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G・R・キルヒホフ
6/6改訂【反射熱と放射エネルギーと電気回路でそれぞれ法則を確立】

deutuland

こんにちは。コウジです。
キルヒホフの原稿を改訂します。

今回の改定点はリンク切れ情報の改定です。
ご覧ください。(以下原稿)

エネルギーマイスター
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【1824年3月12日 ~ 1887年10月17日】

 

その名は正しくはグスタフ・ロベルト・キルヒホフで
Gustav Robert Kirchhoff,とつづります。

1824年に現在のロシア領カリーニングラードである
ケーニヒスベルクで生まれました。

生まれ故郷にあるケーニヒスベルク大学で学び、
26歳でブレスラウ大学員外教授に就任しています。

キルヒホッフについて伝えられている内容は
主に業績となりますので、本稿は時代背景
をもとにし研究内容を中心とした
記述を纏めたいと思います。

私自身がドイツ系の人になったつもりで
出来るだけ正確に記載したいと考えています。
日本語の文化圏で暮らしている我々には
想像しづらい思考回路なのです。

ロシアをドイツ語圏と見てるのは強引だと思いますが、
そこの考察は後程。;)

実際にキルヒホッフの業績の中で有名なものは
①電気回路におけるキルヒホッフの法則、
②放射エネルギーについてのキルヒホッフの法則、
③反応熱についてのキルヒホッフの法則です。

それぞれにとても大事な考察だったといえるでしょう。

まず第一に、回路におけるキルヒホッフの法則が最重要です。
別言すれば一番知られています。

当然と言えば当然の事実を明言化しているだけだ、
とも言えるのですが

「回路網中での任意の接続点への流入電流の和は 0(零)である」
というのが第一の法則です。

正確にはキルヒホッフの第一法則というべきでしょうが、
本稿では単純に「第一の法則」または「第一法則」と省略します。

キルヒホッフの時代には自由電子運動論を裏付ける
理論はありません。電子を直接観測にかけるどころか
原子や電子のサイズも想像がつかないで、
あくまで電子は一つのモデルでした。

キルヒホップに考えた時に、正直者のドイツで学んだ人は
出来る事実で話を組み立てます。

つまり出来るだけ正確に観測を続けて
結果を蓄積して、観測事実の相互関係を定量化するのです。

当時は電源と抵抗の単純な回路を考えた時に
夫々を要素と考えて回路に落とす作業自体にも
議論があったでしょう。

つまり、我々が当たり前に書いている回路図も
国際度量衡といった枠組みが無くて、ヨーロッパの一部の
人々が使うだけの不可思議な記号だったのです。

知る人ぞ知る知見だったとも言えます。そんな回路上での一点を
考えたら入り込む電流と出ていく電流の総和が等しい。
(実験事実によると)ゼロとなるという事実が第一法則なのです。

この法則は今、電気工学(ひいては現代産業)
で幅広く活用されています。

そして次に、キルヒホッフの電圧則はキルヒホッフの第2法則
とも呼ばれます。回路を考えたときに回路網中の任意の
閉ループを考えてみて構成する部分的な電圧を計測したとき、
任意の分け方で考えた起電力の総和と電圧降下の総和は等しいのです。

抵抗、電球、電線電池からなる回路で何が電気を起こしていて、
何が消費するか考えてみてください。

そして再強調しますがこの時代には電子の存在は今より不確かです。

今の学生が教科書を読んだときに漫画的な丸い物体
(模式的な電子の姿)を見て想像するような作業ができないのです。

力学と比べて電磁気学や熱学はまとめ難い側面があります。
実際には電圧を生じる電池のような物質があり、
電気を流し抵抗を持つ同線等の要素を細かく考えていくことで、
回路間の色々な場所での電圧降下を考えていき、
キルヒホッフは第二法則を確立することが出来たのです。

そして1859年にキルヒホッフは黒体放射における
キルヒホフの放射法則を発見しました。

電子の運動でオームの法則に従い議論されるのに対して、
熱放射は空間での現象に対しての考察です。

また、
別の空間的な考察としてキルヒホッフには
分光学での考察も行っています。

フラウンホーファーが発見したいわゆるフラウンホーファー線
(太陽の光線を分解した時に現れる特徴的な吸収)が
ナトリウムのスペクトルと同じ周波数帯に見受けられると示し、
(今で言う分光学的方法で)太陽の内部にある
と思われる元素を同定できることを示しました。

他に音響学、弾性論に関しても
キルヒホッフは先進的な研究を行っています。

〆最後に〆

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(対応英訳)

His name is correctly Gustav Robert Kirchhoff, spelled Gustav Robert Kirchhoff. He was born in 1824 in what is now Russian Kaliningrad, Königsberg. He studied at the University of Königsberg in his hometown and became a non-professor at the University of Breslau at the age of 26.
Since the content reported about Kirchhoff is mainly his achievements, this article will summarize his research content based on his historical background. I would like to describe it as accurately as possible as if I were a German person. 😉

In fact, the most famous achievements of Kirchhoff are (1) Kirchhoff’s law in electric circuits, (2) Kirchhoff’s law on radiant energy, and (3) Kirchhoff’s law on heat of reaction. It can be said that each was a very important consideration.

