調べたという話を聞いたことが
あります。また昔からあるルミノール反応によって血痕を調べることは,
ケミルミネッセンスとも呼ばれる光化学反応を利用していますね。
- 04s2038:
- エネルギー単位はなぜ何種類も存在するのですか。
M: 確かに J, cm, eV などと, 各種ありますね。
おそらく対象とする現象に応じて用いられるエネルギー領域が異なるし,
そのために基準として採用される事象が違うからでしょう。
- 04s2040:
- 特にないのですが, 先日, 弘前大学に学歴詐称の教授がいたと
ニュースで見たのですが, こういう人についてどう思いますか。
M: 国会議員も経歴詐称してまで立候補する時代だからなぁ .....
- 04s2044:
- 電子はなぜ内部運動でスピンしているのでしょうか ?
M: 電子のスピンという場合, 日常世界においてコマが回る様子をそのまま当てはめる
ことは危険です, というか間違いです。三次元空間の自由度 3 に対して, 付加的な
もう一つ余分の自由度をスピンという言葉であらわしただけです。
- 04s2048:
- 前回の質問の先生のコメントで, 原理的に, 物質の性質がわかると
書いてあったのですが, それを利用して, 自分の好きな性質の金属を作ることが
できますか ?
M: 設計することは可能だと思います。しかしそういう物質を現実に作ろうとすると,
技術的な困難さが伴うことでしょう。あ, 合成反応の経路も検討して, できそうな
ルートを探すことは可能かな。でもやっぱり事実は小説より奇なりで, 予想に反する
結果となるかもしれませんね。
- 04s2049:
- ロッテのグリーンガムには, 着色料として銅クロロフィルが含まれて
いますが, それは着色するだけで味はないのですか。また, ガムに添加されている
クロロフィル分子は, 植物から抽出しているのですか, それとも人工的に合成した
ものを添加しているのですか。
M: 植物のクロロフィルは Mg(II) イオンが中心に入っていたと思うので, 銅を含む
クロロフィル錯体だというだけで, 植物からの抽出物を精製してのそのままとは
言えませんね。難しそうな構造をしていますが, 以外と簡単に合成できるのかも
しれません。あるいは微妙に周辺の置換基が異なる誘導体だったりして。
正確なところはロッテに聞いてください。
また広告などを見ると, クロロフィルの役目として清涼感などもあるようですから,
無味無臭というわけではないのでしょう。
- 04s2050:
- ハッシウム (Hs) やマイトネリウム (Mt) は, 人工的に作られた元素だ
そうですが, どうして人工的な元素が作れるのですか ?
M: 元素の種類は, 結局のところ, 原子核中の陽子の数で決まりますから,
適当な方法で陽子と中性子を寄せ集めれば原子核ができあがります。
この時に, 既存でない数の陽子と中性子の集団であれば, 新元素・新同位体という
ことになりますね。実際には加速器を用いて, 適当な原子に別の原子の原子核を
ぶつけるようです。
- 04s2052:
- アインシュタインの相対性理論は今のところ正しいといえるんで
しょうか。(インターネット上では光速度不変は正しくないという意見もあるよう
ですが)
M: 言論の自由が認められている国と地域でしたら, 言うだけなら嘘でも誤りでも
何でも言えますからね。なお相対論については,
丸善の「相対論の正しい間違え方」を一読されることをおすすめします。
- 04s2054:
- 「雪の結晶」の種類って決まっているんですか ?
M: 中谷宇吉郎が人工雪の研究により, 空気中の飽和水蒸気量と気温との関係で
形成される雪の結晶の形を大別しています。その結果を図にまとめた
「中谷ダイヤグラム」が有名です。個々の美しい雪の結晶については, ベントレーが
2000 以上もの多数の写真を撮影しており, 1931 年に出版されています。
- 04s2057:
- 今日, 先生は天気予報の降水確率は, その地域の何 % の場所で,
1 mm 以上の雨が降るって言いましたが, ただ, 単に, 何 % の確率で, その地域に
1 mm 以上の雨が降るっていうものだと思っていたのですが, 本当に, 先生が言った方が
正しいのですか。
M: ここで私が「yes」などと言うことで, 正しさが確認されたことになる
のでしょうか ? ゲーテルによって, 無矛盾な閉じた系の内部で自分自身の正しさを
証明できないという不完全性定理が証明されていますしね :-) 自分で確かめることを
おすすめします。ちなみに, 気象庁の web site をみると「指定された時間帯の間に
1ミリ以上の降水の降る確率」だそうですが, これじゃあトートロジーですね。
その「降水の確率」ってのが何なのかが疑問なんですけど ......
