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真空を化学的に語る思考実験!! @ [化学板]


真空を化学的に語る思考実験!! @ [化学板]
1: あるケミストさん 投稿日:2011/06/20(月) 19:20:56.64
原子は一個もありません。
語れるか?w
2: あるケミストさん 投稿日:2011/06/20(月) 21:55:37.27
良スレの悪寒
3: あるケミストさん 投稿日:2011/06/20(月) 23:21:21.09
真空ポンプは甘え
真空 (Wikipedia) 真空(しんくう、英語:vacuum)は、物理学の概念で、圧力が大気圧より低い空間状態のこと。意味的には、古典論と量子論で大きく異なる。
(中略)
古典論における真空
古典論において、真空は「何も無い状態」である。実用的には次の二つに大別される。
*絶対真空:物質・圧力が 0 の仮想的状態。
*負圧:標準大気圧より圧力が低い状態。JIS によって圧力の段階ごとに区分されている。

量子論における真空
量子論における真空は、決して「何もない」状態ではない。例えば常に電子と陽電子の仮想粒子としての対生成や対消滅が起きている。[1]
ポール・ディラックは、真空を負エネルギーを持つ電子がぎっしりと詰まった状態(ディラックの海)と考えていたが[2] 、後の物理学者により、この概念(空孔理論)は拡張、解釈の見直しが行われている。
7: あるケミストさん 投稿日:2011/06/21(火) 20:11:57.85
真空度ってなんだよ

真空だぞ?何もないから真空。

真空に度合いなんていらない。
8: あるケミストさん 投稿日:2011/06/22(水) 00:25:00.01
原子核と電子の間は真空なのか?
9: あるケミストさん 投稿日:2011/06/22(水) 15:02:18.28
>>8
化学的には○物理的には×
10: 忍法帖【Lv=6,xxxP】 投稿日:2011/06/22(水) 19:00:29.20
これは良さげなスレだ。
>>9 kwsk
11: あるケミストさん 投稿日:2011/06/22(水) 19:40:03.55
>>10
電場があると真空扱いされないんでしたっけ。

場も何もなくエネルギーの揺らぎだけがあるところが真空でしたっけ
管理人より:よく量子力学の分野なんかで「ゆらぎ」という表現が出てくるんですが、これはなんらかの「量」が一定してない、変動している、平衡状態にない、ということだそうです。
15: 9 投稿日:2011/06/24(金) 19:29:09.68
>>9 の発言で
いきなり物理スレみたいな流れになってスレの方向が違ってきている...

物理学の立場で見れば、余所からα粒子とかβ粒子等、質量有りの粒子が存在する状況は真空とは言えない。
質量無しの場しか存在しないのは本当の真空かも。あくまでもユートピアだが。


化学的には○という基準ってこのスレでは基準はどれくらいだろうか?
管理人より:「アルファ粒子」とはヘリウム4の原子核、この粒子の流れが放射線の一種であるアルファ線だそうです。
ベータ粒子」…原子核がベータ崩壊するときに発生する電子、または陽電子のこと。ベータ線=「負電荷を持った電子の流れ」だそうです。
管理人はもちろん意味がわかりません。
12: あるケミストさん 投稿日:2011/06/22(水) 22:01:36.92
面白いスレになりそう
13: あるケミストさん 投稿日:2011/06/22(水) 23:46:38.66
原子がなくても電波があるじゃない
14: あるケミストさん 投稿日:2011/06/23(木) 18:10:49.19
重力場もダメなのか