First of all, Kirchhoff’s law in the circuit is of utmost importance. In other words, it is the best known. Of course, it can be said that it only clarifies the facts of course, but the first rule is that the sum of the currents flowing into any connection point in the network is 0 (zero). am. To be precise, it should be called Kirchhoff’s first law, but in this article, it is simply abbreviated as “first law” or “first law”. There is no theory to support the theory of free electron motion in this era.

Far from directly observing the electrons, I couldn’t imagine the size of the atoms and electrons, and the electrons were just one model. When thinking this way, honest and learned in Germany build up the story with the facts that can be done. In other words, we continue to observe as accurately as possible, accumulate observation results, and quantify the interrelationship of observation facts. At that time, when considering a simple circuit of power supply and resistance, there would have been discussion about the work itself of considering each as an element and dropping it into the circuit. In other words, the circuit diagram we take for granted was a mysterious symbol that was only used by some people in Europe, without a framework such as the General Conference on Weights and Measures. It can be said that it was a knowledge known to those in the know. Considering one point on such a circuit, the sum of the incoming current and the outgoing current is equal. The first law is the fact that it is zero according to the experimental facts. This law is now widely applied in electrical engineering (and thus modern industry).

And then, Kirchhoff’s voltage law is also called Kirchhoff’s second law. When considering a circuit, when considering an arbitrary closed loop in the circuit network and measuring the partial voltage, the sum of the electromotive force and the sum of the voltage drops considered by any division are equal. Think about what is producing and consuming electricity in a circuit consisting of resistors, light bulbs, and electric wire batteries. And again, the existence of electrons in this era is more uncertain than it is now. When a current student reads a textbook, he cannot do the work that he imagines by seeing a cartoon-like round object (a schematic electronic figure). Compared to mechanics, electromagnetism and thermal physics are difficult to summarize. In reality, there is a substance such as a battery that generates voltage, and by carefully considering factors such as the same line that conducts electricity and has resistance, Kirchhoff considers the voltage drop in various places between circuits. I was able to establish the second law.

And in 1859 Kirchhoff discovered Kirchhoff’s law of radiation in blackbody radiation. Whereas the motion of electrons is discussed according to Ohm’s law, thermal radiation is a consideration of phenomena in space. In addition, as another spatial consideration, Kirchhoff is also considering spectroscopy. The so-called Fraunhofer line discovered by Fraunhofer (the characteristic absorption that appears when the sun’s rays are decomposed) is shown to be found in the same frequency band as the spectrum of sodium, inside the sun (in what is now called a spectroscopic method). It was shown that the element that seems to be in can be identified. He also conducts advanced research on acoustics and elasticity.

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R・J・E・クラウジウス
6/5改定【熱力学の第一法則を定めエントロピーを定義|エントロピー】

deutuland

こんにちは。コウジです。
クラウジウスの原稿を改訂します。

今回の改定点はリンク切れ情報の改定です。
ご覧ください。(以下原稿)

熱力学の基礎
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【1822年1月2日 ~1888年8月24日】

クラウジウスはドイツ系の人で、名前をつづると
Rudolf Julius Emmanuel Clausius, です。

クラウジウスはプロイセン王国領生まれました。今で言う、ポーランド地域の生まれです。お父様は牧師として務める傍ら、小学校の校長を務めていました。そこでクラウジウスは学び始めます。ベルリン大学の時代に熱力学に関心を抱き始め、初の論文をまとめます。

それは、当時の物理学の中心となっていた熱(温度)、圧力、 対象となる物質の体積(占めている空間)、およびその質量に関する関係の考察でした。

ニュートン力学が広く知られ、その質点モデルをもとに人々が分子であるとか、原子であるとかいう概念を想像していくうえで、知見をまとめていっている段階での考察です。

手探りの中で気体分子の(またはその幾つかの合成物の)
性質を突き詰めていった人の一人がクラウジウスなのです。

今で言う化学と熱力学の境界線はどう考えられていたのでしょうか。
概念形成の歴史を考えていく中で一つの転換点となっている
気もします。後に放射線を使って原子を少しでも可視化したりする前の、
関連概念の形成時代があったのです。

斯様な考え方で考えていくと、クラウジウスの諸業績の中で第一に思いつくものは熱力学に対する業績で、特に、エントロピーの概念が最も大きいのではないでしょうか。気体分子を単純化して特定環境下(温度下)での個々の質点の位置と運動量で考えていった時にエントロピーはボルツマンが後程、再定義しています。

熱力学第一法則・第二法則の定式化も定式化しました。クラウジウスによるとエントロピーの定義は次のように示されます。

 dS = {dQ }/ {T}

1824年、カルノーは、「熱量は保存され、熱が高温から低温へと移動するときに仕事が発生する」という理論を組み立てました。この理論は1840年代後半、W・トムソンによって世に広まりました。一方、同じ頃に、熱そのものが仕事に変化し、また仕事も熱に変化するというジュールの測定結果が、おなじくW・トムソンなどによって世に認められるようになりました。

しかし、この2つの理論は互いに矛盾するように思われました。そのため、W・トムソンは初め、ジュールの測定結果のうち、「仕事が熱に変化する」という箇所については否定的な見解を示していました。

これに対しクラウジウスはジュールの理論を受け入れ、熱と仕事は互いに変換可能だと考えました。しかし、カルノーの理論を完全に捨て去ることもしませんでした。クラウジウス独自の考察から、熱に関する2つの原理が生み出されました。 

またクラウジウスの不等式の概念は内部エネルギーや散逸を考えていく上でおおきな足掛かりとなりました。

〆最後に〆



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(対応英訳)

Clausius is of German descent, spelling his name
Rudolf Julius Emmanuel Clausius,.

