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Q
RES
2009-08-05
先端科学技術課程の３回、Qと申します。さっそく質問です。
現実の世界、1気圧25度で物質がある状態、たとえば、気体、液体、固体で、その状態は、分子、原子、イオンなどで構成されますが、そのとき生じる隙間について質問があります。
たとえば、１００％N2気体を考えたときに、真空中にダンベル状のものだけが沢山存在すると考えてよろしいのでしょうか？
また、１００％液体エタノールの中では、エタノール分子とエタノール分子の間には、何も〔どんな物質も〕存在しないのでしょうか？ここでの質問の本質は、分子がどんな『事』になれば液体の状態になるか？です。この『液体』には、エタノール分子しか存在しないのでしょうか？
さらに、固体の場合です。金属の固体には、モデルとして最密充填構造があり、間隙がありますが、そこには、イオンや金属が占めていたりすると思いますが、それでも隙間は必ず存在すると思います。また、水の結晶、すなわち氷のあの有名な構造にも隙間はあると思います。〔この場合は０度以下です〕これらの隙間の空間には何が存在しているのでしょうか？空気ですか？気体ですか？真空ですか？
これらの質問は、仮想のモデルではなく、１気圧、われわれが生活している程度の温度、つまり、日常でどうなっているかの上での質問です。
今、とても悩んでいます。
基礎的な質問だと思いますが、回答のほどよろしくお願いします。
先端科学技術課程の３回、Qと申します。さっそく質問です。
現実の世界、1気圧25度で物質がある状態、たとえば、気体、液体、固体で、その状態は、分子、原子、イオンなどで構成されますが、そのとき生じる隙間について質問があります。
たとえば、１００％N2気体を考えたときに、真空中にダンベル状のものだけが沢山存在すると考えてよろしいのでしょうか？
また、１００％液体エタノールの中では、エタノール分子とエタノール分子の間には、何も〔どんな物質も〕存在しないのでしょうか？ここでの質問の本質は、分子がどんな『事』になれば液体の状態になるか？です。この『液体』には、エタノール分子しか存在しないのでしょうか？
さらに、固体の場合です。金属の固体には、モデルとして最密充填構造があり、間隙がありますが、そこには、イオンや金属が占めていたりすると思いますが、それでも隙間は必ず存在すると思います。また、水の結晶、すなわち氷のあの有名な構造にも隙間はあると思います。〔この場合は０度以下です〕これらの隙間の空間には何が存在しているのでしょうか？空気ですか？気体ですか？真空ですか？
これらの質問は、仮想のモデルではなく、１気圧、われわれが生活している程度の温度、つまり、日常でどうなっているかの上での質問です。
今、とても悩んでいます。
基礎的な質問だと思いますが、回答のほどよろしくお願いします。
はぎわら
2009-09-02
Q君へのお返事：
見るのが遅くなりごめんなさい。試験前には誰も書いていなかったので、ここしばらくノーチェック状態にしてしまいました。
さて、ご質問を通して拝見してまず気づくのは、「物質」「真空」などの意味が曖昧であることです。（これは、別に貴殿の問題というわけではなく、専門家の本の記述などでも、大抵、曖昧のまま話がなされています．）
物理的に物事を考えるときには、どの程度の空間的スケールの話であるかをはっきりさせないと、話が一貫しません。マクロ領域（大体1μm以上の大きさ）で定義された真空概念を、原子スケールに持ち込むことはできません。また、「物質」という概念のスケールは、「原子核」のスケールよりずっと大きいところにあるので、「原子核は何かの物質でできているのか？」と問うてみても答えを出しようがありません。
ご質問に戻って言うなら、物質としてのエタノールは、マクロな概念に相当します。あるマクロなスケールで、エタノールの性質を発揮する場合に、エタノールという物質の認識が意味をもちます。ところが、一個のエタノール分子という見方は、原子核近傍に広がって分布する電子の状態を考えるのに適した程度のミクロスケールの話となります。原子核を考えれば、さらに小さいスケールの話になります。
マクロスケールで真空を定義するなら、「物質がない空間」となるでしょう。しかし、原子スケールでは、物質という概念自体が怪しくなるので、この真空の定義は原子スケールでは意味をもちません。
