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オリエント急行、ウルム アインシュタイン

南ドイツの古都の一つウルム市はバーデン=ヴェルデンベルク州に属しウルム大聖堂、デカルトが直交座標系を思いついた地、アインシュタインの生誕地としても有名です。オリエント急行の重要な停車駅の一つでもあります。

Orient Express Poster Ulm City Photo2 Orient Express in Swiss Orient-Express mit Ae 6/6 von David Gubler, 20.5.2006 23:33
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アインシュタインはその後ミュンヘンに移りギムナジウムに通っています。スイスのチューリッヒ連邦工科大学を卒業しましたがその後大学に残れずベルンの特許庁の審査官として勤めていたそうです。その後1905年に重要な論文を提出しました。この1905年を奇跡の年として物理分野では知られています。

Einsteinクリックすると大きくなります。


アインシュタインという名前を聞けば、高校生の頃、日頃認識している時間や空間の概念を超えた何やら不思議な世界を論じているような彼の相対性理論の響きに大変興味を覚え興奮した覚えがよみがえってきます。最初に出会った本が少しうろ覚えですが『数式を使わない物理学入門』でアインシュタインから宇宙の星の一生までを論じたものでした。そこで光の速度の普遍性、ローレンツ縮小、時間の進み方の違い、双子のパラドックス、重力波等の概念の一端を、たいした理解も無いままにただその雰囲気を味わっていたと思います。その後矢野健太郎博士訳のアインシュタイン著『相対論の意味』等を読みかじり、そこで初めてガリレオの相対性原理というものがあって光の速度の普遍性をガリレオの相対性原理に組み込む為に4次元空間(通常の空間を3次元とした場合)なる物を導入して特殊相対性理論が生まれた様子が生々しく述べられていました。加速度と重力の等価性を基調とした一般相対性理論まで話が進むと、アインシュタインの頭脳をもってしても10年間を費やした代物だけに本当の意味での理解は私には無理でした。

相対論はリーマン幾何学等の数学をツールとして使う必要がありました。古典力学ではユークリッド空間を使っていましたが、相対論ではリーマン空間を使用しています。それは運動方程式をF=maというものからもう少し均整のとれた形であらわしたハミルトンの功績があって、その演算子をつかったそれ以降の量子力学の発展を見ても明らかですが。物理学はそのような数学を活用して発展しているのですね。

相対論の一つ有名な式があります。特殊相対論から導きだされるエネルギーの式です。この理論では質量もエネルギーとして取り扱われており、その式は物体の速度が遅い場合は下記の近似であらわされます。ここで有名なE=mc2が出てくる訳です。通常はmc2の項は質量がかわらない変化(運動の変化、電子などが介在するいわゆる化学変化=1分子あたり数eV単位)では増減しないので表面に出てこないのですが、一旦質量がエネルギーにかわるような変化が発生すると際立って大きい変化として登場します。速度が光速に比較して小さい場合は次のような近似展開が適用することができます。



上記の式で一項目のは速度に関係のないエネルギーとして考えられ静止質量のエネルギーと称され二項目のは通常の古典力学で言う運動エネルギーになります。

さてアインシュタインはノベール物理学賞を受賞していますが、じつは1905年に発表された3つの論文『光量子仮説』『ブラウン運動の理論』『特殊相対性理論』のうちで相対性理論ではなく光の粒子説または量子説の貢献に対しての受賞でした。特殊相対性理論はある意味荒っぽく言えばガリレオの原理の修正という位置づけと考えられますが、この光粒子論はその後の量子論の出発点とも言える物で本質的に大変重要なことが凝縮されているのでした。ただ量子論が確率的な要素を含んでしまったことにはあの有名な言葉『神はさいころを振らない』と否定的であって量子力学の量子状況をある意味破るような思考実験をおこない、そのパラドックスを提唱したこともあります。この問題は量子論によって更なるブラッシュアップを経て理解されています。量子暗号等の最先端の技術論の基礎になっています。量子暗号はサイモン・シン著『暗号解読』新潮文庫の最終章に解説されていますね。下記に面白いと思われる関連本を示します。

     



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