Clausius was born in the Kingdom of Prussia. He was born in Poland in these days. While his father was a minister, he was the principal of an elementary school. There Clausius begins to learn. He began to take an interest in thermodynamics during his time at the University of Berlin and summarized his first treatise.

It was a consideration of the relationship between heat (temperature), pressure, volume of the target substance (occupied space), and its mass, which were the core of physics at that time. Newtonian mechanics is widely known, and it is a consideration at the stage of summarizing the findings in imagining the concept that people are Molecules or Atoms based on the mass model, and it is in the process of groping.

Claudius is one of the people who scrutinized the properties of gas molecules (or some of their compounds). What was the boundary between chemistry and thermodynamics as it is now? I feel that it is a turning point in thinking about the history of concept formation. There was an era of the formation of related concepts before later using radiation to visualize atoms as much as possible.

Considering this way of thinking, the first thing that comes to mind among Clausius’s achievements is his Achievements in Thermodynamics, and in particular, the concept of Entropy is probably the largest. When he simplified the gas molecule and thought about the position and momentum of each mass point in a specific environment (under temperature).

Boltzmann later redefined
Formulation of the first law and the second law of thermodynamics.and,

the definition of entropy is

dS = {dQ} / {T}

In 1824, Carnot constructed the theory that heat is conserved and work occurs when heat moves from hot to cold. This theory was popularized by William Thomson in the late 1840s. On the other hand, in the same period, Joule’s measurement result that heat itself turns into work and work also turns into heat came to be recognized by the same Thomson and others. However, the two theories seemed to contradict each other. As a result, Thomson initially gave a negative view of Joule’s measurements of “work turns into heat.”

Clausius, on the other hand, accepted Jules’ theory and thought that heat and work could be converted into each other. But he did not completely abandon Carnot’s theory. This gives rise to two principles of heat.

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ヘルムホルツ
6/4改定【神経科医にして物理学者|熱力学の方向性に対して議論・研究】

deutuland

こんにちは。コウジです。
ヘルムホルツの原稿を改訂します。

今回の改定点はリンク切れ情報の改定です。
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【1821年8月31日生まれ – 1894年9月8日没】
 

多才な人だったヘルムホルツ

ヘルムホルツの名を全て書き下すと、
Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz。
神経科医にして物理学者です。
学位を修めた際には無脊椎動物の神経繊維と
神経細胞に関して研究していました。
その後、軍医さんとしてポツダム連隊に配属されます。
その後にベルリン大学で教えるという
キャリアを重ねています。
そんな中で沢山の弟子を育てています
その中の一人ヘルツはヘルムホルツのもとで
電気力学ついて考察を進め、電磁波の存在を示します。
ヘルムホルツの活動は多岐にわたるのです。
そもそも神経活動の伝搬物質は微細電流で、
神経活動の研究には電圧測定は不可欠です。
ヘルムホルツの研究で別の側面をご紹介すると、
熱と仕事の関係があげられます。
ジュール等による熱の仕事当量に対してのデータから、
今で言う熱力学第1法則を導出しています。
学会で論文・力の保存についてを発表しています。

エネルギーの相互関係 

マイヤージュールケルビン卿も別途、研究を進めていたエネルギー保存則に関する成果です。また、ヘルムホルツは化学反応の方向性についても仕事をしています。2つの物資を考えると、熱は必ず接触面で温かい物質から冷たい物質に伝わります。不可逆的な現象です。その不可逆性を考えてヘルムホルツは熱力学に関する知見を化学にあてはめ、自由エネルギー、温度、エントロピーを使って全エネルギーを定義して議論しました。化学反応が起こるには方向性があるのです。別途、研究を進めていたギブズの成果でもありますのでギブズ-ヘルムホルツの式として呼ばれています。

ヘルムホルツによる波の定式化

また。ヤングの光の三原色に加えて残像の効果を考え、色盲さんの説明が出来る様になりました。音については、人の感じる音色が周波数と、ゲイン(幅)から決まると説明しました。更には、母音に含まれる振動数が基本で、声道の形によって更に個性が出てきて共鳴音の効果が異なるのだと指摘しました。また、田中舘愛橘がベルリン大学へ留学していた時に電磁気を教えていたことでも知られています。

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 Helmholtz’s activities are diverse

If you write down all the names of Helmholtz,
Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz.

I am a neurologist and a physicist. When he completed his degree, he was studying nerve fibers and cells in invertebrates.

