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2017年10月28日 (土)

さいえんす小ネタ二題

●太陽系外からの使者?

 
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アメリカの移動天体観測システム「パンスターズ」(Pan-STARRS, Panoramic Survey Telescope And Rapid Response System)がなんか凄い物を見つけた。
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仮の名を「A/2017 U1」という。どうやら「太陽系外」から来たらしい。秒速25キロほどで移動しており、「こと座」の方向から来て、太陽重力で急カーブ「ペガスス座」の方向へ抜けるらしい。
 
もし、こと座の主星「ベガ」の星系から来た物だとすれば、30万年を旅してきたであろうという。そして太陽系をカーブ切って横切り、今度はペガススへ。宇宙が持つ距離と時間のスケールに改めて感嘆する。
 
●キログラムの変更
 
「質量1kg」それは元々水1リットルであったと思われる。が、水の密度はコロコロ変わるので、金属製の「コレが1kgじゃ」という塊が作られた。教科書の写真でおなじみ「キログラム原器」である。
 
220pxprototype_kilogram_replica
(wiki)
 
が、密封していても汚れるので重くなる。後年測定器が精密化されるに伴い、この「原器の変動」が無視出来なくなってきた。そこで、「時間」「長さ」の定義の源で、数式上「不変の定数」である光速に基づいた定義に変更されることになった。アインシュタインの相対性理論で導かれる静止エネルギーと質量の関係式E=mc^2を用いて。
 
「ある振動数 ν の光子のエネルギー (E = hν) と等しい静止エネルギーを持つ物体の質量を1キログラム」
 
と、することになった。ここで現在、世界中で調べられているのが「h」……「プランク定数」の正確な見極めである。そして必要な精度でhが求められたため、「キログラム」が「不変の定数の掛け合わせ」(h×νを光束cの自乗で除する)で定義されることがほぼ決まった。
 
人類は少しずつおこがましくもこの世を数式で書き表そうとしている。
 

2017年10月17日 (火)

中性子星の合体

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中二病な響きふんぷんだがノーベル物理学賞の解説にも繋がるのでやる。長いがやるw

この世ありとあらゆる物体は「原子」で出来ている。原子は「原子核」と「電子」で出来ていて、原子核は「陽子」と「中性子」で出来ている。陽子と中性子が幾つ集まっているかでその物質が何か決まる。水素は陽子1コだけ。酸素は陽子8コと中性子8コ。

「中性子星」というのは星まるごと億兆京の中性子だけというシロモノである。大質量の星が生涯を終え、核爆発の圧力よりも重力が大きくなった時、自分で自分を支えきれずに潰れて高温高圧となり「超新星爆発」を起こす。

800pxsupernova1987a

(超新星1987Aの残骸)

この際、元の星の質量によって、完全に潰れて「重力だけの存在」=ブラックホールになるか、そこまで行かず何か「芯」が残るか決まる。その芯が中性子の塊であるものを中性子星という。太陽ほどの質量があるが直径はわずか10キロ、1回転1秒以下という物凄いスピードで自転しており、ビーム状に電波を出すので、自転に合わせて短い周期の電波が届く。というシロモノである。遙か数千光年の彼方から時計のように正確な周期パルスが飛んでくる事から「パルサー」と呼ばれ、当初は地球外生命の証拠かもと騒がれた。

で。

星は2個3個同時に生まれることが多い。太陽のようなぼっち星の方がむしろ少数派である。2個ペアを連星。三個なら三連星と呼ぶ。例えば夜空で最も明るいシリウスは連星だし、お隣星アルファケンタウリは三連星、ふたご座のアルファ星「カストル」は何と六連星である。このため、連星の双方が中性子星に成り果てる、というパターンも当然存在し、そのうちの幾つかは超新星爆発の衝撃や、運動エネルギの放出等でバランスを崩して接近、合体する。表題「中性子星の合体」である。

それで。

太陽を代表に一般に恒星は「水素の原子核反応」により熱と光を放っている。水素の原子核同士が融合してヘリウムになるのである。水素がなくなるとヘリウム同士が反応してリチウムが、以下すいへいりーべぼくのふね…鉄までは星が生きているウチに核反応で作られる。しかし鉄は核反応を起こさないので、「熱と光を放つ」行動は出来なくなる。この結果、核爆発の圧力が重力に負けて超新星爆発に至る。

