あ さんの書込 (2009/11/07(Sat) 06:15)

温度が高くなると，いろいろな物質が特定の光を放出すると教科書にかいてありました．

質問１ 気温上昇で気体分子が激しく動き回るのと，温度が上がって電子がエネルギーを持つのは別の現象なのでしょうか？

質問２ たくさんの水素原子が集まっているとき，どれかひとつでも水素原子が光子をはっすれば，はっした原子はエネルギー低下，光子はほかの原子にあたってあたった原子がエネルギー増加，増加した原子は次の光子を放出する３次元ドミノなイメージがわいてきます． この考えかたってまちがっているのでしょうか？

質問３ 水素原子の場合どれだけの光子をはっするのでしょうか？

あ さんのレス (2009/11/07(Sat) 06:28)

質問２-1 質問２は繰り込み群でも使えばいいのか？

質問４ そもそも，電子が波ってどういうこと？ ぜんぜんわからないです． 波？？？光子を放出すると波のエネルギーが下がる？？いったい何？ 波って0以下ないの-ないの？ 電子の波が大きくなるって何，小さくなるって何？ 水素の場合，電子がひとつ？ 電子が二つ以上の場合どうなるの？ 波って周期解以外存在できないの？ どうして波が干渉しあう場合存在できないの？

質問５ 教科書では原子核の説明に電気がやたらとでてきますが，なぜなのでしょうか？ 電気以外の要素も重要なのでしょうか？

質問6 どんな３次元空間も微分すれば，平面です． UPにすれば曲面は平面です． すると，ミクロの世界やそれ以下の世界はやっぱり平面波の世界？

質問７ ねえねえ，アインシュタインは空間は曲がるって要ったけど． 大質量の近くなら曲がるのよね． じゃあ，スケールを小さくとって，超ミクロな空間に注目すると，やっぱり空間って曲がってそう． 原子核なんて，ミクロで見れば距離に対して質量が超巨大になるじゃん． すると，原子核内って空間ねじくり曲がりワールド？ すると，極率が一定以上の場所のエネルギーは一生原子核の外に出てこないブラックホール内空間？ 検証不可能世界？

質問8 なんか難しくて物理って理解不能． みなどうやって勉強しているの？

あ さんのレス (2009/11/07(Sat) 06:48)

質問9 重力以外の要因で空間って捻じ曲がったりするの？

質問10 そもそも空間って何？

質問１１ バルマー系列とかなんたら系列とか種類がいっぱいあるけど，なんかよんでて難しい． 誰か教えて．

質問１２ 電子が光子以外に放出するものってあるの？ 教科書だと電子の電気と運動量と光子の放出の間に深い関係見たいのがありそうな数式がのってますが，これってどういうこと？ なんか意味あるの？

質問１３ 光子って遠くに行くほど弱くなるの？ 光子って波の密度が高いところのこと？ 本質は波？

あ さんのレス (2009/11/07(Sat) 06:59)

質問１４ 教科書だと陽子と中性子って，引力と斥力を発する，質量均質の謎球体みたいな存在で描かれていて，電子はボールで描いてたけど実は波でした． 見たいな事かいてあって，実は陽子と中性子と電子はもっと小さな部品を組み合わせて作ったものでした． なんて書いてありました． なんか難しすぎです． この謎部品って物理の本質なのでしょうか？ なぜ，数学みたいにもっと小さな部品を無限まで続けれなかったりするのでしょうか？ 陽子や中性子で打ち止めできず，そういう部品を想定する必要はなぜあるのでしょうか？

あ さんのレス (2009/11/07(Sat) 07:08)

質問１５ 陽子にしろ電子にしろ質量がある以上，無限にズームしていくとある地点でブラックホールみたいに見えてくる瞬間があるような気がしてなりません． これって回避可能な問題ですか？ それとも考え方が間違っているのでしょうか？

yama さんのレス (2009/11/08(Sun) 01:25)

質問１ 分子は電子ではないので当然別の現象です． ただし温度が高くなると平均エネルギーが増加するという点には共通性があります．

質問２ そうなることもあるでしょうが，一般には放出された光子が必ず他の原子に吸収されるとは言えないと思います．

質問３ 高いエネルギー準位から低いエネルギー準位に遷移するとき，そのエネルギー差に等しいエネルギーの光子が放出されますが，１回の遷移で放出される光子は１個だけです．

