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2021年12月30日
カテゴリ：「今日の計量計測情報ニュース」
質量の起源の究明と質量計測の取回しの実際
Investigation of the origin of mass and the actual handling of mass measurement 重力とは 重力の単位 地球の重力値 重力の作用 重さとは正しくは質量のことであり、質量の単位はキログラムで記号はkgだ。質量が既知の分銅を用いてヤジロベエの形式をしたハカリを使えば重力値は事実上まえもって補正されている。 質量の起源の究明と質量計測の取回しの実際  ピーター・ウェア・ヒッグス ピーター・ウェア・ヒッグス（Peter Ware Higgs, 1929年5月29日- ）は、イギリスの理論物理学者。エディンバラ大学名誉教授。2013年ノーベル物理学賞受賞。ニューカッスル地方エルズウィック生まれ。父はイングランド出身の音響技術者でBBCに勤務。母はスコットランド出身。幼少期は小児喘息と第二次世界大戦の影響で小学校へ通えず、母を家庭教師に在宅学習を行った。その後、ブリストルのコヘン・グラマースクールへ進学し、同校の卒業生であるポール・ディラックの業績に影響を受ける。シティー・オブ・ロンドンスクールに1年間在籍した後、キングス・カレッジ・ロンドンへ進学し1950年に理学士（第1等物理学専攻）、1951年に理学修士、1954年にPh.D.を取得した（指導教授はチャールズ・クールソン教授）。1955年から1956年までエディンバラ大学上席研究フェロー、1956年から1957年までユニヴァーシティ・カレッジ・ロンドン研究フェロー、1957年から1958年までインペリアル・カレッジ・ロンドン研究フェロー、ユニヴァーシティ・カレッジ・ロンドン数学科講師（1959年 - 1960年）、1960年にエディンバラ大学テイト研究所数理物理学講座講師に就任。1970年にエディンバラ大学上席講師、1974年にエディンバラ王立協会会員、1980年にエディンバラ大学理論物理学講座教授に就任。1983年に王立協会会員、1991年に英国物理学会フェローに就任。1996年にエディンバラ大学を定年退職し名誉教授の称号を得る。1998年キングス・カレッジ・ロンドンフェロー、1999年英国物理学会名誉フェロー、2013年王立スコットランド学士院フェローに就任。 （タイトル） 質量の起源の究明と質量計測の取回しの実際 （本文） ヒッグス粒子とみられる新しいボゾンがみつかった 2012年7月4日、ヒッグス粒子とみられる新しいボゾンがみつかった。物質に質量をもたらす起源とされるのがヒッグス粒子である。世界の素粒子物理学者たちが待ち望んでいた物質の発見である。ピーター・ヒッグス博士とフランソワ・アングレール博士は、ヒッグス粒子の存在を予言していた。宇宙に存在すると考えられる物質やエネルギーのうち標準理論で説明できるのは5％であり、理論体系では「重力とは何か」を説明することができなあった。重力を発見したニュートン、そしてその理論を発展させたアインシュタインの物理学と量子の世界の統合が課題となる。 ヒッグス粒子とみられる新しいボゾンがみつかった 万物の質量の起源とされるヒッグス粒子だ。ヒッグス粒子で生まれる質量は物質全体の2%にすぎない。物質を分子、原子、原子核、陽子や中性子と細かく分割していくと、最後にはクォークと呼ぶ素粒子にいきつく。6種類あるクォークはビッグバンの直後に光の速さで飛び回っていた。宇宙が冷えるとクォークにブレーキをかける力が生じ質量がうまれた。これはヒッグス粒子の働きによる。 光の速さで動いていた素粒子はヒッグス粒子と衝突して抵抗を受けるようになった この動きにくさが質量として観測される 物質の原子核を構成する陽子や中性子はクォークが3つ結びついている。陽子はアップクォークが2個とダウンクォークが1個、中性子はダウンクォーク2個とアップクォーク1個でできている。しかしクォーク3個分の質量は陽子や中性子の質量のわずか2%にしかならない。ほかにも質量を生み出す仕組みが必要になる。南部陽一郎がそれを説明する。質量は粒子の動きにくさで説明される。ヒッグス粒子は宇宙誕生のおりに水蒸気のように真空を満たしていた。それが1000億分の1秒後に相転移と呼ぶ現象水や氷のような状態に変化した。光の速さで動いていた素粒子はヒッグス粒子と衝突して抵抗を受けるようになった。この動きにくさが質量として観測される。 光より速い粒子があったらアインシュタインの理論の仮定が変更されるので論理は成り立たない タイムマシンが可能になるというのは短絡的 話が跳躍する。ニュートリノが光より速く走れたらどうなるか。この実験結果が正しいと、タイムマシンが可能になるというのは短絡的。アインシュタインの特殊相対論が正しくて、しかも光より速い粒子があったとしたら、その粒子は過去に行って戻ってくることができる。タイムマシンが可能になるのはこのことが前提である。光より速い粒子があったらアインシュタインの理論の仮定が変更されるので論理は成り立たない。タイムマシンができないのは物理学の基礎である因果律による。これはアインシュタインの理論の仮定よりも基本的なものだ。これが成り立たなければアインシュタイン理論どころではない。私たちの空間は３次元のように感じるが実際には高次元の空間があって、私たちの３次元はそのなかに膜のように浮いているとする。この場合には、ニュートリノが高次元を近道して、光を追い越すような設定を考えることもできます。