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世界の仕組みを物理学で知る

01 物理学者がウォール街で活躍している: クオンツが流行った
02 本当に、物理学で株価は予測できるのか: 統計力学的手法は使えるかも？
03 真実はひとつとは限らない？量子論が教えてくれる奥深さ: 量子論は非決定的な世界観を提示
04 世の中は電波で溢れている―― メールはどうして届くのか: 周波数を少し分けてさらに拡散符号で同時に乗っける / 10cm ～1mくらいの波長なので回折可能 / 木などは透過して金属には非透過
05 私が物理学者になった理由:
06 物理学とは、結局どんな学問なのか: 単純化して法則を見つけ過去を説明し未来を予測する
07 世の中に働く４つの力とは: 重力・電磁気力・弱い力・強い力
08 カミオカンデの発見は本命ではなく副産物だった: 陽子崩壊観測の副産物でニュートリノの衝突過程を観測
09 理論はどうやって認められるのか: 論文で注目され→認められ→実験されてコンセンサスとなる / 大統一理論の検証方法は見つかっていない
10 アインシュタインはアマチュア学者だった: ドイツの特許局の職員だった
11 どうして雲は落ちないの？: 落ちてるけど細かいので空気抵抗で遅いし風で舞い上がったりする/
12 空はなぜ青いのか、夕焼けはなぜ赤いのか: 夕は太陽光が大気を通る距離が長く、散乱されにくい長波長な赤が残る
13 地球はなぜあたたかくなった？: 太陽からのエネルギーと放出するエネルギーの収支で決まる / 銀河の腕の中にあるかないかなども影響を与える一要因
14 地球の軸が傾いているのはなぜ？: たまたま。天王星はほぼ90度傾いている / 地軸が安定なのは月の引力が一役買っている
15 地球はなぜ自転をはじめたのか: 隕石衝突で普通は回転する / 自転周期は月生成時の衝突の名残。昔は1日は5～8時間だった
16 地球外生命体は存在するのか: 宇宙136億歳,地球30億年前,地球誕生後6億年後に生命誕生 / 生命の源がどこかから来た可能性も結構あり得る
17 空前の惑星発見ブーム！惑星はどうやって探すのか: 4000個以上の太陽系外惑星の発見。データ解析が主役
18 赤色はなぜ赤色に見えるのか: 可視光は400nm～800nm程度 / 長波長側は赤外線やマイクロ波。短波長側はX線やガンマ線
19 偏光レンズで水中がクリアになるのはなぜ？: 反射光は偏光がばらばらなのでそれを取り除ける / 液晶ディスプレイでも使われている
20 ３Ｄ映画はなぜ立体的に見えるの？: 左右で少しずらした映像を見せる
21 同じ赤色を見ても、人によって見え方は違う？: 錐体細胞はRGBの三種類しかない。人によって微妙に感度が違うので見え方が多少異なる
22 錯視は常に起こっている？:
23 火傷は分子の運動の仕業？: 熱は分子運動
24 原子はどうやって証明された？: ブラウン運動。アインシュタインが立式しペランが1908に確かめた
25 原子を分解すると何になる？: レプトンと原子核。原子核は陽子と中性だがどちらも3種のクォークの組み合わせ
26 クォークとクォーク、陽子と中性子はどうやってくっついているのか: グルーオン
27 素粒子はどこからやってきた？: 創世期は陽子と電子の海。次第に原子の形になり晴れ上がりが生じた
28 宇宙の終わりまで不滅か: クォークは不滅と思われるが陽子は崩壊するかも
29 私たちは死んだらどこへいくのか:
30 意識はどこから生まれるのか、ＡＩが進化すれば意識をもつのか: 電気信号としてソフト的に再現できたとしたら？
31 ＧＰＳが正しいのは、相対性理論が正しいから: GPS衛星には原子時計が搭載されておりそれを電波に乗せて放送 / 受信側は4つの衛星からの電波を元に自身の位置を算出 / GPS衛星は高速なので時間は遅く流れ、一方低重力下なので時間は早く流れる。合わせると地上より時間は若干早く流れる。これを補正する。
32 「特殊相対性理論」って何？: 動いているものは収縮して時間が遅く流れているように見える
33 「一般相対性理論」って何？: 時空の歪みが重力として観測される。この二つは同一のもの