After that, he will be assigned to the Potsdam Regiment as a surgeon. He has since continued his career teaching at the University of Berlin. Meanwhile, he is raising a lot of disciples. One of them, Hertz, goes on to consider electromechanics under Helmholtz and shows the existence of electromagnetic waves.

Helmholtz’s activities are diverse. In the first place, the propagating substance of neural activity is a minute current, and voltage measurement is indispensable for studying neural activity. Another aspect of Helmholtz’s research is the relationship between heat and work.

Helmholtz derives the first law of thermodynamics, which is now called, from the data on the work equivalent of heat by Joule and others. And he is presenting his treatise and preservation of power at an academic conference.

Job of Hermholtz

Meyer, Jules, and Sir Kelvin are also the results of the energy conservation law that they were studying separately. Helmholtz also works on the direction of chemical reactions. Considering two materials, heat is always transferred from a warm substance to a cold substance on the contact surface. It is an irreversible phenomenon. Given its irreversibility, Helmholtz applied his findings on thermodynamics to chemistry, using free energy, temperature, and entropy to define and discuss total energy. There is a direction for a chemical reaction to occur. It is also called the Gibbs-Helmholtz formula because it is the result of Gibbs, who was conducting research separately.

Formalizm of wave by Hermholtz

Also. Considering the effect of afterimages in addition to the three primary colors of Young’s light, I can now explain Mr. Colorblind. Regarding sound, I explained that the timbre that people feel is determined by the frequency and gain (width). Furthermore, he pointed out that the frequency contained in the vowel is the basis, and the effect of the resonance sound is different depending on the shape of the vocal tract. It is also known that Tanakadate Aikitsu taught electromagnetics when he was studying abroad at the University of Berlin.

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A・H・ルイ・フィゾー
6/3改訂【光速度を始めて測定|ドップラー効果を考察】

パリの夕暮れ

こんにちは。コウジです。
フィゾーの原稿を改訂します。

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科学の実験
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【1819年9月23日生まれ 〜 1896年9月18日没】

フランス生まれのフィゾー

その名は正確には、

アルマン・イッポリート・ルイ・フィゾー

(Armand Hippolyte Louis Fizeau,

フィゾーは地上での光速度を始めて

測定した人で、フランス人です。
別途、振り子の等時性を示したフーコーという
別人と同じ時代を過ごしています。少し興味深い。
優れた実験化を生み出した「当時の時代背景」

いつか焦点を当ててみたいです。

 

フィゾーの実験として有名な物は1849年に

回転歯車を使った公開実験です。

明快に原理を示して光速度を数値化しました。

フィゾーの示した数値が重要なのは、

後に明らかになっていきますが

光が電気と関係してるからです。

マクスウェル_が電磁気学をまとめる中で、

自分の理論での計算結果とフィゾーの示した値が

とても近い事実に気付きます。それはきっと、

現代風に言えば、電磁波の伝播速度が

光速度に近い、という事実なのでしょう。

媒質が真空であれば一致する筈です。

 

 フィゾーの業績

また、フィゾーはドップラー効果も予見してます。こ

の「ドップラー効果」という言葉はスマホ入力で

一発変換されています。

そんな当たり前の言葉なのですが、

もともとはフィゾー達が

確かにしていった概念なのです。

 

今の我々は簡単に考える作業も、時代が変われば

大変な困難に直面したはずです。特に

新規の概念を手探りで考えていく中での実験は

大変だったであろうと思えます。

フィゾーが実験を繰り返す困難は測り知れません。

当時は未だ

「指向性の強い(光が拡散せず、広がらない)」

レーザー光線も無かったでしょうし、

当然デジタルのカウンターなども無いので、

計測系のイメージだけでも大変だったでしょう。

私が何より興味深いのはフィゾーの

頭の中にある理論的な考察が

閃きによって実験に昇華するプロセスです。

フィゾーは理論的な原理を優れた実験で

わかり易く示したのです。



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Fizeau born in France

The name is exactly
Armand Ippolito Louis Fizeau
(September 23, 1819-September 18, 1896)

Fizeau is the first person to measure the speed of light on the ground and is a Frenchman.

A famous Fizeau experiment was a public experiment using rotary gears in 1849. The principle was clearly shown and the speed of light was quantified.

Fizeau’s numbers are important because, as we will see later, light is related to electricity.

Job of Fizeau

Later, as Maxwell summarizes electromagnetism, he finds that the results of his theory and the values ​​Fizeau show are very close. Perhaps it is the fact that the propagation speed of electromagnetic waves is close to the speed of light in modern terms. If the medium is a vacuum, it should match.

Fizeau also foresaw the Doppler effect. The word “Doppler effect” is converted in one shot by smartphone input. It’s such a natural word, but it was originally a concept that Fizeau and his colleagues had made sure.

Even the tasks that we think easily now must have faced great difficulties in different times. In particular, I think it would have been difficult to experiment while groping for new concepts.

The difficulty for Fizeau to repeat his experiment is immeasurable. At that time, there would not have been a laser beam with “strong directivity (light does not diffuse and does not spread)”, and of course there was no digital counter, so it would have been difficult just to imagine the measurement system.

