構造物理化学I (20171024) M: 以下は宮本のコメント
17s2001: 
教科書にリュードベリ定数 $ \DS R_$H は $ \DS 109677.57 ~$cm$ ^{-1}$ であり, 最も正確に値が決められているとあるが, なぜ正確に決めることができるのか? M: 物理量によっては正確に測りやすいものもある. 具体的な実験手順を考えれみれば?

17s2002: 
ボーア理論で軌道運動している電子は安定に存在しつづけるが, 電圧などをかけても不安定にはならないのか. M: ``安定'' という言葉に注意する必要がある. 物理学的にはエネルギーが低いことを意味する. しかしこの質問の文脈では, おそらく, 他の状態に変化する確率が低いことを指しており, 意味が違う.

17s2003: 
ド・ブローイ波長の式とウィーンの変位則では同じ定数が使われているが深いかかわりがあるんですか. M: もちろん. 量子力学を勉強すればわかるのでは?

17s2004: 
ボーア模型の仮定について, 軌道間を遷移するとき電子が電磁波を吸収, 放出するとありますが, 吸収するか放出するかを決めるものはありますか? M: 教科書 pp.25-26 や参考書を読めばいいのでは?

17s2005: 
ボーアはラザフォードの模型の欠点を補って仮定したが, ラザフォードがその欠点を補えなかったのに理由はあったのか. M: ラザフォードに聞けばいいのでは? :-p

17s2006: 
電子は電磁波を放出吸収するとあるが, これは近くの電子同士で吸収するため, 電子のエネルギーが保たれているのだろうか? M: 近くとか, 電子同士で吸収とか, 全く意味不明.

17s2007: 
スペクトルはランダムではなく規則があり, 光は波であるとありましたが, 少しでも波動が乱れると光が見えなくなってしまうのでしょうか. M: ``(光の) 波動が乱れる'' とは, どういうことか?

17s2008: 
トムソンやラザフォードらが示した水素原子の模型からも, 判明した事実というのはあるのでしょうか? M: 読書感想文(仮称) ネタか?

17s2009: 
ボーア模型で電子が軌道間を遷移するときには どうして電磁波を吸収・放出するのか. M: そのように仮定したから. // 論理学が分かっていない?

17s2010: 
$ \DS \lambda = \frac{h}{p}$ より, 波長を変えるためには, 電子の運動量を変えなければならないが, その運動量は人間の技術で制御できるのですか. M: 本気か? // $ \DS p = m_$e$ v$ だし, 電子は電荷を持っている. // 物理学の基礎を復習する必要がある?

17s2011: 
p.21 の電子顕微鏡についてですが, どうして電子の波長を短くすることができると より精密に検査できるようになるのですか. M: 対象物に当たった波はどう振る舞うか? 対象物の大きさと波長との関係は?

17s2012: 
縞ができる原因は電子をスリットに通す時に電磁波が放出されて, その波が粒子に影響するということですか? M: 全然違います. そもそも言っていることの意味がわからない.

17s2013: 
電子 1 つが他の電子と反発したりするわけではなく干渉するのはどういうことか. 波動性があるからということでいいのか. M: 粒子の波動性について, 教科書や参考書をよく読めばいいのでは?

17s2014: 
実験事実があるにもかかわらず, 様々な化学者が電子軌道を正確に表すことができないのは電子軌道を可視化できなかったのが理由なのか. M: 意味不明. 実験事実とは何か?

17s2015: 
ボーアはラザフォードの模型から学び改良を加えたり一部を抜いたりしてボーア模型を考えたということですか? M: 自分で考えて分からないのはナゼか?

17s2016: 
水素原子のボーア模型でなぜ離散的な軌道だけが許されるのか? M: 17s2009 のコメント参照

17s2017: 
電子が離散的な軌道間を遷移するときに電磁波を吸収・放出するとありますが, 電子がエネルギーを受け取って遷移する際, 毎回電磁波を吸収・放出するのですか. M: 多原子分子または凝縮系ならば無輻射遷移というものもあるが, 原子スペクトルの文脈では, これは関係ないだろう.