34 アインシュタインはなぜ「天才」なのか: 実験/経験に先だって理論を作ったから
35 時空のゆがみはどうやって証明されたのか: 皆既日食時に太陽の傍を通る天体を観測し重力レンズ効果を確かめた / 水星の軌道計算でも古典力学との差が生じる
36 ビルの高層階では時間がゆっくり進む？:
37 ブラックホールの存在は相対性理論から導かれた: 時空自体が大きく歪んでいるため粒子だろうが波だろうが外にでられない
38 ブラックホールの先にはホワイトホールがあるのか: さあ？
39 ワープもタイムマシンも現実に？: 定式化できるらしいけどマイナスのエネルギー物質が必要など夢のようなはなし
40 光をたくさん浴びても日焼けしないのに、紫外線で日焼けするのはなぜ？: 光電効果と一緒
41 「量子論」って何？:
42 「波でもあり粒でもある」量子の奇妙なふるまいは、どうやってわかった？: ヤングが波動性をプランクが粒子性を確かめた
43 太陽光発電は、どうやって太陽の光を電気に変えるのか: pn接合部で光電効果を起こさせて電流を生成
44 「原子核のまわりを電子が回っている」は間違い？: 間違い。電子雲が広がっている
45 「量子の波」とは何なのか: 二重スリット
46 アインシュタインもシュレーディンガーも量子論を受け入れられなかった:
47 ボールも壁をすり抜ける？:
48 量子コンピューターが登場すれば、仮想通貨は使えなくなる？: 量子ゲート方式はまだまだ。量子アニーリングはそこそこ。
49 量子のふるまいには3つの解釈がある: シュレディンガー方程式・ハイゼンベルグ表示・経路積分
50 無数のパラレルワールドが存在する？: 多世界解釈
51 宇宙のはじまりも量子論で語られる: 時空の生成にトンネル効果が？
おわりに――この宇宙は、人間が生まれるようにできている？: 強い人間原理・弱い人間原理

日常の不思議を物理学で知る

01.「時間が流れる」とは限らない: 時刻はラベル。時間の流れは物理では扱えない（扱わない）
02.脳が構築する〝順番〟はよく間違っている:主観的な時間の流れは脳による都合のよい再構成の可能性もある
03.相対性理論の「時間」、量子論の「時間」: 相対論:時間の相対性、等時性の相対性 / 量子論:観測による不可逆な変化（量子跳躍）による時間反転性の崩れ
04.「時間のループ」はありえるのか: 一応数学的な解がある
05.星の年齢はどうやってわかるのか？: 炭素14の半減期は考古学。ルビジウム87のストロンチウム87崩壊で隕石の年代を推計。ウラン・トリウム比は星の年代推計に使う
06.宇宙のはじまりにある時間とは？: 10マイクロ秒でクォークがくっついて4分後に原子核、1億年後に星の生成
07.そもそもなぜスマホで会話ができるの: 圧電素子が音声を電気信号にし基地局に電波で飛ばし光ファイバーで基地局をリレーし電波に乗せて相手がそれを受信する。光の速度なのでラグは少ない。一方衛星電話は衛星までの距離が結構長いので遅延が発生。
08.電波はどうやって送受信するの？: スマホ電波は数十cm程度なのでアンテナもラジオ等と比べて短くて済む。
09.「５Ｇ」はなぜ大容量なのか: 高周波だからたくさん情報が載る。回折性能が低いので工夫がいる
10.光回線はなぜ速いのか: 光ファイバー内を光が全反射しながら進む。媒質内なので真空速度よりやや遅いが問題ない
11.どうして「指紋」がわかるのか: 指紋の山の部分が接触して静電気によるパターンができる / ジャイロを使った向きの計測やGPSを使った位置情報、加速度センサーも搭載されている
12.緊急地震速報はどうやって教えてくれるのか: 地震計の信号を電波で飛ばすので地殻振動よりも早く情報伝達できる
13.電波は体に悪い？: かもしれない
14.「氷が水に浮かぶ」から、生命が生き延びられた？: 4℃の重い水が底面にたまるので凍結しないのが好都合
15.もしも水が熱しやすく冷めやすかったら、地球は砂漠のようだった: 地殻より比熱が大きいので温度変化を緩やかにできる / 水のない月などは寒暖差が激しすぎる
16.「０度で凍り、１００度で蒸発する」の不思議: 水素結合のせいで液体の温度領域が広い / 潜熱が大きい特に蒸発熱が大きいことは人体の温度管理に都合がよい