高次元ではアインシュタインの理論が成り立っていても、３次元の膜の上からはニュートリノが光より速く移動しているように見える。このような設定では、ニュートリノは光より速く走れても過去に行って戻ってくることはできない。 普遍的な科学は応用につながる 普遍的な法則は科学としての価値が大きい 普遍的な法則は科学としての価値が大きい。多くの科学の説明に普遍的な科学が使われるから価値がある。普遍的な科学は応用につながる。アンリ・ポアンカレがこのように述べている。ポアンカレはフランスの数学者、理論物理学者、科学哲学者であり重要な基本原理の確立による功績がある。 光速より十分遅い物体の運動についてはニュートンの運動法則は十分に正しい 物理学の確立した理論は拡張されることはあっても覆ることはない。物理学は古い家を改装しながら大きな家にしていくというように進歩する。ニュートンの力学はアインシュタインの特殊相対論に取って代わられたという言い方がなされることがある。ニュートンの力学が間違っていたというのではない。光速より十分遅い物体の運動についてはニュートンの運動法則は十分に正しい。 確立した理論はその領域では機能する その領域での法則が変更されることはない 量子力学と一般相対論を統一する理論の候補である超弦理論では、高エネルギー実験でアインシュタインの相対論が変更を受けると考えられている。一般に物理学の理論にはそれが適応される領域というものがある。確立した理論はその領域では機能する。その領域での法則が変更されることはない。ある理論が新しい理論によって乗り越えられるというのは、より広い領域に当てはまる理論になるということなのだ。理論が拡張されることで私たちの自然に対する考えかたが革命的な変更を受ける。アインシュタインの特殊相対論は私たちの時間や空間に対する考えかたを大きく変えた。 重力とは 空中で物を離すと、その物体は下へ落ちる。物体に重力が働いているからだ。 「引力のため下に落ちる」という言い方をするが、実際には地球は自転しているので地球上の物体は引力だけでなく、遠心力の作用をも受けている。 この二つの力、「引力」と「遠心力」を合わせた力を「重力」という。 重力には、「大きさ」と「方向」がある「。 重力の方向は、物が落ちる方向、つまり下向きである。 重力の大きさは、加速度の大きさで表す。一般的に、重力による加速度（重力加速度）を単に重力という。  引力と遠心力を合わせた力が重力である。 遠心力は、赤道上が最大で、両極ではゼロになる。遠心力の影響は、引力に比べて約1/300と非常に小さいため、普通の暮らしでは人は意識することがない。 重力の単位 重力による加速度を単に重力ということが多く、「ｇ」という記号で表す。 加速度の単位は一般的に「ｍ／秒２」であるが、重力の場合は落体の法則を発見した「ガリレオ・ガリレイ（1564～1642）」にちなんでＧａｌ（ガル）という単位であらわす。 １ Ｇａｌ ＝ １ ｃｍ／秒２ １ ｍＧａｌ ＝ １０－３ Ｇａｌ １ μＧａｌ ＝ １０－３ ｍＧａｌ ＝ １０－６ Ｇａｌ 単位の「ｍＧａｌ」「μＧａｌ」は、それぞれ「ミリガル」「マイクロガル」と読む。 地球の重力値 地球上の重力値は約９８０Ｇａｌで、赤道上と極では、遠心力の影響で約０．５％の差がある。例えば、北極で５０ｋｇだった人が、赤道上で体重を量ると、５０ｋｇの約０．５％、２５０ｇ減ったように量られる。ハカリはバネの伸び縮みを利用する機構のものを調整なし使った場合である。 人の体重の場合には、喜ぶ人もいるかもしれないが、物が「金」の場合だったら大きな損をすることになる。このように物の重さを量る場合には、場所による重力の違いを補正して、地球上のどこでも同じ重さが量られるようにする社会的な仕組みをつくっている。重さとは正しくは質量のことであり、質量の単位はキログラムで記号はkgだ。質量が既知の分銅を用いてヤジロベエの形式をしたハカリを使えば重力値は事実上まえもって補正されている。  北極で50kgだった人は赤道上で体重を計ると250ｇ減ったように見える。  北極で50万ドルの金を購入し、赤道上で売ると2500ドル損をする。 重力は高さによっても違い、１ｍ高い場所（地球の重心から離れた場所）では約０．０００３Ｇａｌ重力が小さくなる。 重力の役割社会活動における重力の役割 質量、力、トルク圧力といった物理量の計測は、その場所の重力の影響を受ける。 正確な物理量の測定にはその場所の重力値があらかじめわかっていることが必要だ。 このほか、ある観測点の標準的な重力値からのずれを測定することで地下の質量構造を推定できることから、重力値は断層構造や地下資源の存在の推定などに利用される。 位置の基準としての重力の役割 測量法第十一条には、「一 位置は、地理学的経緯度及び平均海面からの高さで表示する。」の記載がある。 ＧＮＳＳ測量でわかるのは、準拠楕円体からの高さである楕円体高のみだ。 これを平均海面からの高さに直すためには、平均海面（＝ジオイド）と準拠楕円体との位置関係の情報、すなわち、ジオイド高が必要となる。ジオイド高は重力のデータを積分して計算することができる。 任意の地点の重力推定値を求める 2021-12-30-lnvestigation-of-the-origin-of-mass-and-the-actual-handling-of-mass-measurement- お気に入りの記事を「いいね！」で応援しよう
最終更新日
2021年12月30日 16時00分04秒
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