すると。

人工的な核反応が始められる前に見つかっていた元素はウランまでであるから、鉄からウランまでの各元素は「恒星の通常活動以上の高温高圧」で生成されたと考えられる。その候補が「超新星爆発」であり「中性子星の合体」である。

そして。

今回、重力波望遠鏡「LIGO」と、世界各所の電波や各種光線の望遠鏡の観測により、

・中性子星の合体
・鉄より重い元素の生成

が、確認されたのである。つまり、人類は「この世のありとあらゆるものはどうやって出来ているのか?」という謎の一つを解明したのだ。

ちなみにLIGO(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory )

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は一辺が4キロのトンネルを2本、L字型に配置し、中でレーザ光線を往復させている観測施設である。中性子星の合体のような大きな重力変動が発生すると、空間の構造にゆがみが生じ、波のように宇宙へと広がって行く。この「伝搬するゆがみ」が重力波である。これがLIGOに到達すると、空間が部分的にゆがむので、光が行って帰る時間に変化が生じ、上記L字の片方のレーザがちょっと遅れて届くことになる。これを検出している。LIGOによる重力波の検出は2016年に初めて成功し、2017年ノーベル物理学賞を受賞した。その直後、今度は中性子星の合体という現象の検出に成功した、のである。

…久々に「おお!」と感動したので短歌にしたいが難しいなおい。

2017年9月11日 (月)

原子の見える目が欲しい

製品が故障すると原因を調べるわけだが、最近その中身がややこしい。例えば「銀」。金に準ずる貴金属という扱いで知られるが、電気的にも抵抗が最も低いことからチマチマ登場する。但し電気・化学的振る舞いは金と全く異なる。

銀製品お持ちの方はご存じの通り、表面が黒ずむ。この現象をいろんな人がいろいろに説明して磨きクロスを売っているが、実態は硫黄成分による「硫化」と塩素による「塩化」、大気中の排気ガスなどに含まれるNOx等による「硝化」が複合している。では電気製品においてはどれが優勢でどの程度影響を見るべきか…それはユーザー個々に異なるというのが悩ましいところ。中国の都会みたいな煤煙もうもうは「硝化」だろうし、海岸や人の手が多く触れるなら「塩化」、火山地帯や化学工場なら「硫化」となる。

例えば半導体。謎の経年劣化が報告されている素子がある。無茶な電力は加えていないが数年で壊れる。

すると「定格以下でも劣化するモードがある」と来たもんだ。半導体による「絶縁」は完全な「電流0A」はムリで、なにがしか微小な漏れ電流が存在する。これが絶縁構造を破壊するんだと。加えて、最近は小型化が進んで1つの素子が非常に小さくなっているので「小さな破壊」でも致命的な特性劣化になる。その電流ルートは電子顕微鏡レベルの「半導体素子の出来映え」に左右される。

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(パーコレーションだってbyソニー。パーコー麺じゃないよ)

どっちも原子の電子の挙動を実際に観測できないと根本解決に繋がらない。電子の見える目が欲しい(>_<)

2017年8月28日 (月)

全国学力テスト問題

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平均点の小数点以下を切って県別順位発表。

これさ、「順位を競う」ことに意味あるのかね。「下位」であれば教え方の改善が必要だと言えようし、だったら上位がなぜ上位なのか水平展開すれば全体の水準は上がるじゃんよ。でもそれすっ飛ばして「我が県が上位であるべし」って子供しごいてテスト受けさせるとかバカじゃね?あんたの自尊心のために子供達大事な時間を割いて勉強させるのかい。

肝心なのは「子供の学力を向上させ、進路選択の自由度を上げる」ことじゃないのかね。この手のテストは問題の難易度が広くなっているので、上位圏の子供には時間の無駄でしかない(その時間をさらなる学力向上に振り向けられる)のだよ。いじめ問題といい、いつまで馬鹿大人のエゴで子供達振り回すつもりかね。

教育の質が落ちとる。親御さん各位はどうぞご注意。「先生」という存在と肩書きを信用したらいかん←ひでぇ

2017年2月20日 (月)

