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量子と宇宙の話

量子と宇宙の話. 光子の裁判　（朝永先生の夢と電子での２重スリット実験） ステファン・ボルツマンの法則と地球上の生命 ビッグバン宇宙論 超伝導体とクォークの閉じ込め問題. 明治大学オープンキャンパス. 島田徳三 Ａｕｇｕｓｔ　７ , 2010. 専門　素粒子物理，　カオス. TexPoint fonts used in EMF. Read the TexPoint manual before you delete this box.: A A. このスクリーンのどこでも かまわないので（ただしこの文字列ではないところ）を マウスでクリックしてください．.

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量子と宇宙の話

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Presentation Transcript

  1. 量子と宇宙の話 • 光子の裁判　（朝永先生の夢と電子での２重スリット実験） • ステファン・ボルツマンの法則と地球上の生命 • ビッグバン宇宙論 • 超伝導体とクォークの閉じ込め問題 明治大学オープンキャンパス 島田徳三 Ａｕｇｕｓｔ　７, 2010 専門　素粒子物理，　カオス TexPoint fonts used in EMF. Read the TexPoint manual before you delete this box.: AA

  2. このスクリーンのどこでも かまわないので（ただしこの文字列ではないところ）を マウスでクリックしてください． ２つの球面波の干渉

  3. 光は波である. • Thomas Youngの2重スリットの実験(1803)と彼の作図 • この光の干渉の仕方は,防波堤の2つの間隙を通る波と同じ

  4. 光は粒子である． アインシュタイン (1905) 光電効果 • 振動数(f,またはν)が高く,波長(λ)の短い紫外線だと, 高エネルギーの電子が出る. • 光の強度が増すと電子の数が増す． →ε=hν • 紫外線には, 高エネルギーの光子が入っている．(だから日焼けする) • 強い光には, 沢山の光子が入っている．

  5. 光子の裁判(被告:波乃光子) 朝永振一郎　｢光子の裁判」　 • 壁の上では, 光の来るところ,来ないところの干渉縞が出来る．→波乃は両方の穴を通ったに違いない． • 一方で,壁で波乃を捕まえると,いつも,不可分の個体として姿を現す.→波乃は個体に違いない 波乃光子 いかにして個体:波乃光子は2つの穴を通ったか?

  6. 判決 • 波乃光子は,両方の穴を通った．(その証拠には, 干渉縞が出来る.) • 波乃光子は,警官には個体として捕まる.(その証拠には,いつも決まった色で捕まる.) この両事実に何らの矛盾はない．波乃光子は波乃光子であって,矛盾と思うのは,検事の先見独断である．誰もみていない2重の穴を通るそのときと,スクリーンで警官に捕まるそのときで特質を変えるもの,それが波乃光子である.

  7. 光 光子のサイズ 　 • 回折（不確定性原理）　 光子のサイズは光の波の波長くらい !!!

  8. (光) 電子 電子での2重スリットの実験 現代版Youngの２重スリットの実験 電子を一つずつ打ち込む．スクリーンでは,1個1個とらえられる． しかも，…やがて干渉縞が現れる．電子は,波として両方のスリットを通っている． 日立中央研究所外村彰グル－プによって行われた．　（The most beautiful experiment in physics - a poll of Physics World readers)

  9. このスクリーンのどこでも かまわないので（ただしこの文字列ではないところ）を マウスでクリックしてください． 日立中央研究所外村彰グル－プによって行われた．　 （The most beautiful experiment in physics - a poll of Physics World readers)

  10. 光子ガス　ＳｔｅｆａｎーＢｏｌｔｚｍａｎｎ則光子ガス　ＳｔｅｆａｎーＢｏｌｔｚｍａｎｎ則

  11. ここでStanley Kubrick.の 2001 A Space Odysseyの1シーンを紹介した． 猿たちの一匹が投げた道具(太い骨)が空高く回転しながら舞い上がっていく．無音．どんどん舞い上がった後, それは青い地球の周りをゆっくりと運行している宇宙船となる．小さい音で音楽が流れはじめやがてそれが ｢An der schönen blauen Donau｣ であることが分かる．(ここまでで2分) いいたかったのは,基礎的な物理法則を道具に, 模擬授業のここからは宇宙の話を始めるということ． なお, 上の曲名の文字列やStanley Kubrickをgoogle検索すると，2010．８月現在では講義で紹介したすばらしいシーンがYouTubeで簡単に音楽とともに楽しめます．(著作権に配慮してここまでとします).

  12. 絵画の彩りは太陽の温度6000度で決まっている.絵画の彩りは太陽の温度6000度で決まっている.

  13. 地球は太陽と放射平衡 太陽の温度 地球の温度 R L

  14. 地球の温度 300K これは太陽温度の1/20 地球は,太陽の可視光波長0.5ミクロンを 波長10ミクロンの赤外線に変換して放射する. 炭酸ガスは可視光は通すが赤外線は吸収する．そこで, 大気中に炭酸ガスが多いと地球は熱をため込んでいく. これはイラストで,波長は,これより遙かに短いし 大気の層もこれより遙かに薄い． 温暖化効果

  15. 宇宙(膨張を続けているもの)

  16. 風船：　一様等方な２次元球面　　任意の点の周りで周囲の点はHｕｂｂｌｅ膨張している．風船：　一様等方な２次元球面　　任意の点の周りで周囲の点はHｕｂｂｌｅ膨張している．

  17. NASAの観測衛星の進化: WMAPは宇宙輻射背景の １０万分の1程度の温度揺らぎ(宇宙の交響曲)を示す．

  18. 宇宙の発展 ダークエネルギーによる 加速膨張 放射４０万年後 の残照 暗黒の時代 銀河，星の生成 インフレーション 量子ゆらぎ ５億年最初の星 ビッグバン宇宙膨張 　　１３７億年 NASAより転写・翻訳

  19. 宇宙が収縮していくと，光の波長が比例して短くなる．宇宙が収縮していくと，光の波長が比例して短くなる． 光の波長が比例して短くなる． 宇宙の温度は逆比例して上がる． 初期宇宙 ３００K ３０K ３K 光の密度は温度の４乗 今の宇宙 物質密度はサイズの逆３乗 したがって，宇宙初期の重力は光子系によるものだった．

  20. 原子核 原子 u u d Ｅ～１　ＭｅＶ Ｅ～１　ｅＶ

  21. 同種粒子の秘密 • フェルミ粒子電子など物質の粒子．パウリの排他律に従う．周期律表 • ボース粒子光やその仲間．沢山の粒子が同じ波になり巨大な波を全体で作る．レーザー光 そして, ……

  22. 超伝導 • 金属中でフェルミ粒子である電子が低温では2個ずつ対になってボース粒子になる．一つのボース粒子は小さな波だが • ボース粒子の集団は巨大な量子状態（波）を作る • この波は自分を守るために磁場を排斥する (マイスナー効果)

  23. 素粒子 核子=クォーク(フェルミ粒子)3個 真空：超伝導体 グルーオン(ボース粒子)が閉じ込めの力を作っている

  24. おしまいに超伝導の実験 このスクリーンのどこでも かまわないので（ただしこの文字列ではないところ）を マウスでクリックしてください．

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