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第68回ノーベル化学賞 オンサーガーの相反定理の発見、不可逆過程の熱力学への貢献

 熱力学とは何か?


 熱力学(thermodynamics)とは、物理学の一分野で、熱現象を物質の巨視的性質から扱う学問。アボガドロ定数個程度の分子から成る物質の巨視的な性質を巨視的な物理量(エネルギー、温度、エントロピー、圧力、体積、物質量または分子数、化学ポテンシャルなど)を用いて記述する。


 1842年、熱をエネルギーの一形態と考えエネルギー保存の法則(つまり熱力学第一法則)をはじめて提唱したのはマイヤーであった。それ以前、熱は物質と考えられていた。そして、ほぼ同時期にジュールが行った実験などから、トムソンらと共同して熱力学第一法則は明らかにされた。


 熱は物質でないことがわかり、エネルギーの1つとして定義された。その熱エネルギーの性質を表したのが、熱力学第二法則である。一言でいうと「エントロピー増大の原理」といえる。熱エネルギーは外から仕事を加えない限り、熱いものから冷たいものへと移っていく。また、すべてのエネルギーは最終的には熱エネルギーになってしまう。


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参考 Wikipedia: https://ja.wikipedia.org/wiki/ラルス・オンサーガー

不可逆過程の物理―日本統計物理学史から (数理物理シリーズ)
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オンサーガーの不可逆過程の熱力学
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2018-05-16(Wed)
 

第68回ノーベル物理学賞 ルイス・ウォルター・アルヴァレズ「水素泡箱による素粒子の共鳴状態に関する研究」

 素粒子の世界を求めて


 ドルトンの原子説が正しいことが分かると、今度は原子よりも微細な原子核の世界を探索することになったのは自然な流れだった。


 次に観察しようとしているのは、原子核よりも小さな素粒子だった。物理学者は原子核に粒子をぶつけることによって素粒子を調べる。原子核をその構成要素にバラバラにするエネルギーを持った粒子をぶつけるのが望ましい。そして、バラバラになった素粒子を観察する道具が必要だ。


 その道具が霧箱や泡箱と呼ばれるものだ。霧箱は、もともとは1894年ころにスコットランド人の科学者で、雲、霧、雨の物理に興味を持っていたC.T.R.ウィルソン博士によって発明された装置である。この装置の発明により電気を帯びた粒子(荷電粒子)の通過した跡(軌跡)が目に見えるようになり、反応の写真を撮ることもできるようになった。


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参考 Wikipedia: https://ja.wikipedia.org/wiki/ルイス・ウォルター・アルヴァレズ

現代素粒子物理 実験的観点からみる標準理論
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Newtonライト『素粒子のきほん』 (ニュートンムック)
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2018-05-15(Tue)
 

第67回ノーベル生理学・医学賞 ウォルド・グラニド・ハートライン「視覚の化学的生理学的基礎過程に関する発見」

 視覚の複雑な仕組み


 私たちの視覚はどのように光の形や色を感じて認識しているのだろうか?


 私たちの眼の網膜の奥には、光を感じることができる視細胞がある。視細胞には、暗い光にも反応するが色を識別できない桿体細胞(杆体細胞)と、明るい光にしか反応しないが色を識別できる錐体細胞がある。錐体細胞は黄斑部を中心に分布している。


 桿体細胞は錐体細胞よりも数が多く、主に網膜の周辺部にたくさん分布している。眼はこの2種類の視細胞によって、網膜に結んだ物体の像の明暗や色や形をとらえる仕組みになっている。


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参考 Wikipedia: https://ja.wikipedia.org/wiki/ジョージ・ワルド

視覚ミステリーえほん
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感覚のふしぎシリーズ第1回 視覚のしくみ
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2018-01-17(Wed)
 

第67回ノーベル化学賞 アイゲン・ノーリッシュ・ポーター「短時間エネルギーパルスによる高速化学反応の研究」

 高速化学反応の分析法


 化学反応には速く起こるものと、ゆっくり起こるものがある。鉄の腐食はさびができる反応であり、遅い反応である。木の燃焼などは反応速度の速い反応である。ゆっくりとした反応では、反応の途中にできた物質をゆっくり確認できるが、高速反応の途中にできる中間物質はどのように調べればよいのだろうか?


 現在、高速反応中にできる化学物質は短パルス光を当て、光分析機器(分光光度計)で、化学物質の光吸収(吸光光度計)や 発光の強度を測定することで調べることができる。この光化学分析法を開発した研究が1967年のノーベル化学賞を受賞した。


 1967年のノーベル化学賞の受賞理由は「短時間エネルギーパルスによる高速化学反応の研究」である。これは分子化学の研究領域で「反応速度論」「反応動力学」と呼ばれる領域の化学賞となった。



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参考 Wikipedia: https://ja.wikipedia.org/wiki/マンフレート・アイゲン

反応速度論 第3版
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東京化学同人
数学いらずの化学反応論―反応速度の基本概念を理解するために
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化学同人

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2018-01-16(Tue)
 

第67回ノーベル物理学賞 ハンス・ベーテ「原子核反応理論への貢献、特に星の内部におけるエネルギー生成に関する発見」

 太陽はどうやって燃えているのだろうか?


 太陽はどうやって燃えているのだろうか?


 そう核融合反応で燃えている。我が国では広島・長崎に投下された原子爆弾や東日本大震災による福島第一原子力発電所の事故があったので、核分裂反応はよく知られているが核融合反応にはあまりなじみがない。しかし、驚いたことに核融合の理論は1920年、核分裂の理論は1938年に発表されている。


 太陽が行っている核融合反応は、4つの水素(H)の原子核が融合して、1つのヘリウム(He)の原子核になるというものである。これを「陽子-陽子連鎖反応」という。   4H → He  (1.008kg)→(1.001kg)



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参考 Wikipedia: https://ja.wikipedia.org/wiki/ハンス・ベーテ

SUPERサイエンス 人類の未来を変える核融合エネルギー
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2018-01-15(Mon)
 
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