だったら小さい容器で高真空ってのもイカサマだな
16: 9 投稿日:2011/06/24(金) 19:35:31.08
>>1
の発言が甘すぎたのかな?
でも化学的な真空のことなら、ある程度1に語らせて情報をgetしたほうが得だとは思うのだが。
17: あるケミストさん 投稿日:2011/06/24(金) 21:29:20.65
>>1
が原子が1つもない、と言ってるけど、物理学はさておき化学屋が語るとしたら、粒子なしって意外に必要な条件はなんだ?
18: あるケミストさん 投稿日:2011/06/25(土) 00:36:58.20
化学というより工学基準だが、JIS基準において超高真空というのは (10^-5)Pa未満、と定められているらしい。
高度 250km 付近の大気濃度相当らしいw
19: あるケミストさん 投稿日:2011/06/25(土) 00:52:39.00
つまり >>1 の定義が曖昧すぎるということかな
20: あるケミストさん 投稿日:2011/06/25(土) 02:28:57.64
蒸留できれば厳密には真空じゃなくても構わない
21: 1 忍法帖【Lv=40,xxxPT】 投稿日:2011/06/25(土) 15:13:39.27
だめ。
このスレでは原子が全くない状態を真空とします
22: あるケミストさん 投稿日:2011/06/25(土) 15:23:13.41
原子がなくなったら、それは化学じゃないんじゃないの?
23: 1 忍法帖【Lv=40,xxxPT】 投稿日:2011/06/25(土) 15:36:48.66
>>22
ではやはり語れないということになっちゃいますね・・
24: あるケミストさん 投稿日:2011/06/25(土) 16:20:40.16
>>23
お前が「物質を扱わない化学」を定義できれば語れるぞ
25: 1 忍法帖【Lv=40,xxxPT】 投稿日:2011/06/25(土) 16:43:24.74
>>24
それは皆さんの仕事です。
27: あるケミストさん 投稿日:2011/06/25(土) 17:31:13.86
>>25
お前が語ろうって言いだしたんだからどうにかしろ
28: あるケミストさん 投稿日:2011/06/25(土) 18:12:21.54
真空と接してる固体の表面化学は真空それ自体の化学ではないと?
29: 1 忍法帖【Lv=40,xxxPT】 投稿日:2011/06/25(土) 18:16:40.51
>>27
仕方ないな
くるくる回転するか
30: あるケミストさん 投稿日:2011/06/26(日) 02:09:02.47
素粒子って化学っぽいよな。
物理は嫌いだけど素粒子論の所だけ好きって奴は多そうだ
32: あるケミストさん 投稿日:2011/06/27(月) 19:42:34.96
>>30
もっと理論まで深く学べば?
31: あるケミストさん 投稿日:2011/06/27(月) 19:20:29.69
反物質と普通の物質が常に対消滅?して真空になってるって聞いたことあるような、ないような
対消滅 (Wikipedia) 対消滅(ついしょうめつ、annihilation)は、粒子と反粒子が衝突し、エネルギーを他の粒子に変換される現象である。対生成の逆。
34: あるケミストさん 投稿日:2011/06/27(月) 20:10:22.64
むしろ完全な真空つくったら、エネルギーのゆらぎから何かしら生成されないの?
とか言ってみる
35: あるケミストさん 投稿日:2011/06/28(火) 04:14:07.58
噂のダークマターってやつ?

謎です
37: 1 忍法帖【Lv=40,xxxPT】 投稿日:2011/06/28(火) 21:12:36.14
>>34
真空の揺らぎですね、でも発生シテいるのは仮想粒子だったはず
管理人より:Wikipediaの「無」という記事にこうあります。
古典物理学において、物理的に何も無い空間を真空と呼び、真空は完全な無であると考えられてきたが、現代物理学においては、真空のゆらぎによって、何も無いはずの真空から電子と陽電子のペアが、突然出現することが認められている。このことによって、現代物理学では完全な無(絶対無)というものは物理的に存在しないとされている。
っほー!!なんで?なんでそうなるのっ!?(欽ちゃん走りしながら
38: あるケミストさん 投稿日:2011/06/28(火) 21:51:46.13
ポジトロニウムは原子のようであり、物質とも反物質とも言えない、真空の一形態である。
ポジトロニウム (Wikipedia) ポジトロニウム (positronium) とは、電子と陽電子が電気的に束縛され対になった、一種の原子(エキゾチック原子)である。元素記号としてPsと記される。古典力学的な原子模型でいうと、電子と陽電子が共通重心を中心としてお互いを回っているということになる。物質中に陽電子を照射した場合、物質中の電子と陽電子は通常、対消滅してγ線を放出するが、絶縁体中ではかなりの割合で準安定状態としてポジトロニウムを形成する。
管理人より:つまり原子核がない特殊な粒子、ということなんでしょうか。
39: あるケミストさん 投稿日:2011/06/29(水) 00:06:45.58
そもそも宇宙の始まり以前は、ここで言う真空に当てはまるんじゃ
ということは宇宙の始まり以前も、いわゆる「無」にも人間の言う仮想粒子が存在していると言えるのか?

