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高校生1年生です!本でアインシュタイン(例えば光量子仮説など)ですら最早、古典で...

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ID非公開さん

2019/3/2600:44:12

高校生1年生です!本でアインシュタイン(例えば光量子仮説など)ですら最早、古典であると読みました。では、アインシュタインが活躍し始めた1904~5年以降、アインシュタインを越えた物理学はどんなものがありますか

?自分で勉強しますのでアインシュタイン以降の物理学で学ぶべきものの名前だけでいいので教えて下さい!(高校1年生です。)

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rie********さん

2019/3/2902:43:57

アインシュタインを応用した物理学はあるが、超えたものはまだ無い。特殊相対性理論はすべての物理学や物理工学の基盤であり続けているし、一般相対性理論は重力をうまく説明する基盤であり続けている。

それらが無ければGPS衛星で正確な時刻を知ることはできないし、太陽系探査衛星の正確な制御は出来ないし、放射性物質や宇宙線を計測することもできないし、化学でさえ分子結合を詳細に研究したり、人工的に分子設計をすることなどの基盤だ。

光量子仮説は仮説ではなくなり量子力学にしっかり組み込まれ、発展著しい半導体物理学の基盤だ。光量子の統計力学も量子力学の基盤の一部だ。
レーザーの基礎理論はいまや工学的応用の全盛期だ。


現代物理学における古典とは、電磁場が量子力学的に説明される量子電磁力学以前の、ニュートン力学と相対性理論とマックスウェルの電磁気理論、および、原子構造モデルまでの物質量子(電子など)を説明する初期量子力学(具体的にはハイゼンベルグの行列力学とシュレーディンガーの波動力学)までを指す。

つまり、古典論は数学的公理系として完結した理論だ。だからすでに完成されているという意味で古典と呼ぶ。だがもちろんすべての物理現象を説明するわけではない。それらには適用限界がある。

その適用限界を拡張するのがそれ以降の量子電磁力学だったが、多くの解決困難な問題を抱え、それを解決するために段階的にどんどん素粒子の微小な世界に分け入って行き、様々な基礎的な素粒子を理論的、実験的に発見するとともに、場の量子論に基づく素粒子の標準理論となってきた。

だがそれにもまだ未解決問題が多くあって完成理論ではなく、宇宙論とも結びついて、重力と宇宙の歴史も統一的に説明しようとする万物の理論が目標になっている。

量子電磁力学と場の量子論は、最初からニュートン力学および特殊相対性理論の運動の法則および初期量子力学を包含し、基盤としている。さらに万物の理論は一般相対性理論をも基盤の一つとして包含しようという試みだ。

つまり古典理論以外は古典理論の応用分野と場の量子論であり、現在発展形ということだが、その発展の歴史はまだ高々100年程度で、宇宙の複雑さに比べればまだまるでよちよち歩きのようなものだ。

当然ながら古典は古いから捨ててよいとか、学ばなくてよいなどということにはならない。そゆふうに思ってるようなォおぱカさんが巷には多いようだが、自分の文明生活の基盤がナヌかまったくわかってない人たちだ。

ニュートン力学は運動の法則と万有引力の法則から成るが、家やビルや橋など建築物はすべてニュートン力学で作られている。ジェット機もロケットも船も自動車も列車もみなニュートン力学と古典電気学で動いている。レーザーや家電の半導体やテレビラジオやPCや携帯もみなそれらと初期量子力学で動いている。
場の量子論の応用はまだごく一部の先端開発分野だ。

なので現代文明は古典論で作られ、古典論で動いている。
学習するにしても未完成理論に組み込まれた形で学ぼうとすることはできない。
段階を踏んで学ばなければ習得はできない。

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    質問者

    ID非公開さん

    2019/3/2902:53:46

    回答を有り難うございます!

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質問した人からのコメント

2019/3/31 20:51:21

有り難うございます!

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s_h********さん

2019/3/2822:18:31

例えば光量子仮説など)ですら最早、古典であると読みました。
え、だれがそんなこといってるん?

返信を取り消しますが
よろしいですか?

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oru********さん

2019/3/2821:03:25

量子論(量子力学)
今はこちらが主流です。

aru********さん

2019/3/2818:52:06

アィンシュタインの相対性理論までが古典論と呼ばれます。

古典論と聞くと、古いイメージが付きまといますが、正確には量子を考慮していない分野を"古典"とつけて表現します。

よって、相対性理論と双璧をなす理論である「量子力学」が質問の答えなのではないかと思います。

量子の存在を考慮した分野はさらに発展し、「場の量子論」が登場します。ゲージ場などの場の理論が登場し、物理学の理解がより深まります。
例えば、光に質量がないことは、場の量子論から導かれます。

さらに最先端の理論では、「超弦理論」や「量子重力理論」があります。量子重力理論は、名の通り重力を量子化します。まだ完成していませんが、ニュートンの万有引力やアインシュタインの一般相対性理論によって表された重力をさらに量子化する試みです。
超弦理論は、この世界は弦と膜でできているという理論です。弦は相対論的な弦とし、それを量子化します。膜はDブレーンと呼ばれ、弦と膜の間の境界条件によって、重力や電磁気力を表現します。

このように古典論から発展した量子の存在は、アィンシュタインも「神はサイコロ遊びをしない」の言うほど否定的で、晩年はEPRパラドックスと呼ばれる問題提起をしたりして批判しましたが、遂には敵わず、現代では量子力学は基本的な考えとなり、工学分野でも必要不可欠な学問となっています。

こういった経緯からも、量子力学がアィンシュタイン以降の古典的ではない分野と言えるのではないでしょうか?

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