ニュートン、落つ

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あーあ。

って、毎月買わなくなって随分になる。最後集中的に買ったのは2011年…目的はお察し。

この雑誌の役割は教科書より上位の科学知識の頒布と、通じた「科学する心」の醸成。最新の知見速報だと思うが。

・読者が一通り知識を持ってしまった
・最新情報はネットで取れる

となると、どうしても弱くなる。「教科書より上位の知識を必要とする新しい読者」すなわち10代が欲しいのだが、親がNewton読んでいた場合、バックナンバーを見せれば終わりなのだ。親が読んでいない場合でもゲームとかアニメとか強力な「敵」が増えてしまった。それらを乗り越えて1000円の雑誌毎月買うか。子供自体減ってるのに。

電子雑誌に特化する、は一つの手だろう。科学知識は最新を早く知り(トレンド)、積み上げから目的を抽出して使うもの(アーカイブ)。手のひらに通知が届き、必要なときにさっと探せる、方が赤い背表紙積み上げておくより使い勝手は良い。ただ、企業経営が成り立つ水準かどうかは話は別だ。学者じゃないが学者水準の知識を取りに来る読者は経営に寄与できる数ではあるまい。

ちなみに「記事の作り方」の点で言うと、いつの頃だったか「最新であることをより明確に示すために2ヶ月先の番号で発行します」とか言い出した当たりから変質と違和感があった。何故か知らないが、取材先の学者や博士の発言を引用し「~と語る」をペタペタ貼り付けたようなものばかりになったのだ。応じて文字数は増えて有意な情報は薄くなる。かみ砕くとか、既存の知見との相違、確からしさの検証など、文字数を割くべき物は他にあったのではないか。

大きな声じゃ言えないが、福島第一の事故などこの雑誌の役目だったのではないか。放射能と放射線の区別も付かぬ一般市民が、東電の御用学者と反政府寄りマスコミの不安を煽る報道のごちゃ混ぜに踊らされた。そこへ「誰でも判る」まとまった1冊があればどんなに良かったか。

音楽と一緒で「今まで知らなかった新しいワクワクをもたらしてくれる」のがこの手の知識雑誌の役割であろう。ならば需要はあるはず。紙でも電子でも、紙が薄くなってもいいではないか。

「月は落ち続けている」とニュートンは見抜いた。「最先端を追い続ける」科学雑誌であれ。捲土重来を待望する。

2017年2月18日 (土)

偏差値という奴

「偏差値に注目して学習をお願いします」

塾の面談で塾長は言った。

偏差値ねぇ。

「正規化された分布において、分布の中心『0』を『50』にスライドしたもの」

The_normal_distributionsvg

(Wiki)

客観的指標、とされるが、色々問題はある。点数自体が低くても、平均値も低ければ偏差値はさほど下がらない。固まると僅かな違いでも偏差値は大きく変わる。

そして何と言っても偏差値はその時点での「過去」でしかない。実際にはみんな勉強するので分布全体が高い方向へ動いて行く。「自分これだけあるから大丈夫」…次の試験で地獄を見る。

・計算問題は毎日の鍛錬。数学と理科の武器
・漢字と英単語はがんがん暗記
・どうしてもイヤ、興味が持てない教科は教科書を良く読み込んで覚える勢いで

来年高校受験という現在中2の諸君。入試は2月が多いから、受験までは1年切ったのだよ。

2017年1月11日 (水)

まるちぷるいんぱくと説

「ジャイアントインパクト説」

月の形成を説明する現下最も「らしい」とされる説である。火星サイズの小惑星が地球にナナメに衝突し、同惑星と地球物質が地球外でまとまって月になった。

・月がだんだん離れて行くこと
・月の地質と地球の地質の相違
・地球の引力の割に月はデカい
・常に地球に同じ面を向けている

この辺をうまく説明できる。比して新説が登場した

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元の論文に曰く「マルチプル・インパクト」(多重衝突)説。微惑星による小さい衝突が生じるたびに破片が周囲に集積し、「輪」となり、「月」にまとまっていった。この方が現在の「月の地質」をうまく説明できるという。

まぁ積分だからね。衝突した微惑星の数と大きさ幾らにでも設定できるわけで。結論は保留。

2016年12月23日 (金)

エントロピーな重力だと?