さてところで、場の量子論という分野では、素粒子スケールでの"真空"を議論します。この"真空"は、分子の間の空間にも対応しています。この"真空"の中に、決して取り去ることのできないエネルギーがあるのか否か、、これは、場の量子論の問題として重要な意味をもちます。ただし、その答えが分かったとしても、「隙間」がどのような状態なのかを、日常経験の類推として想像・理解するのは無理です。
-----
以上は、ややクールに表現し過ぎかも知れません。
普通に言うならば、空気も水も氷もアルコールも、真空中に、ある程度同種の原子や分子が密集して存在する領域を指していると考えていいです。ミクロなすべての存在は、自然の空間＝"真空"の中に構成されていると言っていいと思います。
Q君へのお返事：
見るのが遅くなりごめんなさい。試験前には誰も書いていなかったので、ここしばらくノーチェック状態にしてしまいました。
さて、ご質問を通して拝見してまず気づくのは、「物質」「真空」などの意味が曖昧であることです。（これは、別に貴殿の問題というわけではなく、専門家の本の記述などでも、大抵、曖昧のまま話がなされています．）
物理的に物事を考えるときには、どの程度の空間的スケールの話であるかをはっきりさせないと、話が一貫しません。マクロ領域（大体1μm以上の大きさ）で定義された真空概念を、原子スケールに持ち込むことはできません。また、「物質」という概念のスケールは、「原子核」のスケールよりずっと大きいところにあるので、「原子核は何かの物質でできているのか？」と問うてみても答えを出しようがありません。
ご質問に戻って言うなら、物質としてのエタノールは、マクロな概念に相当します。あるマクロなスケールで、エタノールの性質を発揮する場合に、エタノールという物質の認識が意味をもちます。ところが、一個のエタノール分子という見方は、原子核近傍に広がって分布する電子の状態を考えるのに適した程度のミクロスケールの話となります。原子核を考えれば、さらに小さいスケールの話になります。
マクロスケールで真空を定義するなら、「物質がない空間」となるでしょう。しかし、原子スケールでは、物質という概念自体が怪しくなるので、この真空の定義は原子スケールでは意味をもちません。
さてところで、場の量子論という分野では、素粒子スケールでの"真空"を議論します。この"真空"は、分子の間の空間にも対応しています。この"真空"の中に、決して取り去ることのできないエネルギーがあるのか否か、、これは、場の量子論の問題として重要な意味をもちます。ただし、その答えが分かったとしても、「隙間」がどのような状態なのかを、日常経験の類推として想像・理解するのは無理です。
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以上は、ややクールに表現し過ぎかも知れません。
普通に言うならば、空気も水も氷もアルコールも、真空中に、ある程度同種の原子や分子が密集して存在する領域を指していると考えていいです。ミクロなすべての存在は、自然の空間＝"真空"の中に構成されていると言っていいと思います。
Q
2009-09/04
Qです。回答、有難うございました。
回答を読んで、そう来たか！という印象を持ちました。
私の疑問に対する先生の説明は私を十分満足させるものでした。
ところで、私は、場の量子論を勉強したことはありません。
私は、現在、量子力学を勉強中です。しかし、基礎学力の準備不足のため、量子力学の何たるか、つまり、本質をつかめていないのが現状です。
量子力学には、Dirac,Sakurai,Feynman,Schiff,Gasiorowicz,Landau,朝永,猪木、小出、原島などの名著と呼ばれる数々の本がありますが、いくつかの本は全くといってよいほど分からない強敵です。
ここで、先生に質問です。
もし、先生が自分の受け持つ学生に『私は、場の量子論を理解したい。そのためには、その前身となる量子力学の本質を理解したい！！そのために先生の勧める量子力学の本を教えてほしい！』と言われたら、先生はどのような本を勧めますか？
今の私としては、具体的な書名を挙げてほしいところです。
追伸
一つだけこの掲示板に注文があるとすれば、先生に3日、いや1週間に一回ぐらいはコメントをチェックして頂きたい事です。