What is most interesting to me is the process by which the theoretical considerations in Fizeau’s mind are sublimated into experiments by inspiration.

I think Fizeau demonstrated his theoretical principles in a good experiment.

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レオン・フーコー
6/2改訂【実験で振り子の慣性を考察|媒質中の光速度を導出】

パリの夕暮れ

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フーコーの原稿を改訂します。

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シンプル振り子実験セット
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【1819年9月18日生まれ ~ 1868年2月11日没】

フーコーの有名な実験

「フーコーの振り子」という装置

を発明した事でフーコーは有名です。

振り子の運動に地球の運動を反映させるのです。

色々な国の科学博物館で見る事が出来ます。

中国でも韓国でもアメリカでも見る事が出来ます。

日本でも国立科学博物館を初めとして、

全国の数十か所で見る事が出来ます。

振り子の運動は地球の時点とは独自に

繰り返される慣性に縛られた運動であるので

地球の運動が進むにつれて、東西南北とずれるのです。

そのずれは24時間後に元の位置に戻ります。

地球の自転方向と逆に少しずつずれていって

24時間後に元の位置に戻るのです。

対象とする振り子を北極か南極に設置すると

一番分かり易いです。赤道上では分かりにくいです。

そういった誰にでもわかる優れた実験を駆使して

地球の自転を実験的に明らかにしました。

1851年のパンテオンでの公開実験で

最終的に仮説を実証してみせます。

 

実験構築を行ったフーコー

フランス生まれのフーコーはパリで

印刷業を営んでいた父のもとに生まれます。

幼い頃から科学工作が好きでした。

子供時代は病弱で医学を志していましたが血液恐怖症

だったりした為、お医者様になるのは断念したそうです。

10代になり、写真技術の改良をしていたフーコーは

物理学者アルマン・フィゾーと知り合いになり交流を深めます。

フィゾーとは良い関係を持ち続け

初めの時期は協同研究をしていました。

 

1847年頃からフィゾーとフーコーはそれぞれ独自に

研究を進めます。歯車を使いフィゾーが光速度を求め、

回転している鏡を使いフーコーは

媒質中の光速度の差異を求めました。

私が何より興味深いのはフーコーやフィゾーの

頭の中にある理論的な考察が

閃きによって実験に昇華するプロセスです。

大抵の考えは実験で確認するまで

分からないことが沢山出てきます。

特定の理論はあくまでモデルの

一つなので、より厳密に考えていったら、

その時に知られてるモデルが適用できない場合

もありうるのです。必要に応じて

適用モデルの修正が必要です。

等時性の理論をフーコーは優れた実験で

わかり易く示したと言えます。

それはとても秀逸な実験でした。

 



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【2021年8月時点での対応英訳】

Foucault’s famous experiment

The name Foucault is famous for its device called “Foucault Pendulum”. The movement of the pendulum reflects the movement of the earth. You can see it at science museums in various countries. You can see it in China, South Korea, and the United States.

You can see it in dozens of places nationwide, including the National Museum of Nature and Science in Japan. Because the movement of the pendulum is a movement bound by inertia that repeats independently from the time of the earth.

As the movement of the earth progresses, it shifts from north, south, east, and west. The deviation will return to its original position after 24 hours. Gradually deviate from the direction of rotation of the earth

It will return to its original position after 24 hours. It is easiest to understand if the target pendulum is installed in the North Pole or the South Pole. It is difficult to understand on the equator. We have experimentally clarified the rotation of the earth by making full use of such excellent experiments that anyone can understand. We will finally prove the hypothesis in a public experiment at Pantheon in 1851.

experimental construction of Foucault

Foucault was born to his father, who was in the printing business in Paris, France. He has been fond of scientific crafts since he was a child. He was sick and aspired to medicine when he was a kid, but he gave up on becoming a doctor because he had blood phobia.

As a teenager, Foucault, who was improving his photographic skills, became acquainted with physicist Hippolyte Fizeau and deepened his interaction. He continued to have a good relationship with Fizeau and was doing collaborative research in the early days.

From around 1847, Fizeau and Foucault will carry out their own research. Using gears, Fizeau calculated the speed of light, and using a rotating mirror, Foucault calculated the difference in the speed of light in the medium.

What is most interesting to me is the process by which the theoretical considerations in Foucault and Fizeau’s mind are sublimated into experiments by inspiration.

There are many things that most ideas cannot be understood until they are confirmed by experiments. A specific theory is just one of the models, so if you think more strictly,

It is possible that the model known at that time is not applicable. The application model needs to be modified if necessary. Foucault can be said to have demonstrated his theoretical principles in an easy-to-understand manner through excellent experiments. It was a very good experiment.