「ダークマター」というのは恒星質量だけでは説明できない重力現象を説明するために考えられた「謎の重力源」をひっくるめて言う語だ。ブラックホールの他、質量のあるニュートリノ、暗くて見えない星が大量にあるなど、様々なダークマター候補が考えられている。

一方、重力は粒子間に働く他の力(電磁気力・原子核レベルで働く力)と相容れない、ひっくり返して「一つの方程式で全ての力を記述する」という試みに対して大きな壁となっていた。電磁気系とくっつけて書こうとすると、宇宙は「26次元」でなければならないというのだ。

そこまでへんちくりんな構造か?

で、出て来た「異端」理論がこれである。重力はエントロピーのような存在だ。「エントロピック重力」である。

「エントロピー」熱力学の用語。「乱雑さ」とか言われる。秩序は乱れてゆくものという基本原理と性質を意味する。氷が解ける…結晶という秩序ある状態が解放される現象。「森羅万象は混ざり合って中和することを目指す」とした方がわかり良いか。

エントロピック重力理論は、重力もそういう「比較すると力があるように感じられるもの」に過ぎない、とするものだ。確かに、ビッグバン宇宙論に基づく宇宙創成から現在までの流れは、「1個の火の玉」という秩序がバラバラに壊れてゆく流れだ、と捉えられなくもない。これで行くと「ダークマター」のような「見えないけどすごい重力源」というへんちくりんなものを考えなくて済むという。そして今般、大きな重力で光の軌道が捻じ曲がる「重力レンズ」を観測した結果、エントロピック寄りの予測値に良く一致するデータが得られたという。

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ホンマカイナ

2016年10月26日 (水)

2016年ノーベル賞科学三賞について(その3)

●化学賞

「分子マシンの設計・合成」

2つあって。

・パーツである「カテナン」「ロタキサン」の合成
・分子モータの開発

Chemnobel2016_0

出典

フランスのジャンピエール・ソバージュ(Jean-Pierre Sauvage)は、これら分子機械部品の効率の良い合成法を開発し、英国のJ・フレーザー・ストッダート(J Fraser Stoddart)はこの二つの状態を行ったり来たりできる「スイッチ」を開発、オランダのバーナード・フェリンガ(Bernard Feringa)は、紫外線、熱、不斉炭素原子(あ、一発変換した)

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(不斉炭素・Wiki.XYZは座標軸)

で、回転数と向きを制御できる「モータ」を開発、更にコレを一斉に動かすことで、ミリメートルサイズの物体を動かすことに成功している。

・顕微鏡スケールの「機械」を作ることができる(人体内部で作業とか可能になる)
・小さいが極めて高速回転する原動機を生成できる

分子四駆」だそうな。

(この項おわり)

2016年10月25日 (火)

2016年ノーベル賞科学三賞について(その2)

●物理学賞

「トポロジカル相転移と物質のトポロジカル相の理論的発見」

どうやって説明しよう。

トポロジー:平行移動・回転・裏返し・拡大・縮小の範囲で合成できる変換を施しても保たれる図形的性質→要は、そういう変換を施しても式の形は皆一緒、な連中。「球・円」などの性質を研究する

相転移:同じ物が見た目変わること。水の相転移は氷←→水←→水蒸気

で。

D. J. サウレス(David J. Thouless),F. D. M. ホールデン(F. Duncan M. Haldane),J. M. コステリッツ(J. Michael Kosterlitz)の3氏は、超電導体や超流導体,磁性薄膜など特殊な物質の相を研究した。

えーっと、「紙」って横から見ると「線」ですよね。「球」もめっちゃ小さくすると「店」ですわね。彼らはその「紙」の厚みが原子サイズとか、極限状態の物質の振る舞いを理論的に研究したわけですよ。結果「低温で生じた超電導状態が高温では消えて常電導になる相転移」をトポロジーの理論で説明してのけた。これの活用で「量子ホール効果」の説明にも成功した。この結果、理論上、これらを発展させると、「内側部分は電気を通さないのに表面は電子が自由に移動できる導電体のようになった新しい物質状態がありうる」などが分かった。

・極限状態に故意に追い込むことによって新しい性質を持った電子素子を生み出す可能性がある

う~ん。学術的には面白いが、「原子を1列だけズラッと並べた」とか、一般工業に降りてくるのは何十年も先じゃね?こういう分かりづらいのあまり評価しない。

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