17s2018: 
リュードベリ定数はなぜここまで正確にわかったのか? M: 17s2001 参照

17s2019*: 
ド・ブローイ波はドップラー効果の影響を受けますか? M: 物質波は, 具体的なモノが振動運動をしていることを意味するのではない.

17s2020: 
リュードベリ定数はなぜ $ \DS R_$H と示すのか. M: 初めて示した人に聞けばいいのでは? :-p

17s2021: 
電子線回折で, 電子は回折した後速度はみんな異なるのか. M: 速度が変わる理由があるのか?

17s2022: 
電子線回折で電子に与える力を変えることで明るい部分と暗い部分の幅を変えられたりしますか? M: まず, 波の回折・干渉について復習する必要があるのでは? 電子にどんな力を与えると想定しているのか?

17s2023: 
(ボーア模型において) 電子が電磁波を放出するか吸収するかは, エネルギーの大きい軌道は遷移した時にその分のエネルギーを電磁波として外部から吸収するという風に考えたのですが合っていますか? M: 自分で考えて分からないのはナゼか? // 17s2004 参照

17s2024: 
水素原子のボーア模型について, 電子のエネルギーは時間がたつごとにどう変わっていくのですか? M: 紹介した仮定のひとつ ``軌道運動している電子は, 安定に存在し続ける'' と ``電子が軌道間を遷移するときに, 電磁波を吸収・放出する'' の意味を理解していない?

17s2025: 
なぜ軌道運動している電子は軌道を遷移するときだけ電磁波を吸収することが起きるのでしょうか. 電子はそのとき以外に電磁波を吸収することがあるのでしょうか. M: 17s2009 のコメント参照 // 物理学の基礎 (電磁気学) を復習する必要がある?

17s2026: 
映像では, 電子の到達点を集めると干渉縞が現れたように見えましたが, それがエネルギーを加えることでその形を ○ 型や × 型に変えられるとは考えられないのでしょうか? M: 17s2022, 17s2047 参照

17s2027: 
電子は軌道上を動き回っているので, 電子顕微鏡で電子を観察したとき電子は動いて見えるものなのですか? M: 誤解の予感. 原子内の電子だけじゃなく, そうじゃない電子もある. 電子顕微鏡の原理は? 電子自身は小さすぎるのでは?

17s2028: 
$ \DS \lambda = \frac{h}{p} = \frac{h}{m v}$ で与えられるド・ブローイ波長だが, 質量の大きいゴルフボールでは $ \lambda$ の値が非常に小さくなり, 検出不可能, と教科書に書いてあるが, 仮に絶対零度の状況下では, 物質が一切の運動をせず, $ v = 0$ と言える状況の場合, $ \lambda$ の値は非常に大きくなり, ド・ブローイ波が観測可能になるのか? M: 自分で考えて分からないのはナゼか?

17s2029: 
p.17 にリュードベリ定数 $ \DS R_$H は最も正確に値が決められている物理定数の 1 つとありますが, なぜリュードベリ定数は正確に値を決めることができるのか? M: 17s2001 参照

17s2030: 
偏光板を使うと分かるように, 光は横波であるが, 電子はどのような動きをしているのか. そもそも波の性質があるだけで, 縦・横といった概念は無いということでしょうか. // 読書感想文 (仮) には図・表・絵を挿れて[原文ママ]もいいのですか. M: 17s2019 のコメント参照 // どこかに禁止事項が書いてありましたか?

17s2031: 
電子線回折でスクリーンに電子が 1 粒にでたらめに達した結果, 電子の密集度合いがしま模様になったからといってなぜ「波」と思えたのか? ヤングの干渉実験のしま模様はあくまで「波」が強め合った点が明線, 弱め合った点が暗線としてスクリーンにうつったのであって, 電子線回折で見られたしましまの仕組みとはちがうと思うのだが. M: あなたが思うのは勝手. しかし, 電子線回折の縞模様とヤングの干渉実験の縞模様とで, 後者における光が光子でもあることを思えば, いったい何が違うというのか? 17s2046 も参照

17s2032: 
ボーアの模型の仮定は全てにあてはまるのですか. M: ``全て'' とは, 何のことか? // ``仮定があてはまるか?'' って, 論理学が分かっていないのか?