こりゃおもしれえ
40: あるケミストさん 投稿日:2011/06/29(水) 00:08:37.96
面白そうなスレだな、真剣に議論してみたい

高エネルギーな真空のゆらぎを、全て対生成により生じた電子と陽電子からなるポジトロニウム(電子と陽電子が互いに周回)に置換すれば物質とみなせるから化学的に扱えそう
記憶が正しければ、ポジトロニウムの半減期は下手な人工元素より全然長いし、エキゾチックとは言えども化学反応を考えることも可能、元素記号もPsと定められている

ただ問題なのは正物質と反物質が等モルずつあるんで、色々反応しても結局対消滅してしまうこと
それを回避するためには、CP対称性の破れから反物質の寿命が短いことを利用して正物質が生き残ることを示せばいい


ただこうすると現代の素粒子論になって面白くもなんともない
このスレの趣旨からいっても、高エネルギーな真空をPsの集合と見なして、Psの物性、ついでPsの各種反応機構を取り扱うのはどうだろう
これなら十分に化学的考察を加えられると思う
管理人より:うわ、専門用語いっぱい出てキタ━━━━(゚∀゚)━━━━!!

対生成」…「高いエネルギーを持った光子が原子核などに衝突したときに、粒子と反粒子が生成される自然現象のこと。」

陽電子」…電子はマイナスの電荷を持ってますが、こちらはプラスの電荷を持った電子。

CP対称性の破れ」…なんのこっちゃよくわかりませんが、管理人が理解してる範囲では、物質を構成する素粒子は電子&陽電子、のように対になる粒子があって、互いに変換可能だということですね。
そしてその変換のことを「CP変換」といい、「強い力」「電磁気力」などではこのCP対称性は不変だと考えられているが、「弱い力(素粒子間の結合などの力)」ではしばしばこの対称性が見られない場合がある、ということのようです。(間違ってたらご指摘プリーズ!)

こちらなどがわかりやすい…?のかなぁ…?→CP対称性の破れの起源の解明(東京大学公式サイト)
42: あるケミストさん 投稿日:2011/06/29(水) 00:38:04.72
ためしに、手頃で基本的な反応式をつくってみるか
Psのイオン化エネルギーは6.8eVだから

e- + e+ → Ps
e- + e+ = Ps + 6.8 eV


真空におけるPsの生成を化学反応式と熱化学方程式で表現したもの
43: あるケミストさん 投稿日:2011/06/29(水) 00:56:32.90
Psがイオン化するって奇妙だな
陽イオンなのか陰イオンなのか
はたまた俺の理解をこえたイオンなのか

有機化学屋なので物理っぽいのわからん
44: あるケミストさん 投稿日:2011/06/29(水) 01:18:45.84
>>43
イオン化エネルギーの別の言い方をすれば、この場合は無限に離れて対生成したe-とe+がクーロン力で引き合ってPsを形成する時に放出するEnと考えたほうが自然かも

ただ今後は化学的に取り扱いたいので、イオンとして考えると…
e-を取ったら、つまり酸化したら残るのはe+なんで陽イオンとしていいかな
ポジトロカチオン?ポジトロニウムイオン?
Ps+ = e+ こう書くと H+ = p+ みたいで意外と違和感ないな


せっかくだから酸化還元反応としてまとめる
Ps → Ps+ + e- 酸化反応
類推から還元反応も定義して…
Ps → PS- + e+ 還元反応
管理人より:酸化=電子を奪われること。こちらのスレでは酸素と塩素が電子を奪いあって、まるで昼メロのようです。合わせて読みたい?
45: あるケミストさん 投稿日:2011/06/29(水) 01:27:55.66
しかしこれではPsをバラしてるだけで実質的には意味ないな…
たとえばこんなイオンできるのかなぁ…ご意見募集中

Ps + e- → ?
Ps + e+ → ?


