相対性理論を学びたい人のために

まだ一度も相対性理論を勉強したことのない人は、何か一冊相対性理論の本を読みかじってみて、なぜこんなことが?という、疑問を持ってからこのブログに来てください。ブログの先頭に戻るには表題のロゴをクリックしてください

問題13,14

 現在2020年8月28日20時08分である。

麻友「あら、問題に答えてくれるの?」

私「1回で終わるかどうか、分からないけど、アルコール消毒というものが、どういうものか、話してみようと思う。ちょっと遅いけど、一応タイムリーな話だろ?」

若菜「もっと早くやって欲しかったです」

結弦「でも、この後、どれくらい、新型コロナウイルスが、はびこるか、分からないから、聞いておきたい」

私「では、まず問題を、見よう」



 問題11

 燃料電池車の実用化を目指し,水素の貯蔵材料が研究されている.ある材料が蓄える {1.29 \times 10^{24}} 個の H 原子は何 {\mathrm{mol}} か。

                (アトキンス『一般化学(上)』(東京化学同人)序章E 例題E・1 原子数から“モル数”への換算 より)


 問題12

 アルコールで手を拭くと、新型コロナウイルスを、殺菌できるという。なぜ、手は傷まないのに、新型コロナウイルスだけが、死ぬのだろうか? 空想でも良いから、考えられる理由を、述べよ。


麻友「まず、問題11から。本当は、

『AKB48中学理科』

AKB48中学理科 (AKB48学習参考書)

AKB48中学理科 (AKB48学習参考書)

  • 発売日: 2011/08/30
  • メディア: 単行本

に書いてない概念だから、モルというものを、持ち出すのは、反則なのよ」

私「それは、分かっている。だけど、自分の知っていることだけで、解ける問題だけを解いていても、人間は成長しない。勉強だけでなく、研究の領域まで進むには、どんどん新しいことに、挑戦すべきだ。モルというものを、調べた?」

麻友「太郎さん。問題を、『原子核から“モル数”への換算』と、書いてたでしょ。『原子核』が、どう関係するのかと思ってたら、『原子数』の誤植なんじゃない」

私「ああ、原典に当たったのか。申し訳ない。タイプミスだった。直しておいたよ」

麻友「そのとき、アトキンスの『一般化学』を、読んだんだけど、この本古くて、太郎さんが、一昨年変わったという、国際度量衡総会(こくさいどりょうこうそうかい)の決定と、違うじゃない」

若菜「『モル』と、ググったのですね」

麻友「そう。新しく、1モル{=6.022~140~76 \times 10^{23}} (厳密に)と、定義されることになった。これによって、今までは、正確に {12\mathrm{g}} だった1モルの炭素12(たんそじゅうに) {{}^{12}\mathrm{C}} 原子の質量が、{11.999~999~9958(36)~\mathrm{g}} という実験値になった。決めた人は、責任重大ね。最後の{(36)} は、桁の最後に、{11.999~999~9958+0.000~000~0036=11.999~999~9994} から、{11.999~999~9958-0.000~000~0036=11.999~999~9922} までの、不確かさがあるということと取りたいんだけど、本当は違うのよね。その値を測定したときの、標準不確かさというもので、学校で成績をつけるときも使う、標準偏差というものなのよね。だから、将来、実験が進んで、{11.999~999~9958+0.000~000~0037=11.999~999~9995} ということになることも、あり得る。この『不確かさ』という言葉も新しい言葉で、『誤差』という言葉や『精度』という言葉を、改めて、こう言うようになったのよね」

私「良く調べてきた。だが、もう22時25分で、寝なければならない。一旦中断するよ」

 現在2020年8月28日22時27分である。一旦中断。



 現在2020年8月29日19時58分である。再開する。

結弦「お母さん、もの凄く、勉強したんだね。そうすると、今後は、1モル(いちもる)というのは、{6.022~140~76 \times 10^{23}} 個、原子とかがあると、いうことに、なるの?」

麻友「うーん。高校の試験で、有効数字9桁で、計算するなんて、有り得ないけど、太郎さん、どうすればいいの?」

私「実は、主な物理定数で、一番実験が難しくて、有効数字4桁しか求まっていないのが、ちょっと前に出て来た、万有引力定数 {\mathrm{G}} というもので、{\mathrm{G=6.674 \times 10^{-11}N \cdot m^2 kg^{-2}}} までしか分かってなくて、理科年表では、{\mathrm{G=6.67430(15) \times 10^{-11}N \cdot m^2 kg^{-2}}} となってるけど、{30} は、不確かさを含む。一方で、光の速さは、{c=299~792~458 \mathrm{m~s^{-1}}} (厳密に)であり、有効数字9桁。質量の定義と、量子力学で使うプランク定数は、{h=6.672~070~15 \times 10^{-34} \mathrm{J\cdot s}} (厳密に)であり、これも、有効数字9桁。こうなると、力学をやる場合、時間の基準を、なんとかする必要がある。時間が定まれば、それから、光速度を使って、長さの基準が定義でき、プランク定数を、用いて、質量の基準も、定義できる」

若菜「それで、学校の試験などでは、どうすれば良いのですか?」

私「有効数字3桁覚えるだけで、大丈夫なんだと思う」

若菜「そういうことですか。{c=299~792~458 \mathrm{m~s^{-1}}} でなく、{c=2.99 \times 10^8 \mathrm{m~s^{-1}}} で、いいんですね」

私「そうだ。私達は、拘っていくが、ここまでやらなくても、普通大丈夫」

麻友「太郎さん、眠いんじゃない。22時23分よ、もう投稿して寝たら?」

私「分かった。今日は、途中までだったが、これで、解散にしよう」

 現在2020年8月29日22時25分である。おしまい。