17s2033: 
電子が加速度運動をすると, 電磁波を出してエネルギーを失うのに, ボーア模型では安定であると仮定していますが これは認められているのですか. M: ``これ'' とは, 何のこと? // ``仮定'' という言葉の意味がわかっていない? 論理学がわかっていない? // ボーアモデルでは, 電磁波の放出されるタイミングが, 古典物理学の考え方とは異なっている.

17s2034: 
古典物理学的におかしかったならなおさら, ボーアの仮定はどこから出てきたのか. なぜ認められたのか. M: 出所については, ボーアに聞けばいいのでは? :-p // 認められたのは, 実験事実を説明できたからでしょう.

17s2035: 
教科書にあるようにリッツの結合法則は経験則であったとあるが, 現在では実験などで説明できるのか. また, 量子力学ができた当時の法則は, 経験則が多いのか. M: 意味不明. 原子スペクトルの実験結果を実験で説明する?? // 勘違いの予感. ``量子力学ができた'' とは, どういうことだと考えているのだろうか?

17s2036: 
粒子が波動をもつという仮定ができ, 電子を用いて実験的に観測され, 証明されたが. 他の粒子でも証明することは必要ないことなのでしょうか. M: ``仮定'' とか ``証明'' とか, 言葉の意味・使用法が, 何かズレてる予感.

17s2038: 
電子線回折に使われる結晶の種類を変えて実験した場合, 結果に違いは表れるのでしょうか? また, 陽子などの他の粒子を用いた場合にも, 異なった結果になるのでしょうか? M: ブラッグの反射条件とか, その他関連する式がいくつも出てきた. これらを使って自分で考えてみて, 分からないのはナゼなのだろうか?

17s2039: 
ボーア理論だと電子が核から受けるクーロン力と軌道運動力[原文ママ]による遠心力がつり合うのは何故でしょうか. M: モデルや力学を理解していない? まずは物理学の基本的な素養に不足がある? 物理学の基礎を復習することから始める必要があるか? // ``軌道運動力'' って, 何だ??

17s2040: 
原子の構造について有機化学では雲のような範囲の中で電子は回っているとあつかっていたので どのイメージが正しいのかよくわからない. M: そうですか, しかし, 質問になっていない. // もちろん最も正しいのは波動関数. ``雲'' とか ``回っている'' とかいう表現は, あくまでマクロな日常の世界の現象に喩えて理解をうながそうとしたもの.

17s2041: 
電子線回折について, 沢山の電子が一度に回折するのではなく, 沢山の電子が一つずつ順番に回折するということだが, これは電子だけに現れる現象か? M: どういう話の文脈で, 電子線による干渉縞の動画を見せたのだったか?

17s2042: 
「電子が軌道運動している」という視点はどのように導き出されたものなのだろうか. M: ラザフォードやボーアに聞けばいいのでは? // しかし普通に考えても, 引力をおよぼし合う二つの粒子が, 近接しているが合体はせずにいるためには, それらがどんな状態にあればいいだろうかと考えれば, 自然と出てくるのでは? 物理学の基本的な素養に不足がある??

17s2043: 
(古の科学者たちはなぜ違う主張を持った人たちと意見を合わせようとしなかったのでしょう?) // 顕微鏡に電磁波でなく電子の波動性を用いるのはなぜか? M: 合わせようとしなかったと, なぜ言えるのか? 科学の営みとは何だろうか? // 講義でも一言触れたのだが, 伝わっていなくて残念. 17s2011 参照

17s2044: 
以前, 電子は決まった軌道上にいるというよりその周辺にぼわぼわと存在していると教わったのですが, ボーアの軌道中もそのように存在して運動していると考えてもいいのですか? M: ボーアの採用した仮定は講義でも紹介した. 後は (古典) 物理学に従って数学で記述されるだけなのだが, どこかに ``ぼわぼわ'' が入り込む余地はあるか?