この辺の議論がまとまったらPsの分子とか議論できそう

でも真空中だとほかの原子ないから化合物は無理なのか…あまりにもさみしいなあ
Psから原子核合成(核ないけど)して他の(少なくともエキゾチックな)原子が生成できれば話も広がるなぁ
46: あるケミストさん 投稿日:2011/06/29(水) 01:34:09.06
μ粒子とτ粒子も反粒子持つから同じように組み入れるのもよさそうだ
Psみたいなものが実際に存在するかが問題だが、存在すると仮定して話しても別に構わないだろう
47: あるケミストさん 投稿日:2011/06/29(水) 04:29:27.38
話が高度すぎて、わからないけど、読んでるとわくわくする!

Psって、どんな風に重力が働くんだろう?
50: あるケミストさん 投稿日:2011/06/29(水) 22:55:34.34
>>47
電子も陽電子も軽いからね、水素なんかより全然桁違いに軽いはずだけど
51: あるケミストさん 投稿日:2011/06/29(水) 23:49:16.25
wikiのEnglishにあたってみたら、Ps2分子と水素化化合物PsHが実在することが判明
52: 1 忍法帖【Lv=40,xxxPT】 投稿日:2011/06/30(木) 01:14:13.71
でもPsがある時点で真空ではないです。
真空のエネルギーは基本0(揺らぎは除く)
Psはトータル正のエネルギーをもってます。


まあでも話しは面白いから続けてください。
53: あるケミストさん 投稿日:2011/06/30(木) 01:27:18.47
Ps2分子なんていつ対消滅するかビクビクでんがな
エネルギー揺らいでるなら0近傍で、+-うろうろしてるということでは?
+になったときPs発生と考えたらどうなんでしょう

馬鹿なこと言ってたらすんません
54: 1 忍法帖【Lv=40,xxxPT】 投稿日:2011/06/30(木) 01:43:03.09
>>53
Ps、ポジトロニウムの構成要素電子と陽電子はともに、正の質量をもつので全体のエネルギーが+になります。
ですから真空にはならないかと・・・


馬鹿なこと・・・とか言いっこなしよ^^
55: あるケミストさん 投稿日:2011/06/30(木) 03:01:12.72
Psが、トータルで正のエネルギーを持つなら、-Ps みたいなトータルで負のエネルギーをもつ、ポジトロニウムもあればいいなぁ。
56: 1 忍法帖【Lv=40,xxxPT】 投稿日:2011/06/30(木) 19:56:10.06
>>55
無いようです。
電子も陽電子も正のエネルギーなので・・・
負のエネルギーは正のエネルギーに埋め尽くされているというのが、もっぱらの考え方です(ディラックの海。あくまでもそういう解釈手段)


反物質は正のエネルギー
第5章 ディラックの海 (なにはさておき量子論) ポール・ディラックいずれにしても、「真空」は、エネルギーが最も小さい状態であることに代わりはない。「エネルギーが最小の空間」=「エネルギーがゼロの空間」である。誰にも異論はないだろう。
ところが、ディラックは妙なことを主張した。

なぜ、エネルギーゼロの空間が最低エネルギーなのか? もし負のエネルギーがあればそちらの方が小さいではないか?
詭弁に聞こえる?しかし、思いだしてほしい。ディラック方程式を解くと、そこに、負エネルギーの電子が登場したのである。負のエネルギーは、当然ゼロより小さいエネルギーである。
(中略)
まとめる。負エネルギーの状態に電子がぎっしりつまっていて、これ以上負エネルギーの電子が生まれる余地のない空間、それが真空である。そしてそのような空間を「ディラックの海」という。
57: あるケミストさん 投稿日:2011/06/30(木) 22:24:01.87
エキゾチック物質とやらは?
質量負ならエネルギー負になりそ


