こんにちは
原子や太陽系を例にした
小さいものと大きいものがお互い
びっくりするほど遠くても影響しあっている、
という考え方と計算の結果を考察してます。
昨日の話の中で根拠にした考察です。
今日はたまたまエイプリルフールですが、
使ってる数字にダマシはないので、
そこのところはあまり疑わないでください。
分類迷いましたが、まあ趣味ですね。
かなりマニアックな内容なので、
数字に拒否感ある方は
読み飛ばして、明日以降の記事に期待してください。
数字は批判覚悟でわかりやすく、
切りのいい、だいたいの値で考えています。
原子の構造
原子ってわかりますね。
原子核の周りに電子がまわってるやつ。
時代も進み、物質の最小単位は原子よりも、
もっともっと小さい粒子なのですが、
理解しやすい物質の最小単位で
原子という概念は理解しやすいですね。
絵は、一番単純な水素原子のモデルで、
平面図でわかりにくいですが、
電子は、3次元の球の内面が動ける範囲になります。
原子を大雑把に言えば、
原子は、プラスの電気を持つ原子核(陽子)の周りに、
同じ電気の量のマイナスの電気を持つ電子があって、
その構造の違いで元素固有の性格が決まる、
こんなところですね。
化学の授業思い出しましたか？
原子核と電子の距離
ところで、原子核と電子って
どの程度離れているか知っていますか？
原子で上の絵のような、
一番単純な水素原子を考えます。
電子を粒子として考えて、
原子核から一番離れている状態で
電子は原子核の直径の10万倍の半径まで
離れていられるということが知られています。
この距離感がどういうことかというと
原子核直径が1mとすれば、
電子は100kmくらい先までの範囲を動き回れる。
にわかには信じられないですが、
過去の天才たちが導く、
人類の英知を結集したその結果の数値ですので
信じることにしましょう。
もっと感覚的にわかりやすく範囲だけを考えると、
東京駅内の畳半分くらいのスペースを原子核(+)に例えると、
このエリアが大体直径1mくらいになるので、
電子(ー)の動ける半径100㎞先までは、
関東の県庁所在地全部から富士山頂まで届く範囲内にあたります。
地図の範囲内。
次に大きさの比較では、
原子を粒子と考えると、
大きさは原子核の1/1000ともいわれています。
原子核が1mとすれば原子は1㎜です。
4歳児の男の子の平均身長が1mくらいなので、
この子をたかし君として
たかし君が原子核とすれば
原子は米粒が1/4くらいに砕けたより小さいくらい。
話を大きさと範囲でまとめるて、
原子の構造を例えれば、
東京駅にいるたかし君と、
富士山から銚子の先までの範囲の球体の中で、
米粒より小さい粒がお互いに引き合って影響しあっている
という感じになります。
太陽系の距離感
話変わって、宇宙の距離感を考えます。
地球と太陽
まずは、判りやすく太陽系(太陽と地球)の位置関係を考えます。
距離感は、太陽直径を1mまで小さくすると、
地球は太陽直径の100倍ちょっと離れているので、
東京駅中央口から100m、
丸ビルの皇居側の道までを半径とした範囲程度。
地球の大きさは太陽の1/100くらいなので、
太陽と地球を、先ほどのたかし君と何かの玉に例えると、
地球は米粒より大きい直径1㎝のパチンコ玉くらい。
範囲と大きさを要約すると
パチンコ玉(地球)が、
4歳児のたかし君(太陽)から100mの周りをまわっていて、
45億年間ずっと続いているという感じ。
これが地球と太陽の動きの関係。
太陽系の果て(一番外側)
太陽系とみなせる一番外側までの距離は
太陽の直径の4万倍くらいと言われています。
これは電気ではなく、
重力が働いていて飛び散らない範囲。
地球と太陽の距離が
太陽の直径の100倍(100m)くらいといういうのは
太陽系の中ではかなり近い距離ということです。
広がりすぎた話をまとめに入ります。
原子と太陽系の比較
原子と太陽系を比較すると、
かなり大雑把にいえば、
中心から力の及ぶ範囲は太陽系の4万倍、
電子-原子核の10万倍の距離と比較しても、
宇宙の距離感では通常10の何乗という基準で考えるので、
広範囲さは同レベルという気がします。
大きさの関係を考えると、
原子核と電子の大きさ比は1/1000。
太陽の1/1000の大きさに対応する天体は、
月の半分くらいの大きさ。
太陽系内にこの大きさにあたる小惑星は無数に存在するので、
原子核と電子の関係に相当する、
太陽と小惑星の関係は無数にあると思われます。
太陽系のように大きくても、
原子のように小さくても
こういった距離や大きさの共通点があることを考えると、
想像がつかない範囲で、
想像できないような小ささでも影響があるのは
自然の摂理なのか、
と思ってもいいのかもしれないですね。
補足
少し細かい話になりますが、太陽の周りを地球が周っているのと、
原子核の周りに電子があるということを
日本語では軌道という言葉で表してますが、
英語では厳密に別な言葉を使っています。
地球の軌道はorbitで、実際に地球が動いている軌跡を示しています。
地図上の丸枠といった2次元のイメージ。
電子の場合はorbital。これは電子が実際には雲状に確率的に分布しているので、
その雲の境界を含む中全体を示しています。
たかし君を中心とした、富士山、銚子、南関東から北関東の半分をふくむ
球状の範囲内すべてというイメージです。
orbit、 orbitalどちらも辞書で確認すると同じ軌道。でも意味合いが違います。
日本語のあいまいさは好きなのですが、自然科学では理解が変わってしまうので、
英語の表記の確認は必要ですね。
