そもそもプラズマとは何やねん！！その２

　さあ、その１を踏まえて・・・ん？プラズマってさあ・・・要は帯電した気体じゃね？って思った…む？これって「それが答えだ！！」ではないか！？

 

　帯電は、物体が電気を帯びる現象である。

　別の物体から電子を奪った場合には負に帯電し、逆の場合は正に帯電する。

　電子とは、宇宙を構成する素粒子の内のレプトンの一つである。

　素粒子の標準模型では、第1世代の荷電レプトンとして位置づけられる。

　レプトンは、素粒子のグループの一つであり、クォークと共に物質の基本的な構成要素である。

　クォークは強い相互作用で結びついた複合粒子のグループ・ハドロンを構成する。

　クォークは、現在の実験的事実から内部構造を持たないとされており、レプトン、ゲージ粒子及びヒッグス粒子と共に標準模型を構成する素粒子のグループである。

　ゲージ粒子とは、素粒子物理学においてゲージ相互作用を媒介するボース粒子の総称である。

　ボース粒子とは、スピン角運動量の大きさがの整数倍の量子力学的粒子である。

　スピン角運動量は、電子やクォーク等の素粒子、及びそれ等から構成されるハドロンや原子核や原子等の複合粒子が持つ角運動量で、量子力学的な自由度の 1 つである。　単にスピンと呼ばれる事もある。

　軌道角運動量は粒子の運動によって生じる角運動量だが、スピン角運動量は粒子が本来持っている角運動量なので、位置と運動量で記述する事が出来無い。

　スピン角運動量は軌道角運動量と共に、粒子の全角運動量に寄与する。

　基本変数を「粒子の位置と運動量」とする量子論ではスピンを記述する事が出来無い為、粒子が持つ「内部自由度（固有角運動量、内部角運動量とも呼ぶ）」としてスピンを基本変数に付け加える。

　この「位置と運動量とスピン等の足りないもの」を基本変数とする量子論が「量子力学」である。

　基本変数を「場とその時間微分又は共役運動量」に選ぶ量子論、つまり「場の量子論」では電子は粒子では無く「電子場」として記述され、電子場は電磁場の「偏光」（電磁場の向きが右回りに回転するか左回りに回転するか）に似た属性を持つ。

　これがスピンであり、場の自転の様なものなので、角運動量を伴う。

　その角運動量ベクトルで、スピンの向きと大きさを表す。

　このスピンの例で分かる様に、古典的に場であったもの（電磁場等）だけで無く、電子の様な古典的には粒子と見做されて来た物理系であっても、場を基本変数にした方が良く、適用範囲も広い事が判っている。

　・・・おいおいおいおいおいおい！！！

　何だか良く分からないっつーか、益々マニアックな専門知識が増えて来たぞ！

　この状況だと何時になったらプラズマ迄辿り着けるんだ！？　

　で、又もや専門用語「角運動量」…何かこんなん出る度調べて理解せなならん…うーむ、科学って大変だなあ…

 

　角運動量とは、運動量のモーメントを表す力学の概念である。

　力学において、原点 O から点 P へ向かう位置ベクトル と、点 P におけるベクトル量との外積（ベクトル積） を、O 点まわりの のモーメントと言う。

 

　モーメントの定義は｢ある点を中心に回転させようとする力の作用｣。

　これを良く理解する為には、｢梃の原理｣が用いられます。

　物を持ち上げる時支点迄の距離が長い方が、より少ない力を作用せれば良い事に気づくでしょう。

　よって、モーメントは｢作用させる力×支点までの距離｣で求められ、単位は(N・m)等です。

　つまり、距離が長ければ長い程作用させるモーメントは大きくなります。

　トルクは主に工学の分野で使われる用語。
　モーメントは物理学で使われる用語です。
　但し、トルクは工学分野の言葉なので、単位系も工学に適したものを使うのが一般的です。
　力学分野で単に「モーメント」と言った場合には通常はトルクと同じ意味を指します。

　それ以外のモーメントは「慣性モーメント」や「磁気モーメント」等の様に特に接頭語をつけて区別します。
　又トルクと同じ意味のモーメントである事を明示したい場合は特に「力のモーメント」と言う場合があります。

　又、ある軸まわりのモーメントは、ある軸方向の単位ベクトルを とすると、混合3重積で表される。

　こちらはスカラー量である。

　モーメントは、屡（しばしば）物体の回転運動を記述する際に利用される。

　スカラーとは、大きさのみを持つ量の事を言う。

　大きさと向きを持つベクトルに対比する概念である。

　例えば物体が空間内を運動する時の速度が大きさと方向を含むベクトルであるのに対し、その絶対値（大きさ）である速さは方向を持たないスカラーである。

　他にも時間、質量、長さ、エネルギー、電荷、温度等はスカラー量である。

　一方ベクトル量の代表的なものは力、電界、運動量等である。

　無次元量はスカラー量として扱う。

　無次元数、無次元量、或いは無名数は、次元の無い数量の事・・・って、何が何やらサッパリ分からん！

　何じゃいやそりゃっ！！！

　

