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原子核と電子がごっつんこ?<追記版> 

随分と昔の話題だったが、とりあえず昨日のランチの話題で思い出したので調べてみました。

プラスの電気を持つ原子核にマイナスの電気をもつ電子がぶつからない理由。

中学校で習った原子のイメージは、太陽系よろしく原子核のまわりを電子が回っている。万有引力の代わりをクーロン力として、原子核の周りを回る遠心力で釣り合いを保っているとする。

しかし電子の速さによって回転半径が変わってしまう。これは原子の大きさにバラつきが生じることになるが、実際はそうはなっていない。

また電子は常に原子核に自由落下(?)していることと同じで、加速度運動をしていることになる。しかし電子が加速度運動をすると電磁波を放出してエネルギーが減少し、いずれ原子核に落ちて行ってしまうことになるが、実際はそうはなっていない。

じゃ、なんで?
長岡半太郎先生が原子は土星のような構造をしていると解釈してそのように世界ができていたのに(オイオイ)、ボーア先生が新しい原子模型を考案し再解釈したので世界は変わってしまった(苦笑)。

そもそも電子は原子核の周りを回っていないのだ(と、解釈されている)。
原子核の周りに雲のように存在している電子。その雲は動いていないが、電子は雲の中を動いている(と、解釈される)。雲の濃淡は電子の存在確率に等しい。

わかりやすい解釈では、不確定性原理によって原子核に落ちこまないらしい。

不確定性原理とは、極限の狭い領域では粒子の位置がはっきりすると運動量はわからなくなる。そして運動量がはっきりすると位置がわからなくなる。

つまり原子の中の電子ごときは不確定性原理の影響を多分に受け、原子核に落ちていき位置がだんだんとはっきりしてくると運動量がどんどんわからなくなる。というか、運動量、速度はあらゆる値を持つことになるらしい。つまり速度はわからないがどっかへ飛んで行ってしまう。

もっとも原子の大きさくらいまで離れると不確定性は弱まり、クーロン力の影響を受けるらしい。
とりあえずこういう理解でよいようだ。もっともさらに定常波とかいろいろ考えることはあるようだが、なかなか理解できないのでこの辺で手を打っておこう。ここで原子核の複数の陽子がなんで同じプラスの電気で斥力を持っているにもかかわらず一緒にいるのかは、そっとしておこう。

ちなみに不確定性原理の影響が大きい、狭い領域では、運動量がはっきりしてくると位置はあらゆる値を持ってくるらしい。その辺の空間すべてに存在するようなイメージだろうか。なんだかな。

世界はとりあえず今日もそのように解釈されているようだ。
1927年にハイゼンベルク先生が不確定性原理を持ってそう解釈したから、今、世界はそのようになっている(オイオイ)。

ちなみに物質が帯びる熱は、原子の振動と考えられる。気体は原子(分子)が飛び交っているイメージだし、液体になれば振動しながら原子(分子)同士がくっつき合う。固体だとより強固に原子(分子)が集まって振動もゆっくりになる。どんどん冷やすと振動はますますゆっくりになり…、絶対零度までいくと原子の振動は止まるのか?

原子が止まると不確定性原理の影響範囲で位置が確定してしまうので、運動量が0にならずあらゆる値をとる。0にならないということは止まらないということだ。おかげで時間は止まらない?

そう考えるとこの世界はどこかにコンピュータのようなクロックが存在するような感じがしないでもないし、そんなSF(少し不思議)もあったよな。


2009-3-10 5:55
こんな説明ではお子さまは納得しないか。
不確定性原理が“なぜ、世界はそんなしくみなのか”の説明ができないので、実に嘘っぽい。
「そんな子供だまし、今時の子供が『はい、そうですか』なんて納得できるか!」
なんて言われそうだ。

似たようなものに、光速度不変の原理もそうだよな。
「なんで光よりも速いものはないの」
もう、みんなで決めたんです。世界はそう解釈されているんです。としかいいようがない。
マクスウェルの電磁方程式をいじくれば、いろいろとわかるのですが素人には手に余るし、それで光速度がなぜ不変なのかという世界の目的まではわからない。

そもそも世界の存在理由や原理の目的などは科学の対象ではない。形而上学なわけだから、科学が進歩しても世界の真理をみつけられないのだ。

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