17s2045: 
ボーア模型では離散的な軌道だけが許されるとあるが, どのくらい離散的なのでしょうか. M: ``どのくらい'' を, どのように定量的に表現すればいいのか?

17s2046: 
光の波動性と粒子性を同時に顕微鏡で可視化できるか? M: 自分でどれだけ努力して調べたり考えたりしたのか? // 非常に弱い光でヤングの二重スリット実験を行い, スクリーンとして写真乾板 (銀塩が塗られている) や蛍光板 (蛍光性の分子が塗られている) などを用いたとき, 実験を始めてすぐの時刻に, スクリーンはどうなっているように見えるだろうか?

17s2047: 
動画で電子がしま模様になっていたが 条件を変えたりすると違った形にすることは可能ですか. M: 例えばどんな条件をどう変えるのか? どんな形を期待しているのか? 17s2026 も参照

17s2048: 
負電荷を持つ電子が軌道運動する時の速度 $ p$ はどのような要因であたえられたのか. M: 自分定義でもいいけど, 普通は $ p$ で運動量を表すが? // 17s2010 参照

17s2049*: 
電子のような粒子が, 波としての性質を合わせもって回折現象を起こすのなら, 同じように回折や干渉を起こす音波にも, 粒子としての性質があるのでしょうか? 空気を振動させて伝わる音波が粒子としての性質をもつとは想像できません. M: 音とは, 媒質中の振動の伝搬です. 媒質が固体の場合, これは物質中の原子の位置が平衡位置を中心に振動し, その振動のエネルギーが伝搬していくことに相当します. このような振動を格子振動と呼び, 振動エネルギーを量子化してフォノン (phonon) と呼びます.

17s2050: 
質問の解答を見ていましたが, 「調べてみては?」「考えてみては?」という解答が多いように見受けられます. 「先生に」質問する意味はあるのですか? M: この質問カードを実施している意味は, 始めの時間に説明したし講義のサポート web ページにも記載しています. なお私からのものは「解答」ではなく「回答・応答」または「コメント」です. そう説明したし, 書いてもいます. // 大学での本当の勉強は, 専門的な議論をすることが重要な要件ですが, 基礎知識の不足, 論述力・表現力の不足では, 議論の土俵にも上がれませんネ. // また「調べてみては?」等については, 多くの学生さんが, そもそも大学は自分で自主的に勉強する所だという認識で一致しているはずですが?

17s2051: 
電子顕微鏡で中が空洞であるなどは確認はできないのでしょうか. M: え? 本気? 自分で装置の中をのぞいて見れるように作ればいいのでは?

17s2052: 
非晶質の物質に X 線のビームを向けても回折は起こるのか? M: まず, 波の回折・干渉について復習する必要があるのでは? // 自分で考えれて分からないのはナゼか?

16s2002: 
電子が励起するという考え方は, ボーアの (4) の仮定を元にできたのですか. M: 別に, 物理学的には普通の話だと思いますが. // 最低のエネルギーを持つ状態が基底状態で, それ以外の状態が励起状態. 系に外からエネルギーを加えれば, その分だけ系のエネルギーが増加するのは, エネルギー保存則だし.

16s2007: 
電子が軌道間を遷移するときは, 必ず, 電磁波を吸収・放出するのですか? 必ず, ではなく違う場合もあるのですか? M: 17s2017 参照

16s2009: 
不確定性原理によって, 粒子は零点エネルギーを持つが, 光のドップラー効果を利用して, 粒子の運動量を限りなく小さくした場合, 粒子は 0 K に達することはあるのか. M: 限りなく小さくすることと, 完全にゼロであることは, 現実問題としては異なる. (現実の操作として, 無限はあつかえないから) // ``光のドップラー効果を利用して, 粒子の運動量を限りなく小さく'' って, 具体的に何をどうするの?? 意味不明.