Qです。回答、有難うございました。
回答を読んで、そう来たか！という印象を持ちました。
私の疑問に対する先生の説明は私を十分満足させるものでした。
ところで、私は、場の量子論を勉強したことはありません。
私は、現在、量子力学を勉強中です。しかし、基礎学力の準備不足のため、量子力学の何たるか、つまり、本質をつかめていないのが現状です。
量子力学には、Dirac,Sakurai,Feynman,Schiff,Gasiorowicz,Landau,朝永,猪木、小出、原島などの名著と呼ばれる数々の本がありますが、いくつかの本は全くといってよいほど分からない強敵です。
ここで、先生に質問です。
もし、先生が自分の受け持つ学生に『私は、場の量子論を理解したい。そのためには、その前身となる量子力学の本質を理解したい！！そのために先生の勧める量子力学の本を教えてほしい！』と言われたら、先生はどのような本を勧めますか？
今の私としては、具体的な書名を挙げてほしいところです。
追伸
一つだけこの掲示板に注文があるとすれば、先生に3日、いや1週間に一回ぐらいはコメントをチェックして頂きたい事です。
はぎわら
2009-09-07
Q君へ；
以下にお答えします。
> 場の量子論を理解したい。そのためには、その前身と
> なる量子力学の本質を理解したい！！そのために、、
先ずは、ピタゴラスの名言「学問に王道なし」を思い出してください。本質を理解するためには、物理数学と、古典物理（力学、熱力学、電磁気学、統計力学など）を地道にやるしかないというのが（一面の）真実です。
とは言っても、その一つ一つの分量と深遠さに圧倒されて、結局何も手につかないか、あるいは、小手先の計算手法だけ覚えて終わり、、という場合が多いのも事実です。本質を知るためには、木を見て森を見ずではいけないというのも、もう一方の真実です。
そのへんの調和を考えて、うまく書かれている教科書を私の知る範囲で記します。目新しいものより、長く生き残っている日本人の教科書がよいと思います（翻訳は、文章の論理が分かり難い場合が多いです．）。
＜書籍紹介＞ 量子論（小出昭一郎 著）
＜書籍紹介＞ 初等量子力学（改訂版）（原島 鮮 著）
＜書籍紹介＞ 量子力学（I）（小出昭一郎 著）
＜書籍紹介＞ 量子力学（I）（江沢 洋 著）
＜書籍紹介＞ 量子力学（II）（江沢 洋 著）
---
場の量子論のよい入門書はなかなか思い当たりません。
雰囲気だけ知るということならば、以下のブルーバックスはなかなかよく書けています。
Amazon.co.jp： 場の量子論とは何か―統一理論へ近づくための根本原理 (ブルーバックス): 和田 純夫: 本
Q君へ；
以下にお答えします。
> 場の量子論を理解したい。そのためには、その前身と
> なる量子力学の本質を理解したい！！そのために、、
先ずは、ピタゴラスの名言「学問に王道なし」を思い出してください。本質を理解するためには、物理数学と、古典物理（力学、熱力学、電磁気学、統計力学など）を地道にやるしかないというのが（一面の）真実です。
とは言っても、その一つ一つの分量と深遠さに圧倒されて、結局何も手につかないか、あるいは、小手先の計算手法だけ覚えて終わり、、という場合が多いのも事実です。本質を知るためには、木を見て森を見ずではいけないというのも、もう一方の真実です。
そのへんの調和を考えて、うまく書かれている教科書を私の知る範囲で記します。目新しいものより、長く生き残っている日本人の教科書がよいと思います（翻訳は、文章の論理が分かり難い場合が多いです．）。
＜書籍紹介＞ 量子論（小出昭一郎 著）
＜書籍紹介＞ 初等量子力学（改訂版）（原島 鮮 著）
＜書籍紹介＞ 量子力学（I）（小出昭一郎 著）
＜書籍紹介＞ 量子力学（I）（江沢 洋 著）
＜書籍紹介＞ 量子力学（II）（江沢 洋 著）
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場の量子論のよい入門書はなかなか思い当たりません。
雰囲気だけ知るということならば、以下のブルーバックスはなかなかよく書けています。
Amazon.co.jp： 場の量子論とは何か―統一理論へ近づくための根本原理 (ブルーバックス): 和田 純夫: 本
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