知らんけど
管理人より:「エキゾチック物質」…本来の物質の性質からほんのちょっぴり外れた性質を持つ物質のこと。例えば仮想上の粒子としての「負の質量を持つ粒子」や「暗黒物質」など。
58: あるケミストさん 投稿日:2011/07/01(金) 00:10:59.58
>>56
私よりも素粒子論に詳しそうなので聞きたいんだが、質量をもたらすヒッグス粒子あるいはヒッグス機構というのは、CP対称性の破れについで、真空の相転移に伴なってヒッグス場の真空期待値が発生し、各粒子に対してヒッグス粒子が衝突することよる動きにくさ、だが、ここでは単に真空に関して議論しているので、CP対称性の破れ以後の相転移した真空に関しては想定してないつもり
つまり、対生成により生じた過渡的なe-とe+からきわめて極限的にPsが生成した、として議論しているので系全体のエネルギーは0であると考えてます
(そもそも質量が発生していないので当然E=cm^2もナンセンス)

このような前提であれば、真空とPsはこのスレの趣旨としてもほぼ同等として扱えると思います
ぜひ、ご意見を伺いたい

ここで気づいたんだが、ここまでくれば、p+陽子とp-反陽子とか中性子nと反中性子n'とか使えば化合物もありかな
どうせ対生成するし、極限的な状態で化学反応が生じてると考えても差支えないだろ
そうなってくるとp+とe-で水素作りp-とe+で反水素作っとけば全体としては真空にはなるか
なんでもありになってしまうww
管理人より:「相転移」…「ある系の相 (Phase) が別の相へ変わることを指す。」とかWikipediaもわけわからんこと書いてますが、要は気体が液体に変わったり、固体になったりというのは相転移の一種らしいです。ここでは真空がエネルギー的になんらかの状態変化を起こすこと、ということでしょう。
59: 1 忍法帖【Lv=40,xxxPT】 投稿日:2011/07/03(日) 20:49:34.29
>>58
そんなに詳しくは無いです。

でもポジトロニウムは正の質量をもった電子と陽電子のペアを指すので、正のエネルギーを持ってると思います。
対生成自体γ線などの高エネルギー光子が素となって生じる事ですので、正のエネルギーがあると思います。

真空の揺らぎで生じるのは仮想粒子で確かに全体としては0エネルギーですが。
これはあくまで対生成とは意味合いが違ったはずです。


反物質はあくまでも通常の正エネルギーをもった物質です。
ですから水素-反水素ペアであってもそれは正のエネルギーを持っていると言えます。

>>58さんの真意を読み間違っていたらスイマセン。
63: あるケミストさん 投稿日:2011/07/05(火) 23:01:13.69
>>59
無論、『一般には』Psや正物質や反物質は正の質量をもち、正のエネルギーを持つ
しかし、質量を持つためには、真空が相転移し、ヒッグス粒子が生成していなくてはならない
こういった状況で議論してしまうとスレの趣旨である真空ではなく、真空の相転移後の空間に対しての議論になってしまう


そこでこれを回避するためにつじつま合わせとして、次のように『形式的な』仮定をしてみる

対生成した仮想粒子からPsが過渡的に生成した

このような特殊な(というか恣意的な)仮定の下では、明らかに真空の相転移は生じていない
つまり、Psは質量は持っていないし、エネルギーも持たない状況だと考えられる
従って真空という概念を例えば、Psといったような粒子で置き換えができるのではと考えた


もちろんこれは単なる思考実験であって、現実的な問題として可能かどうかは全くの別問題
ここではスレの本旨にできる限り議論を沿わせるためにこういった形式的な定義を試みただけ

これで意図を分かってもらえたら幸い
管理人より:「ヒッグス粒子」…素粒子が質量を持つことの理由付けのために発見を予言されている仮想上の粒子。質量を伝達する仮想の粒子…とか言えばいいんでしょうか。なかなか有望な実験結果があるらしく、近々存在が確認される模様。
64: 1 忍法帖【Lv=40,xxxPT】 投稿日:2011/07/10(日) 21:26:03.76
>>63
質量の内98%がヒッグスとは別の機構で生じるそうです。
さらに仮に質量をもっていなくてもエネルギーはあるはずです。
光子はそれに該当します。
光子はエネルギーはもちますが質量をもちません。