　・・・無次元数とは、文字通り単位の存在しない数・・・？

　流体では、無次元数を考える事は非常に重要になります。

　飛行機のまわりや建築物に吹き込む空気の流れを知りたい場合、実物を作って検証するのは大変な為、模型を作って実際に作る前に十分に検証します。
　この時、物体の形状が幾何学的に相似である事が重要になります。

　そして、模型実験での流れが実際に起こる流れと本質的に同じなる様にする事も重要になります。
　この様な場合、流れに影響を与える力を絶対数で同じにする事は出来ませんが、最も支配的と考えられる力に関しては、比をとる事で無次元化する事が出来ます。
　こうして得られた無次元数を実際の流れと模型の流れとで同じにする事で、実際に起こる流れを推測して、設計に役立たせる事が出来ます・・・う～ん…イマイチ分かり難い…

　・・・世界にはその国によって同一のものに対して様々な単位があります。
　勿論SI単位で国際的に標準化されてますが、国内では工学単位の様にこれ迄使って来た単位を使う事も少なくない。
長さ:メートル、フィートだと１フィートは＝０．３０４８ｍ　重さ:キログラム、ポンドでは1ポンド=0.45359キログラム
　そんな中、同じ二つのものを比較する時に単位系が違っては両者の比較が出来ない為、無次元化によって次元による影響を無くせば、比較が容易になる。

　…物理学的次元を持った量では、次元の違ったものの間で足し算や引き算が出来ません。

　１メートル足す１グラムは意味を成さない足し算ですね。

　物理学で実際に計算するには大抵の場合膨大な計算を余儀なくされます。

　従って、計算の途中での計算間違いは日常茶飯事にやっています。

　そんな時、次元を持ったまま式を表現してしまうと、計算の途中で一々物理的次元を確認しながらやらないと、大混乱に陥ってしまいます。

　無次元量で表しておけば、一々次元を確認しなくても何の心配も無く足し算や引き算が出来るのは、大変なメリットです。
　物理学では数学を使いますが、数学とは正に数を扱う学問です。

　勿論数には物理的次元が無いので、全て無次元量です。

　その数を処理するのに、近年ではコンピューターを使って数値計算をする事が大変重要になっています。

　コンピューターは数を処理する機械ですから、そこに代入出来る数値は全て無次元量になっていなくてはなりません。
　

 

　一般に物理学に現れる数学の式は途轍も無く複雑なので、正確に解く事は先ず絶望的です。

　そう言う場合でも、式の中で１より十分に小さい量が出て来たら、その量でベキ展開をして、高次のベキに比例した項を無視しても大変良い近似が得られます。

　実際の物理学の計算では、殆ど１００％この様な近似計算ばかりですから、無次元化した表現を使って、どの項が１より十分に小さいのかを確認する必要があるのです。
　極端な言い方をすると、無次元化して置かなくては殆どの場合物理学が語れないと言っても良いくらいです。

　・・・ベキ展開？

　ベキ？？

　ベッキーの事？

　冪…地震はエネルギー（マグニチュード）が２倍になると、その発生確率・頻度は４分の１になる。

　こう言う「ある大きさ／数等」のX乗にその発生確率が比例する事を「べき乗則」と言う。

　両対数グラフにすると直線になる。

　大地震も大きな山火事も「滅多に起こらない」「何で起こるか分からない」のは共通だけど、この「べき乗則」に結果的に乗っている。

　人間が関わっている様々な事も乗っている（何と、戦争も！戦死者の数が２倍になるとその頻度は４分の１になるって…マジか！？）以上四コマ漫画及び文章等は勢川びき氏ブログから部分引用

　

　スカラーに話を戻す・・・

　特にその相互作用がゲージ理論で記述されている素粒子間において、（仮想粒子として）ゲージ粒子の交換により力が生じる。

　標準模型においては、電磁相互作用を媒介する光子、弱い相互作用を伝えるウィークボソン、強い相互作用を伝えるグルーオンの3種類がある。

　又重力相互作用もゲージ理論で記述されていると考えられており、これを伝える重力子がある。

　奪う事を引き起こす力は別に議論されなければならないが、帯電したまま動かずにいる電気を静電気と言う。

　絶縁体同士を摩擦する事等により、この現象を起こす事が出来る。

　例えばエボナイト棒を乾いた布で擦ったり、プラスティックの下敷きで髪を擦ったりすると、それぞれ帯電する。

　帯電した物体が他の物体を引き寄せる等の性質（クーロン力）を持っている事は、古代から知られていた。

　近代になってから、この現象の本格的な研究が始まり、これをきっかけに、電磁気学が発展して行った。

　近年ではこうした帯電現象を利用した様々な装置が日常生活に浸透して来ている。

 

　・・・うう～ん…プラズマ迄の道のりは長い…

　然しプラズマには電気が絡んでいる事は何となく分かって来たけど、兎に角専門用語が多い！！！

　次回で３部作完にしたい。