- 04s2059:
- 中間レポート課題で読んだ本の中に, 「原子力発電はエネルギー資源
として利用することはできない」という記述がありましたが, これは
当時 (発行は 10 年前) では技術的に無理だったのでしょうか ? それとも他に
理由があるのでしょうか。
M: 十年前でも既に商用の原子力発電所は稼働していたと思いますし, 現在では日本の
国内の電力の約 1/3 を原子力発電が担っているというのが事実です。さてその本の
著者は, どういう意味で「利用できない」と言ったのでしょうね。
- 04s2060:
- もし (無限) の倍率で物を見られる顕微鏡があるとして,
それを使ってみれば, 分子や原子のみならず粒子を構成しているものの形さえ
見ることができると思いますか ?
M: 前提が誤りであればどんな結論であっても命題としては真です。現実にはそういう
顕微鏡はないわけだし, また量子力学的な考察により, 細かいところまで見ようと
すればするほど単波長の光を用いなければならないわけです。するとその光子の
運動量によって粒子がはじき飛ばされてしまって, いったい何を見ているのか
分からないことになっちゃいますね。このへんは教科書の「不確定性原理」のところを
読んで, しっかり理解しておいてください。
- 04s2065:
- 量子化学でも計算はたくさん出てきますが, 物理数学や化学数学と
ただの数学では文字や式の表し方にちがいがありますが, どうしてそのように
なるのでしょうか。
M: そんなに違いますか ? そうかなぁ。まあ同じ日本語の文章でも, 小説家の文章と
科学者の文章では違うといえば違うからかな。ちなみに「ケプラー問題」の解答に
ついて, 数学者は厳密な証明を考えるのに対して, ファインマンは多数のボールを
箱にいれて揺するという手を使うのだそうだ。物理や化学では, 数式で表される
ものの先に実際の物理的・化学的現象を見ているのだと思います。
- 04s2070:
- 突然ですが先生はネコと犬とどちらが好きですか ?
M: どちらも飼ったことがないのでわかりません。想像では ......
猫にも犬にも色々な種類のものがいるし, また色々な属性があるので,
ひとくくりに一般化しての好き嫌いは言えませんねぇ。
- 04s2072:
- 窓ガラスについた水滴が落ちていくときの形も何らかの理論に従って
いますか ? いつも似たような感じで [こんな感じ という絵は省略] 落ちて
いくんですが。
M: 繰り返し再現される現象であれば, 背後に何らかの法則があるのでしょう。
ここでは重力・表面張力・ガラスの濡れ性などが関係していると思われます。
- 04s2076:
- 先生は英語は得意ですか ?
M: 得意とは言いがたいのですが, アレルギーは起こさないという程度かな。
- 04s2077:
- 原子に圧力をかけてぺちゃんこになることはないんですか。
M: 中性子星では, 恒星を作っていた物質 (の原子) がぺちゃんこになって,
中性子になっているかもしれませんね。さらにブラックホールでは ......
- 04s2078:
- 今年は雪が多いですが先生の雪路対策はなにかありますか。
M: 普通に防寒靴とスタッドレスタイヤです。
あとは気持ちの問題として, 「必ず滑る, 滑ってアタリマエ」かな。
一所懸命に滑らないように工夫しても, 想定外のことがおこって滑るのがオチなので。
最初から滑ることを想定していれば, いざそうなってもあわてることはないという
ことです。いかがでしょうか。
- 04s2080:
- 物体や人が瞬時に今いた所から他の所に移動する ``瞬間移動'' という
のがあるけど, 本当に (物理的に) 瞬間移動ってできるのですか ? マジシャンとかが
やってるのは, 全てタネがあって, どれも瞬間移動とは思えないのですが ...
M: 少し考えると, 物理的に無理が有るとわかると思いませんか ?
ゼロ時間での加速とか, 光速度を越える速度での移動とか, 質量の消滅とか。
- 04s2081:
- 学生時代にこれはやっておいてよかったと思うことは勉強, 研究以外で
何かありますか ?
M: 主にコンピュータに関することかな。Z80 とか 6809 の機械語でのプログラム
作成とか, 英文テキストのみのアドベンチャーゲーム Zork で遊んだこととかかな。
なお後者は dungeon という名前で再会したのですが, 忘れていることが多いためか
以前ほどはクリアできていません。まあヒトツブで何度でも楽しめる, ということに
しておこう。うんうん。
- 03s2018:
- 冬休みはどんなふうに過ごす予定ですか。
M: 悲観
^H^H
避寒の旅を予定しています。
- 03s2090:
- 最も簡単な量子材料の作り方を紹介してください。
M: 何が「量子材料」なのかが, あいまいですね。主張したもん勝ちかな。
Ryo MIYAMOTO, 2005-12-27