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ジョージ・ストークス
6/1‗改訂【流体力学・光学・数学それぞれで大きな業績】

こんにちは。コウジです。
ストークスの原稿を改訂します。

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流体力学入門
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【1819年8月13日 ~ 1903年2月1日】

ストークスの名を正確に記すと、

Sir George Gabriel Stokes, 1st Baronet。

SIRの称号を得ていてケンブリッジでは

ルーカス職を務めています。 特に

流体力学や光学、数学でストークスは

顕著な仕事を残しました。

具体的なストークスの業績

業績として、ストークスと言われて思い出すのは流体力学だという人は多いのではないでしょうか。特にNS(ナルビエ・ストークス)の式(表式)と呼ばれる表現式が有名です。実際に表式に慣れてくれば、その式がニュートンの第二法則と対応していることが実感できてきます。ただ、「回転」、「発散」といったベクトル力学特有の表現が実感し辛い部分ではあります。

ただ、慎重に議論をなぞっていくと流体の粘性だとか、それが非圧縮性の流れであるとか言った「言い回し」が段々と理解出来てきて、全体像がつかめた気分になってくるから不思議なものです。

実際には、流体に対して多数のセンサーを配して実験がされることは余り無くて、厳密な適用はされにくいのですが、定性的な理解には大いに役だちますし数値解析でシミュレーションしていくことも出来る価値ある表式なのです。

ストークスの人脈

最後に、ストークスに関連した繋がりをご紹介します。現在、有名となっている「ストークスの定理」はもともとウィリアム・トムソン(ケルビン卿)がストークスに伝えたと言われています。そして、ストークスはその定理の有用性を認め、ケンブリッジ大学での数学の優等試験(トライポス)での諮問の中でその式を使いました。

絶対零度の単位で名を残すケルビン卿とストークスがつながるのです。そして、その試験を受けていたのは後の電磁気学の権威者となるマクスウェルだったのです。もちろん、マクスウェルは優秀な成績でこの試験に合格したと言われています。

絶対零度の人・ストークス・電磁気学の人・・・とつながるのです。物理の中では全然別の分野だったと思われた3人が関連していたのですが、こんな話からも当時のイギリスでは議論が盛んだったことも伺われますし、物理の世界は繋がっているのだなぁ、と実感できる筈です。

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2021/10/03_初稿投稿
2024/06/01_原稿改定

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(2021年10月時点での対応英訳)

Accurately write the name of Stokes

He holds the title of Sir George Gabriel Stokes, 1st Baronet, SIR and holds the Lucas position in Cambridge. Stokes left a remarkable job, especially in fluid mechanics, optics, and mathematics. Specific Stokes achievements

 

As a result, many people think that what is called Stokes is fluid mechanics. In particular, the expression formula called NS (Narvier Stokes) formula (table formula) is famous. As you become more accustomed to the formula, you will realize that it corresponds to Newton’s second law. However, the expressions peculiar to vector mechanics such as “rotation” and “divergence” are hard to realize.

However, if you trace the discussion carefully, you will gradually understand the “phrase” that the viscosity of the fluid and that it is an incompressible flow, and you will feel that you have grasped the whole picture. It’s strange. In reality, it is rare to experiment with a large number of sensors placed on a fluid, and it is difficult to apply it exactly, but it is very useful for qualitative understanding and simulated by numerical analysis. It is a valuable expression that can be taken.

Stokes connections

Finally, I would like to introduce the connections related to Stokes. It is said that William Thomson (Sir Kelvin) originally introduced the now-famous “Stokes theorem” to Stokes. Stokes then acknowledged the usefulness of the theorem and used it in his consultation at the University of Cambridge’s Mathematics Honors Exam (Tripos).

Sir Kelvin and Stokes, who leave their names in units of absolute zero, are connected. And it was Maxwell, who later became an authority on electromagnetism, who was taking the test. Of course, Maxwell is said to have passed this exam with excellent grades. It connects with people at absolute zero, Stokes, people with electromagnetics, and so on.

Three people who seemed to be in completely different fields in physics were related, but from such a story, it can be said that there was a lot of discussion in England at that time, and the world of physics was connected. You should be able to realize that you are there.

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【改訂】東大が量子コンピューターを2023年秋に導入
(IBM社製‗127量子ビット)

東大

こんにちはコウジです!
「東大が量子コンピューター」の原稿を改定します。
今回の主たる改定は新規追記分の補完です。
大分長いこと改定していませんでしたね。

初見の人が検索結果を見て記事内容が分かり易いように再推敲します。

SNSは戦略的に使っていきます。そして記述に誤解を生む表現がないかを
チェックし続けてます。ご意見・関連投稿は歓迎します。

(写真は従来の基盤の写真です)

以下投稿の内容は2023/04/22の
日経新聞記載の情報メインです。
現代の情報だと考えて下さい。

新聞記事を離れた所で冷静に考えていくと
税金の使い道の話でもあります。

日本国民の皆様が一緒になって考えて、
出来れば知恵を出し合えたら
より良い展開に
つながる類の話題なのです。しかし、
実のところ、大多数の日本国民は
「量子コンピュータ?言葉は聞くけれども…」
って感じで内容が議論されていません。
議論を喚起しましょう。

本記事では私論を中心に語ります。但し、
記載した量子ビット数は何度も確認しています。

ニュースのアナウンサーも語れる内容が少ない
のでしょう。
そんな中で東大本郷キャンバスでは
記者会見が開かれ、IBM社のフェローが
「有用な量子コンピューターの世界がすぐそこまで来ている」
と語っています。