この辺を考慮するとどうでしょうか
61: あるケミストさん 投稿日:2011/07/05(火) 06:54:34.65
真空ってどうして、何もないのに、存在してるんだろう?
66: あるケミストさん 投稿日:2011/07/20(水) 11:16:15.88
ホーキング輻射は真空のゆらぎから対生成した粒子が、ブラックホールからエネルギーを持ち出す現象である。
放出された粒子は正のエネルギーを持ち、ブラックホールに落ち込んだ粒子は、負のエネルギーを持つことになる。
管理人より:「ホーキング放射」…ブラックホールから吹き出すエネルギーの放射のこと。
68: あるケミストさん 投稿日:2011/11/19(土) 16:06:47.52
無が在る無が無い
69: あるケミストさん 投稿日:2012/02/07(火) 21:14:49.46
真空って言うのは電荷もない状態?
73: あるケミストさん 投稿日:2012/04/09(月) 16:42:37.59
物質の中にも真空がある。
原子と原子の間は真空だが、物によっては強力な電場があったりして物性に影響する。
そこで化学的性質以外に物質内真空を目的とする分子設計が考えられるのではないか?

うまくいけば結晶内の電場で粒子加速を行う結晶加速器とか常温核融合を行う分子核融合炉とか作れるかも。
さらにカシミール効果を利用して負エネルギー真空を造り出すエキゾチック物質ができればタイムマシンも。(無理っぽいな)
管理人より:「カシミール効果」…ものすごい近距離で2枚の金属片を近接させると、互いに引きあう現象を「静的カシミール効果」、金属片を振動させると光子が生じる現象を「動的カシミール効果」と呼ぶそうです。ふしぎ!!
81: あるケミストさん 投稿日:2014/04/12(土) 23:45:23.73
やはり化学で真空は語れないのか
26: あるケミストさん 投稿日:2011/06/25(土) 17:11:00.12
おいおい化学っていう学問がそもそも、物質の構造やら性質やら探求するもんなのに、物質を扱わない化学ってかっけえな。

もし確立できたら先駆者だぜおまいら!

化学板は住人がユーモアのセンスをふんだんに持ちあわせていて、いっつもネタスレ・クソスレをまとめてるせいか、「化学板の住人=ちょっと化学に詳しいVIPPER」くらいの認識でしたが、さすが学問板ですねー。たまにはまじめな化学スレもおもしろいもんです。
当サイトには、化学板にもちゃんと化学っぽいスレも立ってますやでーということを一般に周知させる義務もあろうかと言うモノです。

というわけで今回は真空について化学的に(といいつつだいぶ量子力学よりですが)語るスレ。真空って奥が深いんですねー!
内容はけっこう専門的で管理人もよくわかってないので、ところどころ間違いがあるかもしれませんが、できるだけ解説とか注釈を入れておいたので、楽しめると良いですけどね。
物理学の世界では「完全な無などありえない!!」ということですから、そこには我々には理解できない謎のエネルギーに満ちているのかもしれません。
宇宙の質量は観測できたものから推察しても3%くらいしか明らかになっておらず、残りは謎の暗黒物質だの暗黒エネルギーだので満たされているとか…。

::::::::        ┌──────────────── ┐
::::::::        | ヒッグス粒子が発見されたそうだな  │
:::::   ┌───└───────────v───┬─┘
:::::   | フフ…奴は謎粒子四天王の中では最弱   |
┌──└────────v──────┬───┘
| CERNの巨大加速器ごときで発見される |
| とはエキゾチック物質の面汚しよ     │
└────v─────────────┘
  |ミ,  /  `ヽ /!    ,.──、
  |彡/二Oニニ|ノ    /三三三!,       |!
  `,' \、、_,|/-ャ    ト `=j r=レ     /ミ !彡      ●
T 爪| / / ̄|/´__,ャ  |`三三‐/     |`=、|,='|    _(_
/人 ヽ ミ='/|`:::::::/イ__ ト`ー く__,-,  、 _!_ /   ( ゚ω゚ )
/  `ー─'" |_,.イ、 | |/、   Y  /| | | j / ミ`┴'彡\ '    `
 ミノフスキー粒子   暗黒物質  タキオン粒子

8.7追記:当記事が朝目新聞さんに掲載されました!
どうもありがとうございます!嬉しい!(・∀・)

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元スレ:http://ikura.2ch.net/test/read.cgi/bake/1308565256/

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