16s2014: 
ボーアの仮定 4 から電子が遷移するときにエネルギーを電磁波として吸収・放出すると分かったが, このとき, エネルギーはすべて電磁波として吸収・放出されるのか. M: 前段について誤解の予感. 論理学的には, 仮定は事実とは限らない. // 後段については, 17s2017 参照

16s2022: 
二重スリット実験では, 二重性が別々に観測されているように思えますが, 同時に観測する事は可能ですか. M: どんな現象が見られたなら, 同時に観測したと思えるか? // 講義で紹介した動画は, 二重性が同時に観測されているのでは?

16s2026: 
ボーア理論が他の原子に拡張できなかったのはなぜか. 水素と他の原子とで決定的な何かが異なるのか. M: 教科書 p.27 や物理学の基礎的な教科書参照. 多体問題と言ってみるテスト

16s2028: 
古典物理学とそれ以降は どこから分かれるのか? M: 講義の初めの時間でも触れたと思うのだが, 理解されていなくて残念. 教科書 p.4 や物理学の参考書を読めばいいのでは?

16s2032: 
水素原子スペクトルについて, 教科書では $ \DS n_1 = 1 \sim 4$ までの 4 系列がありますが, $ \DS n_1$ が 5 以上の系列はありますか? M: 自分で考えたり調べたりして分からないのはナゼか?

16s2035: 
励起状態から基底状態に戻るエネルギー差が光だけでなく熱として放出されることはあるか? M: 17s2017 参照s

16s2037: 
p.24 式 (1.22) $ \DS E_n = -\frac{m_\text{e} e^4}{8 \varepsilon_0^2 h^2}\frac{1}{n^2}$ $ n=1,2,\cdots$ より電子が束縛されているとあり, $ n$ ふぁ大きくなるほど波長が小さくなるのは束縛する力が弱い分, 基底状態に戻るときの力も弱まると考えたのですが, 合っていますか. M: 自分で考えて分からないのはナゼか? // 基底状態に戻るときの力とは, どんな物理的な力か?

16s2039: 
光は波動と粒子の両方の性質を持つとありますが, 波動でありながら粒子のふるまいをするのか, それともある特別な条件下で粒子となるのか. M: 16s2043 や 20171017 の 17s2002 参照

16s2043: 
光が波と粒子の性質を持っているとありますが, どのようなことがきっかけで波と粒子の性質がきりかわるのですか. それとも常に両方の性質を示すのですか. M: 何かをきっかけに性質が切り替わるのだとすると, 現在どちらの振舞いをするかを, 電子が記憶していることになりますね. 波の性質を持った電子と粒子の性質を持った電子の二種類の電子があるということでしょうか?

16s2049: 
しきい振動数は金属特有の値をとることが分かったが, 同族元素において類似性はあるのか? 光電効果は非金属では起こらないのか? M: しきい振動数について講義で説明したが, それを応用して自分で考えてみればいいのでは?

15s3007: 
電子が軌道上で加速度運動して最終的には原子核に吸収されるといっていましたが, その運動を止めるには どうするのか? 逆向きの磁場を発生させればいいのか? M: 物理学の基礎を復習する必要があるのでは?

15s3014: 
動画で見た干渉縞ですが縞の間隔は何に準拠するのでしょうか. M: 17s2022 参照

15s3025: 
スクリーンで見せていただいた実験で $ \DS$   e$ ^-$ はスクリーン上にランダムに到達するとありましたが, ぴったり同じ位置に到達することもありえるのですか? M: 自分で考えて分からないのはナゼか? // 実験として, 同一地点であることを, どうやったら検出できるだろうか?

15s3028: 
$ \DS$   e$ ^-$ がいる範囲があるが, クーロン力の平均と遠心力の平均がつり合っているということか? M: ``範囲'' とは, どこのことか? // 物理学の基礎を復習する必要がある? // ボーア理論では, ``力の平均'' と言っているのか??

15s3039: 
なぜその 4 つの仮定がなされたのか. M: 水素原子のスペクトルを説明するため. 詳しくはボーアに聞けばいいのでは? :-p

15s3046: 
リッツの結合法則の式は水素原子以外だと変化するのか. M: 式の意味を考えて, 何が分からないのか?


rmiya, 2018-01-22