物理学を専攻していた私でも多分野において下調べが必要です。
当面、「ラビ振動」、「共振器と量子ビットの間の空間」
「ミアンダの線路」、「量子誤り訂正」といった概念を
改めて理解し直さないと最新の性能が評価できません。

特に理化学研究所に導入された機種は
色々な情報が出ていて教育的です。対して
東大が導入するIBM社製の量子コンピューターは
トヨタ自動車やソニーグループなど日本企業12社での
協議会による利用を想定していて、
利益享受を受ける団体が限られています。
今後の課題として利用の解放(促進)が望まれます。 

東京大学が川崎拠点に導入

既に27量子ビットを導入している川崎拠点に2023年の秋に
127量子ビットの新鋭機を導入する予定です。
経済産業省は42億円の支援を通じて計算手法等の
実用面へ向けての課題を解決していく予定です。

一例としてJSR(素材メーカー)が「半導体向け材料の開発」
を想定して活用する方針を打ち出しているようですが
具体的にプロジェクトに参加する事で得られるメリットを
明確にする作業は大変そうです。

現時点での量子コンピューターの国内体制

報道では「量子ビット」の数に着目した表現が多いです。
実際に理化学研究所では2023年の3月に64量子ビットの
装置を導入して研究を進めています。

また、英国のオックスフォード・クァン・サーキッツ
は都内のデータセンターに今年の後半に量子コンピューター
を設置予定で外部企業の利用も想定しています。

対して米国のIBMでは433量子ビットのプロセッサーが開発
されていて、2023年度中には1000量子ビットの実現、
2025年度には4000量子ビット以上の実現を計画しています。 

EV電池開発に革新的貢献ができるか

一例としてIonQ社とHyundai Motor社は共同で
量子コンピューターに対する
バッテリー化学モデル
を開発しています。(2022年2月発表~)

実際に同社は新しい変分量子固有値ソルバー法
(VQE:Variational Quantum Eigensolver)を共同で開発してます。
開発目的はバッテリー化学におけるリチウム化合物や
化学的相互作用の研究への適用です。

 特定の最適化問題を解決するVQEは原理的に
量子コンピューターと親和性が良いです。
変分原理を使用し、ハミルトニアンの基底状態エネルギー、
動的物理システムの状態の時間変化率を考えていくのです。
計算上の限界で、既存システムでは精度に制約がりました。

 具体的に酸化リチウムの構造やエネルギーのシミュレーション
に使用する、量子コンピュータ上で動作可能な
バッテリー化学モデルを共同開発しています

リチウム電池の性能や安全性の向上、コストの低減が進めば
EV開発における最重要課題の解決に向けて効果は大きいです。
【実際、EV価格の半分くらいはバッテリーの価格だと言われています】

ハイブリット英会話スタイルで伸ばす「アクエス」
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2023/04/23_初稿投稿
2024/03/17‗改訂投稿

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日本での量子コンピューターの実現へ向け新会社設立【分子研が中心‗冷却原子方式採用】

次世代の高速計算機を商用化へ

国内のメーカーと国の研究機関が2024年度に新会社を立ち上げます。新会社が成功するためには、大事な事が思い浮かびますね。

まず、産業連携と協力:

他の企業や研究機関との連携が重要です。共同研究やパートナーシップを通じて、幅広い視点からの知見を取り入れること大事です。

そして、市場調査と需要予測:

顧客のニーズを正確に把握し、市場調査を行い、将来の需要を予測することが重要です。これにより、製品やサービスの開発において競争力を維持できます。

最後に、人材の確保と育成:

高度な技術を持った人材を確保し、彼らのスキルを磨くための継続的な教育プログラムを提供することが成功の鍵となります。アイディア出しの段階とは別に産業塾生の為に大事な時期があると考え、産業成長の為に尽力する人員が必要です。

日本の特技とプレーヤー

会社としてプレーヤーとして名乗りを上げているのは富士通、日立製作所、NEC、浜松フォトニクス、スタートアップのblueqatやグルーヴノーツが参加する予定です。

国の研究機関としては自然科学研究機構・分子科学研究所(分子研・愛知県岡崎市)が中心となり新会社を設立する模様です。こうした事業で想定される予算の流れを考えると出資比率に伴い、国から各社に補助金がつく形となる事でしょう。詳細は今後決めていくようです。また他機関としての日本投資銀行も参画します。

超伝導方式と冷却原子方式

今回の量子素子(従来コンピューターでのビットに相当)を実現する
ハードウェアは「冷却原子方式」と呼ばれる新しいタイプです。

理化学研や米IBMが超伝導方式(今のスタンダード)を採用
しているのに対して、新団体の方式は絶対零度近くに冷やした
ルビジウム電子を使います。

「原子1個1個を高精度で捕捉できる「光ピンセット」と呼ぶ技術の発達」

を使っている所がポイントです。
従来方式より技術的なメリットが出てきます。

夫々の方式で計算時のエラー対策や素子の集積化など課題
はありますが冷却原子方式の方が超伝導方式に比べて
素子の安定性が高く集積化にも有利ではないかと言われています。

