2020年04月19日

趣味で物理雑学 今年はこれで行こう なあぁにいぃ・・・決めちまったな!!

物理の理論は理解するのにちょ~困難。だいたい院生が勉強するような場の量子論や素粒子論はIQ88のちょ~頭脳の朕にしても困難である。

で、もう雑学に方向転換だ。うむ。何を知りたいか。物理法則が発表されてからの経緯だね。ノーベル賞に結びつくまでの経緯だね。論敵による批判などだね。

量子力学ではシュレディンガー方程式で知られるシュレディンガーが量子力学の主流から外れていくってところも興味深い。

天才・ディラックが1928年に相対論的量子力学を発表してから反物質の存在(当時は陽電子だけだが)に気づくまでの四苦八苦も興味深い。ここでは論敵の怪物・パウリがコペンハーゲン一家の親分のパウリと共に反論していた。

ディラックの空孔理論は画期的だったが初めは空孔を陽子だとディラックは考えて、それだと質量が合わないじゃんと直ぐにオッペンハイマーあたりがツッコミいれたとか。

ディラックが陽電子の存在に自信を持ったのは31年頃か。理論の発表から直ぐに、というわけではない。32年にアンダーソンによって陽電子が発見されたのだが、ここも興味深い。

アンダーソンはディラックの理論を知らなかった。大気上空での観測装置で得られた写真乾板だかなんだかを見て電子と逆周りの飛跡を見つけた。磁場中に荷電粒子が飛び込むとローレンツ力で曲がる。グルリンコの螺旋ができる。ただ、荷電粒子が飛び込む方向が逆であればグルリンコも逆周りになる。
ここでアンダーソンは電子が逆から来たか・・・と考えたが、それを区別する工夫をした。そして、電子と同じ電荷だが正だ!!  という新しい粒子を発見したのである。

アンダーソンの論文を読んでディラックの理論を知っている物理学者が、これはディラックの言う陽電子ではないか、と勘付いた。結局、ディラックの陽電子が発見されたことになった。

アンダーソンは独自の研究をしていた。

そして、パウリと親分のボーアは「それはディラックの言う陽電子とは違うのではないか」と初めは認めようとしなかったらしい。まあ論敵だからなあ。

さらに、面白い話がある。アンダーソンと同じように大気上空での観測をしていた実験物理屋さんの写真乾板にもグルリンコの飛跡は映っていたという。彼らは、それを電子が逆から来た、と考えた。
見ていても発見にならず。これは教訓である。見ていても教訓にならない場合の例。

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宇宙背景放射の発見も面白い。偶然に発見されたのだった。ここらの解説本で僕は注意が必要だなと思った。
初め二人のアンテナ技術者が発見したものは4GHzぐらいの電波であり、それが上から、下から、右から、左から・・・やってくる。これが直ぐに宇宙背景放射だと認められたわけではない。ガモフらの理論により5K前後の輻射があるという見積もりがあるが、これは黒体放射である。

この図は黒体輻射の例である。ある温度の黒体輻射はこのような曲線を持つ。プランクの黒体輻射の数式が実験値と一致した・・・という1900年のおもひで。

よって5K前後の黒体輻射の数式をグラフ化してだね、上の二人のアンテナ技術者が発見した4GHzでのエネルギーは、5Kの黒体輻射のグラフに乗っていなければならない。そして周波数一つだけでは黒体輻射であるとは言い切れないのである。
一般的な入門書はそこらの記述がなく、二人のアンテナ技術者、ペンジアスとウィルソンが1965年に発見した、で終わりである。偶然の発見である。
これが黒体輻射であると確信されたのは彼らの発見から半年後に別の周波数での測定があったからだ。二つの周波数が5Kの曲線に乗った。5Kというのは僕のうろ覚えであり、さっき本を見たら3Kだった(笑)

まあ言いたいことは周波数一つでは黒体輻射である・・・と言い切れないのだよよおおぉぉぉーーーんという話。入門書にはそんなこと書いてないと思うだわ。
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    雑学は妄想も含む。想像でもいいが、妄想でもいいぞ。
クォーク2 南部 KBB  1999年頃
この本を読んで素粒子の種類がたくさんあることは分かったが他はわからぬ。量子色力学とか湯川の閃きとか、雑多な知識は得た。
核力の説明には相対論的量子力学を使うとか書いてある。別の入門書では場の量子論を使うと書いてある。南部の本では場の量子論という用語は出てこない・・・と思った。
力の説明に粒子を交換するという表現をするのは ---   場の量子論である。まーいいか。

で、素粒子を分類すると何十とある。クォークというアイデアは50年代に新粒子がドドドと発見された後である。バリオンやメソンが何百と発見された。それらを説明するのに、さらに基本的な粒子クォークを考えたのだった。
だが、疑問はその前だ。大量のバリオンやメソンは寿命が極めて短い。10のマイナス何秒というオーダーだ。実験装置で生成されても直ぐに別の粒子に変わる。崩壊するとか壊れるとか言う。
パイオンは直ぐにミューオンとミューニュートリノに壊れる。
ミューオンは電子(あるいは陽電子)と光子に壊れる・・・・・

などというとる。するとね、結局、最後は陽子、電子のような安定な粒子と光子が残るん? 
そこだな。
すると宇宙は陽子、電子、光子がウジャウジャしとるわけ? 

うむ。酒が切れた。不用不出の外出は自粛しろというとるが、酒買いに行くのはいいだろ(笑)

posted by toinohni at 10:42
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