質問２-１ お好きなように

質問４ 電子は波としての性質（干渉など）を示すということです．

>光子を放出すると波のエネルギーが下がる？？いったい何？

私もよくわかりません．電子が電磁相互作用によって光子を放出すると電子のエネルギーが低下するということでしょうか？

>波って0以下ないの-ないの？

何が0以下なのか分かりませんが，エネルギーだとすると負にはならないでしょう．

>電子の波が大きくなるって何，小さくなるって何？

波長が大きくなるとか小さくなるというのなら意味が分かりますが，単に波が大きくなるとか小さくなるというのは意味不明です．波についてのどんな物理量かを示してください．

>電子が二つ以上の場合どうなるの？

電子が２個の場合，座標表示の波動関数は２個の電子の座標の関数になります．つまり６次元空間の波として表されるわけです． 場の演算子を導入することによって３次元空間の波として扱うこともできます．

＞波って周期解以外存在できないの？

存在できます．

>どうして波が干渉しあう場合存在できないの？

意味がよく分かりません．波が存在するから干渉しあうのだと思いますが・・・． それとも干渉によって振幅が0になる場合のことでしょうか？

質問５ 中性子は電荷を持たないので陽子と中性子の間には電気的な力は働きません．また陽子どうしは電気的な力としては斥力を及ぼしあいます． 従って電気的な力だけしか働かなければ，原子核はばらばらに分解してしまいます．そのため電気的でない力（核力）を考える必要があります．

質問６ 平面波というのは平面上の波ということではなく，波面が平面である波です． 平坦な空間であっても平面波でない波（例えば球面波）は存在できます．

質問７ 原子核の大きさが無限小ならブラックホールになるかもしれませんが，実際の原子核はシュバルツシルド半径よりもはるかに大きいのでブラックホールにはならないでしょう．

質問8 確かに難しいですね． 勉強のしかたは人それぞれでしょうが，物理の本を読んだり演習問題を解いたりして少しずつ理解を進めていくことが基本ではないでしょうか．

質問9 一般相対論では重力場が存在することと空間が曲がっていることは同義です．

質問10 我々が日常的に空間と考えているものを，理論的に定式化したものです． しかしその定式化のしかたは，ニュートン力学，相対論，量子力学，場の量子論などのそれぞれの理論で異なります．

質問１１ 水素原子の基底状態への遷移によって放射される光のスペクトルの系列がライマン系列です． また最初の励起状態に，それより高いエネルギー準位から遷移するときのスペクトル系列がバルマー系列です． このように遷移する先のエネルギー準位に対応して系列の名称がつけられています．

質問１２ 電子は電磁相互作用以外に弱い相互作用や重力相互作用をするので，ＷボソンとかＺボソンとか重力子とかを放出することもあるでしょうね． 具体的にどんな数式なのか分かりませんが，教科書に載っている数式だったらたぶん物理的な意味があると思います．

質問１３ 光源から遠ざかれば光は弱まりますが，１個の光子のエネルギーは変化しません． 光は疎密波ではないので，波の密度というのは無意味です． 光は波の性質を示すことも粒子の性質を示すこともあるので，単純に本質は波だとは言えないように思います．

質問１４ 陽子や中性子が部品（クォーク）でできていると考えることによって素粒子の対称性や反応がうまく説明できるわけです．しかし電子については今のところ部品でできているとは考えられていません．

質問１５ 陽子や電子の大きさが無限小で，いくら小さいスケールでも一般相対論が成り立つならブラックホールになるかもしれません． しかし陽子や電子の大きさは無限小ではないように思います． またプランク長以下のスケールでは，量子論的効果が影響してくるので一般相対論がそのまま成り立つわけではありません． ただし重力場の量子論は未完成なので正確なところはよく分かりません．

あ さんのレス (2009/11/15(Sun) 18:05)

yamaさんはすごくいい人ですね． こんなにたくさん返事が来てとてもうれしいです．

>質問1 その違いって？ 気体分子の温度が高くなったとき圧力や重力が高くなった場合どうなるでしょうか？

>質問２ じゃあたいてい光は素通り？

>質問３ 一個発するが何度も繰り返されながら，どんどんエネルギーが下がっていくイメージでしょうか？ 電子のエネルギーが下がるとどんな変化が起こるのでしょうか？

>質問4 電子の座標だけでは情報が不十分な気もします？ ほかにどんな要素が次元に加えられるのでしょうか？

>質問５ 核力と電気がでてきました，そのほかにどんな力が出てくるのでしょう？ またこの２つはどんな面白さがあるのでしょう

>質問6 解説がよくわかりませんでした？

>質問7 へえ，しゅばるつ何たらの半径は何倍くらい？ ところで陽子や電子から出てくるエネルギーは重力とかで波長が引き伸ばされたりするの？ 陽子，電子，中性子以外のところからエネルギーが出てきたりするの？ 陽子の外側はわかるけど，陽子の中身はどうなってるの，中身はやっぱりブラックホール？ 陽子の斥力とかどうなるの？