【分子科学研・大森氏のコメント】

開発の課題

全体的な目論みとしては日本独自の将来の国際競争力を確保する目論見
がありそうです。2024年2月の時点での大きな進展として、新方式での
計算原理で大事になってくる「操作」に関わる時間を大幅に短縮しました。
分子研の大森賢治教授らが独自のレーザー技術で基本操作を10ナノ秒以下の
短時間で実現しています。
(原理的には2022年に英国の雑誌に発表しています)

また、
競合としてハーバード大学とその関係者(クエラ・コンピューティング)
が居て日米での競争となっています。

最後に
著者は急速に発展する量子コンピューターと
AIの技術進展が同時期に起きている事情に鑑み
この二者が関連しているのではないかという視点
を込めて今後の考察を進めていきます。
「何となく」
って感覚も大事ですよね。

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2024/03/06_初回投稿

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物質同士が真空で引き合う?!3/1改訂【狭い空間でのカシミール効果とその検証】

こんにちはコウジです!
「カシミール効果」の原稿を改定します。
今回の主たる改定はAI情報の再考です。また、

初見の人が検索結果を見て記事内容が分かり易いように再推敲します。

SNSは戦略的に使っていきます。そして記述に誤解を生む表現がないかを
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カシミール効果の検証

先ず本稿は2024年1月7日の記事からの情報で起草しています。近接した2つの物体が量子力学的な効果で引き合うという現象です。

電磁力でもなく万有引力でもない力でマクロなスケールの物体が引かれ合う現象は不可思議だと言えますが、正に量子的な効果だと言えます。

蘭ヘンドリク・カシミール

そもそも、こうした現象は理論的に予言されていました!!オランダのヘンドリックカシミールが真空中で生じると1948年に予想していたのです。

量子力学的に考えて、板の内側の狭い空間(数十nm)での真空状態を考えた時に板の内側での波動関数が外側と異なる筈なのです。結果として板同士が引き合う力が生じます。板の内側の波動関数の方が外側よりも秩序を持っているからだとも言えますね。エネルギーに相当する振動(波)を観測する作業となります。

ゆらぎの効果と制御

カシミール効果の検証は困難でしたが技術の進展に伴い、最近観測されるようになりました。1997年に実験で確かめられています。(参考:京都大学での測定

産業ではトヨタ中研でロードベアリングでの応用を考えているそうです。またMEMS(超微小電気機械システム)への応用が検討されています。江崎ダイオードを実用化したように独自の技術が期待できますね。

名大での2012年の実験

そもそも「ゆらぎの」現象が顕著となる設定は不確定性原理を十分に考察する必要があります。

その不確定性原理を覆す観測が2012年に名古屋大学で報告されています。

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物質同士が真空で引き合う?!【狭い空間でのカシミール効果とその検証】

カシミール効果の検証

先ず本稿は2024年1月7日の記事からの情報で起草しています。近接した2つの物体が量子力学的な効果で引き合うという現象です。

電磁力でもなく万有引力でもない力でマクロなスケールの物体が引かれ合う現象は不可思議だと言えますが、正に量子的な効果だと言えます。

蘭ヘンドリク・カシミール

そもそも、こうした現象は理論的に予言されていました!!オランダのヘンドリックカシミールが真空中で生じると1948年に予想していたのです。

量子力学的に考えて、板の内側の狭い空間(数十nm)での真空状態を考えた時に板の内側での波動関数が外側と異なる筈なのです。結果として板同士が引き合う力が生じます。板の内側の波動関数の方が外側よりも秩序を持っているからだとも言えますね。エネルギーに相当する振動(波)を観測する作業となります。

ゆらぎの効果と制御

カシミール効果の検証は困難でしたが技術の進展に伴い、最近観測されるようになりました。1997年に実験で確かめられています。(参考:京都大学での測定

産業ではトヨタ中研でロードベアリングでの応用を考えているそうです。またMEMS(超微小電気機械システム)への応用が検討されています。江崎ダイオードを実用化したように独自の技術が期待できますね。

名大での2012年の実験

そもそも「ゆらぎの」現象が顕著となる設定は不確定性原理を十分に考察する必要があります。

その不確定性原理を覆す観測が2012年に名古屋大学で報告されています。

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2024/02/18_ 初稿投稿
2024/02/29_改訂投稿

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AIでの考察(参考‗以下8行)
【量子力学において、物体が近接している状況では、電磁力や重力といった古典的な力だけでなく、】
【量子効果によっても相互作用が起こります。これは「量子力学的な引力」と呼ばれることがあります。】
【具体的な例としては、カスミール効果が挙げられます。これは、2つの平行な平板が非常に近接していると、】
【真空中における零点振動により、これらの平板が引き合う現象です。カスミール効果は量子場論の一部であり、】
【真空中の量子フラクトゥエーションによって引き起こされるものです。】
【このような量子的な引力効果は、通常の重力や電磁気力とは異なる特性を持ち、微小な距離や】
【微小なスケールでの相互作用に関与します。これは古典的な物理学の範疇を超えるものであり、】
【近年ではナノテクノロジーや微小な物体の挙動の理解において重要な要素となっています。】

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