17.水の秘密は、その角度？: 電気素量によりH2Oの結合角104度が決まる。これによりH2Oの様々な物理的化学的特性が決まる（密度の温度依存性、潜熱、水素結合の強さ）
18.テフロン加工のフライパンが焦げないのは水の帳面張力が強いから: 水の表面張力より小さいフッ素樹脂を使うことで水がくっつきにくくなる
19.「純水」は体に毒？: 浸透圧のせい。髪の毛から栄養が抜かれるなどの例も
20.水以外のものでも生命は生きられたのか: HもOも宇宙ではありふれている物質
21.炭素ができたことも生命誕生の奇跡につながる: ヘリウムが3つで炭素になるけれど準位が今の値でなければその過程は極めて起こりずらかっただろうといわれている
22.宇宙空間にも水はある？: 土星衛星エンケラトゥスは水蒸気を噴出, 木星衛星エウロパも氷土の下に水
23.カーブで倒れないギリギリの速度は？: 重力と遠心力の合力のモーメントに依存
24.自転車はなぜ倒れないのか: 高速移動時には遠心力が強いのでわずかなハンドル操作で安定する
25.宇宙空間でロケットが急カーブしたら？: その遠心力が働く方向が下になる
26.遠心力の正体とは？: 見かけの力。一般相対論では時空のゆがみと説明される。
27.ＬＥＤ照明はなぜ省エネなのか？: フィラメントは電気→熱+光なのに、LEDは電気→光だから
28.電子レンジは何を温めているのか: マイクロ波を当てて磁気双極子である水分子を振動させる
29.電子レンジを使っていると、Ｗｉ－Ｆｉがつながらない？: 周波数帯がかぶるため. 2.4GHz帯
30.「エコキュート」はエアコンと同じ？: CO2を媒体とした空気と水の間のヒートポンプ
31.原子力発電も火力、水力発電も、基本は同じ？: 要はタービンを回すだけ。回すと電磁誘導により誘導電流が流れる / 太陽光発電だけはタービンを使わない
32.地上に太陽をつくる？: 核融合つまり水素の核融合でヘリウムを作る過程は太陽での反応
33.体温計には物理学が詰まっている？: 水銀は熱膨張の仕組みを利用。電子体温計は熱移動から外挿。非接触型は赤外線の強さから計算
34.指を挟むだけで血液中の酸素量がわかるのはなぜ？: パルスオキシメーターは血液の色の赤さを測定して酸素量を算出 / 660nmの赤色光と990nmの赤外光を指に透過させる。高酸素血液は後者をよく吸収するという特性がある
35.ＭＲＩはなにを画像にしているの？: 強磁場をかけて体内の水素原子を歳差運動させ、共鳴周波数（ラジオ波）を当てて励起させ、その緩和過程で生じる電磁波を測定する。水素原子の分布は骨と脂肪とで組成が違うので体内を可視化できる
36.レーザーも量子論のおかげ？: 誘導放射によって、緩和時の位相が揃う
37.粒子線治療では、なぜがんのある場所で止まるのか？: 電磁波は表面からガン細胞まで壊し続けるが、粒子線は特定の深度で電離を起こしやすいという性質を持つ / 粒子線のためには数十メートル規模の加速器が必要になる
38.筋肉は何の力で動いているのか: 筋原線維はカルシウムイオンの吸着を契機とした電気的な力によって収縮する
39.肩こり・腰痛への物理学的アドバイス: 重心を意識してモーメントを小さくせよ
40.物理学者のコミュニケーションが変わった？: プレプリントサーバの台頭
41.ウェブサイトは物理学のためのものだった？: WWWはCERN発。
42.ＡＩで世紀の大発見は起こるのか？: 超多体の現象では基本則を超えた機能が発言する（創発現象）。AIはその解明に寄与するかもしれない
43.物理の道を志した「こっくりさん」事件とは: こっくりさんは自己暗示
44.そこにモノは存在するのか: 固さを決めるのは、物質の配列に依存した電磁気力を振りほどくための力にほかならない
45.あなたの知っていた「１キロ」は１キロではないかもしれない: 2019年にキログラムの定義が変わった
46.物事は３つ集まると複雑になる: 三体問題はむずかしいし、熱力学第二法則も創発現象のひとつと考えられている
47.渡り鳥とオーロラの共通点とは？: 地磁気は電荷を帯びた宇宙線を曲げて地表に降り注がないようにする。磁極では少し降ってきてそれが大気と反応することでオーロラが発生する