＞質問9 重力波＝空間の曲がり，ベクトル場了解，あれ？ベクトル場ってことは数学的な性質がまだ容易って事？

＞質問10 ふーん

＞質問１１ うん，教科書見とく

＞質問１２ 相互作用？ そこのところもっと詳しく，詳しく．

＞質問１３ ええと汗汗，波の振幅の高さが小さくなるってこと？ 光子と光の横波の関係，いまだに難しいです．

＞質問14 電子は波？

＞質問15 ブランク定数以下だとルールが変わってくる？ 粒子論的効果ってどんなイメージ？

＞突拍子もない質問 相対性理論がミクロで使えない理由ってミクロになると微分空間に近づくから，空間の曲がり方が非線形な空間を微分してでてくる線形空間的な曲がり方でもするのでしょうか？

yama さんのレス (2009/11/16(Mon) 00:52)

質問1 気体分子は気体の体積全体にわたって運動します． それに対して電子は原子核のまわりに束縛されていて，温度が上がればより高いエネルギー準位に励起されます． （ただし温度がずっと高くなると原子核のまわりから離れて自由に運動するようになります．これはプラズマの状態です．） （温度一定で）圧力が高くなった場合は密度が大きくなるので分子間の相互作用のエネルギーを考えねばならなくなります． 重力が大きくなると上部と下部の圧力の差が大きくなります．

質問２ そうです．

質問３ エネルギーが下がっていくだけとは限りません．なんらかの形でエネルギーを得てより高いエネルギー準位に上がったりすることもあります． エネルギーが下がって基底状態（最低エネルギー状態）になると 光は放出されなくなります．

質問4 スピン（固有角運動量）も含めた電子の状態を考えることもあります．

質問５ 弱い力（弱い相互作用）というのがあって，これはβ崩壊に関係します． 重力もありますが，大抵の場合は無視できます． 媒介粒子の性質（質量，電荷，スピンなど）の違いが力の性質の違いに関係するのが面白いと思います．

質問6 例えば，水素原子の基底状態は球対称な定常波であって平面波ではありません，

質問7 シュバルツシルド半径は次の式で計算できます．

ただしＧは万有引力定数，Ｍは（例えば陽子の）質量，ｃは光速です．これらの値はgoogleなどで検索すれば分かるので，自分で計算してみてください． 陽子の大きさははっきりとは分かっていませんが， 程度と考えられています．

>ところで陽子や電子から出てくるエネルギーは重力とかで波長が引き伸ばされたりするの？

重力によって波長が変化する可能性はあるとしても，測定して検出できるほどの変化はないでしょう．

>陽子，電子，中性子以外のところからエネルギーが出てきたりするの？

必ずしもそうではなく，媒介粒子どうしの相互作用によってエネルギーがやりとりされることもありますが，大抵の場合は無視できると思います．

>陽子の外側はわかるけど，陽子の中身はどうなってるの，中身はやっぱりブラックホール？

陽子は３個のクォークからできている複合粒子です．ブラックホールにはなっていません．

>陽子の斥力とかどうなるの？

質問の意味が分かりません．

質問9 重力場はベクトル場ではなく，テンソル場です．

質問１２ 相互作用というのは力を及ぼしあうことです．エネルギーや運動量をやりとりすることだとも言えます． 場の量子論の観点では，力は粒子によって伝えられます．例えば電磁力は光子によって伝えられるわけです． 詳しくは場の量子論を学んでください．

質問１３ そういうことです．

質問14 波の性質を示すことも粒子の性質を示すこともあります． 矛盾しているように思えるかもしれませんが，量子力学ではこれを矛盾なく説明することができます．詳しくは量子力学のテキストを見てください．

質問15 プランク定数ではなくてプランク長（検索してください）です． この長さ以下のスケールでは時空自体が量子化されて，例えば時空が連続的でなくなり離散的な性質を持つようになるかもしれません．しかし前にも述べたように重力場の量子論は未完成なので正確にはわかりません．

>突拍子もない質問 そういうことではありません． 微分は連続性を前提としていますが，もし離散的になったら微分自体が無意味になります．