経験則としての熱力学
一概にエネルギーの総和といったところで
運動エネルギーと位置エネルギー
それに 熱エネルギーや
その他のエネルギーの総和ってことなんだろうか
たしかに 運動エネルギーも熱エネルギーも
単位としては『J（ジュール）』で表せられている
でも この意味も不明だね
『J（ジュール）』というのは定義として
「1N（ニュートン）の力がその力の方向に物体を
1m（メートル）動かすときの仕事」
ということになっているんだ
この定義を熱にどうやって当てはめるんだろう？
熱そのものが物体を動かす って
なかなか考えにくいよね
どうやら 熱エネルギーの単位がJ（ジュール）で表記されるのは
熱力学第一法則に基づいて って ことらしいんだ
で 熱力学第一法則は
エネルギー保存則に基づいて って ことなんだよね
もともと力学で使われていたエネルギー保存則を
熱力学が定理にしちゃった
そういうところから始まっているんだ
エネルギーの総和は一定である
だから運動エネルギーが減少した分は
熱エネルギーに変わったはずだ という
ある種 思い込みから来てるんじゃないかな
一連の実験や観測の結果から導き出された
法則（経験則）ではあるんだよ
たしかに変換率なんかも導き出されているし
今のところ齟齬はおきてはいないようだけど
あくまで経験則としての総和であって
現代物理学得意の論理則ではないような気がするね
もっともエネルギーと熱との等価性として
今のところ認められてはいるけど
エネルギーには 運動・位置・熱・化学・電磁・核
そういった分類があるけど
これらは相互交換されて なおかつエネルギー保存則に従う
そういうことに（今のところ）なっている
質量とエネルギーの等価性
そこにでてきたのがアインシュタインさんの
質量とエネルギーが
交換可能なんじゃないか という説
これは実験・観測の結果という経験則じゃなくて
ローレンツ因子を基にした計算結果の論理則
E=mc2 がことの発端だね
これが質量とエネルギーの等価性ってこと
何度も言うけど 50年ほど前には
『エネルギー保存則』と同列に
『質量保存則』も教えられてたんだ
アインシュタインさんの
質量とエネルギーの等価性の発表当時は
素直には受け入れられるはずはないよね
ただ アインシュタインさんの発表から
30年ほど経った頃に
ハーンさんやシュトラスマンさんが
原子核反応の実験で分裂前と分裂後では
質量に差があること
そして そこで放出されたエネルギーが
欠損した質量に等しいことを
証明しちゃったんだよね
それ以降にも電子対生成の実験でも
E=mc2 は認められる方向に進んでいったんだ
原子核反応
質量とエネルギーの等価性について書いてはみたものの
じぶんのものになっていないところが多いね
『原子核反応』の実験でE=mc2 が追認された
なんて書いちゃったけど
原子核反応ってなんだ？ と聞かれたら
答えに詰まるかもしれないんだから
量子力学を書こうとしているくせに
この根本的なところがわかっていないっていうのは
困ったものだけど
原子核反応というのは
ようするに 原子核の内部で起こる
変化や反応のこと
（あまりにも大雑把だね）
原子核反応で有名なところは
核融合とか核分裂っていうのがある
ここまではなんとなくわかる気がする
核融合っていうのは軽い原子が
高い温度や圧力でくっつきあって
より重い原子核になっていくって反応
有名どころでは太陽の水素原子核が
ヘリウム原子核になることで
巨大なエネルギーが放出される ってやつ
核分裂は 今度は重い原子核が分裂するって反応だね
一番多いのが中性子がぶつかることによって
分裂するってことらしい
重い原子核は分裂すると
幾つかの軽い原子核や中性子になるらしい
そのときにこれもまたエネルギーが放出されるんだ
この反応の有名どころは 原子力発電かな
原子爆弾なんかもそうだけど
原子核反応でエネルギーが発生する っていうのは
事実かどうかは別にして
現代ではぼくたちに刷り込まれているはなし
どんな実験からその結果が出たのかというと
一番初めはオットー・ハーンさんと
フリッツ・シュトラスマンさんの
1938年の実験結果発表だろうと思うんだ
ウラン核に中性子をぶつけたところ
バリウムやクリプトンなんかの軽い元素に
分裂することを見つけちゃったんだね
その分裂前のウラン核の質量と
分裂後の出来上がった物質の質量を測定した結果
微々たる質量差ではあるものの
その質量差とエネルギーの比率が一定だった という
実験結果が得られたんだそうだ
その後も実験・観測は続けられ
核融合反応でも分裂反応でも
質量差に比例してエネルギーが放出されることが
わかってきたみたいなんだよね
