X線の散乱
ラザフォードさんの有核原子模型を
実験的に証明していったのは
なんといってもα粒子の照射実験だろうね。
それ以前におこなわれていた
X線という電磁波を原子にぶつけてその散乱を測定するという
方法よりもα粒子の散乱を測定するほうが
正確な値が出るってことだから当然のことだったんだ。
だからといってX線を原子にぶつける実験が
終わったのかというと
そんなことはないんだよ。
多くの科学者は地道にし尽くしたと思える実験も
繰り返していくんだね。
本当に頭が下がるよ。
このX線照射の実験中に
コンプトンさんが変なデータを手に入れた。
X線は電磁波
それが電子を弾き飛ばすとすると
電子は当然X線の波長と同じ波長で記録されるはずなんだよね。
ところが波長の異なる記録が出て来たんだ。
これまでの常識とされていた
いわば『古典力学』の考えかたじゃ
おかしいことだったんだそうだ。
それだけじゃない。
これまでに常識とされていた物理の法則が
とくに力学の分野では
どうも実験結果と合わない部分が
出だしたんだよね。
もちろん実験装置の進歩もあるけど
なんといっても他人を信用しない
科学者って人たちの
地道な努力のたまものってことだと思うよ。
この電磁波だけじゃなくって
エネルギー等分配ってのも危うくなってきちゃったんだ。
エネルギーって？
エネルギー充填120％
なんてアニメなんかで出てくるのを
聞いたことが無いかな？
このエネルギーってなんだろう。
もともとつくられた時には
「物体が仕事を成しえる能力」
って意味だったらしい。
物を動かしたりする力のことをそう呼んだってことだね。
言葉なんてものは時代によって変遷していく。
今では熱や光、電磁気なんてものも
エネルギーを持つものだとされているし
質量までもがエネルギーの一形態だって
言われているぐらいなんだって。
エネルギーって要するに力なわけじゃない。
力が伝わっていくっていうのはどういうことなのか？
力はどのように伝わっていくのか？
ある時点までは『エネルギー等配分の法則』ってもので
説明がついていたんだ。
系の持つ自由度ごとに一定量のエネルギーが配分されるっていう
統計力学の法則らしいけど
この『エネルギー等配分の法則』を数式なしで説明するのは
ぼくの語彙ではほとんど不可能
書きながらもぼく自身
正直言ってよくわかっていない。
興味のある人は調べてみてもらえたらうれしいな。
この『エネルギー等配分の法則』も古典力学に入るんだけど
前にも書いたように古典力学ってのが古いってことじゃないんだ。
普通にぼくたちが生活している時に出会う現象は
古典力学で十分説明できるようになっている。
世界はデジタルかアナログかと考えたときに
ぼくたちが感じているのはアナログの認識
そのアナログの認識の中では古典力学が有効ってことになるのかもしれない。
でも人は物ってものが実は
小さな小さな粒々で構成されているってことを
知ってしまったんだよね。
じゃあ物に構成する単位があるのなら
他の物にもあるんじゃないかって
考えるのもわからなくはない。
特に変人集団の科学者たちなら。
エネルギー等配分の法則
この法則にはもともとある種の欠点はあったんだよ。
このエネルギー等配分の法則によって
比熱がうまく分子の運動で説明できたんだよね。
比熱っていうのは1ｇの物を1℃上げるための
エネルギーのことなんだけど
分子がこの法則によって運動すると考えれば
つじつまが合ったわけなんだ。
ただし温度がある程度高い時だけ。
温度を限りなく低くしていくと
この法則では説明がつかなくなってしまうんだよな。
最近はやりの超電導なんかでも
液体ヘリウムなんかで４ｋぐらいに冷やしちゃうと
とんでもないエネルギーの流れがおこるけど
古典力学じゃとても説明できないんだ。
（もっとも現代でも説明はできないみたいだけどね）
参考で書いておくと
４ｋって温度は４ケルビン
絶対零度が０ｋ（－273.15℃）ってことだから
摂氏で言えば－269.15℃てことだね。
もう一つこの法則の問題点
じつはこのままでは真空中の比熱に対しては
成立しないことになっちゃうんだよな。
一つずつ単語の説明をしていくと余計わからなくなるから
わかりにくい言葉そのままで書いてみるね。
このあたりは興味があれば調べればいいけど
単純にエネルギー等分配の法則は
そのままじゃ真空中で成立しないって思ってもらえればいいと思うよ。
「真空の中の電磁場は連続な弾性体
そうなると真空内の電磁場の振動は
いくらでも大きな振動数が許される。
これらの振動数を持つバネ(調和振動子)が無限にあることになる
つまり真空内の電磁場の自由度は無限大となり
これらそれぞれにエネルギーが等分配されると
空洞放射のエネルギーは無限大になり
真空の比熱は無限大となる」って
何度も書くけどぼくもよくわかってはいないけど
なぜこんなことを書いているのかというと
エネルギーってものが連続体、アナログ状態だと考えると
矛盾がおきる
もしくは説明がつかなくなるってことが言いたいからなんだ。
アナログのものってどこにあるんだろう？
原子もエネルギーもデジタル
最小単位のものが集まって
連続体のような形式を示しているだけって
現在のところ考えられているみたい。
物は細かく分割していくと
やがては分子にそして原子に
原子は電子と『なにか』に分けられていくってことは
実験からわかってきている。
これを『原子的性質』っていうらしいんだけど
エネルギーにもこの『原子的性質』が
あるんじゃないかってしたのがプランクさん。
エネルギーにもまた基本単位があるんだとして
これを『エネルギー量子』って名付けたんだよね。
ぼくの知っている範囲ではこの『エネルギー量子』ってのが
じっさいに観測されたって文献を読んだことは無いけど
（科学なんてどんどん進んでいるから見つかっているのかもしれないけど）
実験結果で導き出された結果と
この『エネルギー量子』を仮説として導入した場合の結果は
間違いなく一致するってことになったんだよね。
科学の常套として否定されるまでは
現時点では一応正しいという観念において
現在のところ『エネルギー量子』はあるってことになっているんだ。
この基本単位がある
いいかえれば粒々が集まっていると考えると
常にものごとの観測結果は
整数倍で観測されるってことになるんだけど
すこしややこしいかな。
数式を極力書かないようにしようとしているんだけど
今回は最小単位をaとしてみよう。
何かを観測したときにその結果は
かならずa,2a,3a……って表せるってことなんだ。
極端にいえば猫が１匹、猫が２匹ってことはあるけど
猫が1.5匹いるなんて観測結果は出てこないってことだね。
だから古典力学が間違っていたってことじゃないんだ。
この基本単位を導入した考え方で
十分古典力学は説明できるんだから。
ただ、古典力学の考え方（アナログ方式）では
対象をどんどん小さくしていったとき
（絶対零度に近づけたりÅの単位の大きさを考えていった場合）
誤差が出てくるってだけの話しなんだよ。
物にもエネルギーにも最小単位があるってことは
これらはデジタル構成されているってこと。
じゃあ、アナログ構成されているものってのは
どんなものがあるのだろう？
たとえば『光』や『音』なんてものは
どうなんだろう？
