先端物理学特論 寺崎担当 感想＆質問
皆さんの感想を読みました。おおむね好評で何よりです。この講義をきっかけに、物性物理学に関心をもってくれた学生が一人でも増えることを期待します。講義に出られなかったひとにも、魅力を教えてあげましょう。質問に対する回答は青字で示しています。
-
電子の氷が電流でとけるという性質から半導体と同じような作用が持たせられることが出きるのに驚きました。面白くて役に立つ物質の物理学というのは、自分のモチベーション的にも実利的にも非常に魅力的に感じました
-
物質科学の方が役に立ちそうで面白そうだと思った
-
話してくださった内容の面白さは伝わりました。いろいろ知らなかった単語があるので調べたいと思います。量子した磁束は互いに反発すると言っていたが、それは量子化のためですか？それとも電気力線は仮想のものだが反発すると聞いたのでそれと同じですか
はい、基本的には同じです。ただし量子化磁束は実在する「物体」なので、その磁場の分布を具体的に数式で書き下すことができます。したがって、一つの量子化磁束が作る磁場によるもう一つの量子化磁束が感じる力を計算できます。それは斥力です。 -
私は宇宙論に興味があり、物理学科に来ましたが、今日の講義を聞いて物質の方にも進みたいと思いました。以下に質問を載せます
-
電子の液晶、液体、気体、固体というがイメージできません。電子はどうして液体とか固体として存在できるのですか？
金属の中の電子は1ccあたり１モルくらい詰まっています。それらが規則正しく並んでいないで金属の中を自由に飛び回っている状態は「気体」のように思えませんか？ これらの自由電子が互いに相互作用をし始め、ドロドロになってゆっくりしか動けなくなった状態が「強相関電子液体」です。その究極の状態が「重い電子」と呼ばれ、M研のテーマです。もっと相互作用が強くなると、自由電子は自由を失い動けなくなり、規則正しく整列します。それが電子の固体です。 -
磁場の結晶もイメージできません。磁場も物質なのですか？
よい質問です。実はこの分野ではvortex matterなる言葉があります。googleで検索してみてください。たくさんヒットします。この意味するところは、まさに磁束を物質と見ようということです。
-
-
銀河の隣に別の銀河がきやすいのは驚いた。スケールが全然違うのに宇宙と電子で似たようなことが起こるのは感動した。磁束が凍るという感覚が今までわからなかったけど、画像でみることができて感動した。
-
意外と多くのことを研究していると思った
-
私は物性に対して何かしら地味なイメージを持っていた。しかし、実際には大変夢とやりがいのある分野であることがわかった。私がもっとも興味を持ったのは「排熱から電気を作るセラミックス」である。そのセラミックスを使って湯のみを作れば面白いのではないかと考えた
-
ノーベル賞は何十年も前の研究が評価されるものだと思っていたので、物質科学に間するものは割と最近の研究が多いということに驚きました。物質科学の発見は製品などとして一般に広がるのが速いからそうなのでしょう
-
通常の物質だけでなく電磁気の分野にも相転移という現象が見られることに驚いた
-
説明がとてもわかりやすく、楽しく聞けた。物質科学の魅力が伝わってきた
-
色んな物性の話が聞けた楽しかったです。電子が凍るなんてことは初めて聞いて驚きました。先生のおっしゃるとおりの物理のロマンを僕も持っているので、とても共感できるお話でした。面白い授業だったので、次回も行きます
-
物性というのも面白いなと感じた。言われてみると確かに、流れている水はなぜ凍らないのだろうか、とか身の回りにも不思議なことが多いなと感じた
-
Cosmology in the labに憧れます。非平衡統計力学の「電流でとける電子の氷」の話は、磁束や電子が凍るというようなことを考えたこともなかったので驚きました。「流れる水は凍らない」は、今日お聞きするまで気づきませんでした。身近な内容で考えたこともなかったことを聞くことができたのはとてもよかったと思いました。
-
僕は、まだやりたいことが決まっていなかったので、物性も面白そうだということに気づけてよかったです。面白くて役に立つ物理を私もやりたいです。ありがとうございました
-
今、行われている研究を、自分たちのような基礎的な学問を学んでいない人たちにもわかりやすい説明をされたので、とても感動しました。Webなどを効果的に用いて、自分たちの身近なものにしようとしているところもよいと思いました。今回の講義を受けて、物理学に対してとても興味がわきました。物質科学というものは、とても面白そうだと思いました。そのような研究にかかわるため、今の基礎的な学問を真面目に取り組もうという意欲がとても沸きました。寺崎先生は学生のときにどのような研究がしたいか具体的なことはありましたか？
私は学部のころは生物を物理学で理解したいと思っていました。たとえば、光合成のエネルギーの一部を電気エネルギーに変えられれば、炭酸ガスを減らして、食料を作ると同時に電気も作れますね。そんな野菜（それとも有機エレクトロニクス？）を作り出せば、環境と食料とエネルギー問題を同時に解決できるでしょう。そのような研究のためには、固体物理学で使う理論が役立つと思い、物性の実験の研究室に進みました。そこで新物質の発見の感動に取り憑かれ、いまの自分がありますが、有機物とかエネルギー変換とか、当時思い描いた夢の一部を実現していますかねえ。 -
話が聞きやすかったです。熱力学の第2法則が破れるということですが、エントロピーの増減の具体的な境界線はありますか？
もちろん、熱力学の第2法則がマクロな系の長時間平均で破れることはないのです。しかし短い時間でナノスケールの大きさではエントロピーのゆらぎが大きく、第2法則は破れます。生物は、そのような「ゆらぎ」を上手に使っているのではないかと考えている研究者もいます。たとえば大阪大学の柳田敏雄先生はその一人です（名古屋大物理学科の大沢名誉教授の教えを受けておられます）
http://www.brh.co.jp/s_library/j_site/scientistweb/no58/index.html
を参照ください -
面白くて役に立つ研究をされているというところにとても興味が沸きました。自分はいまM1で、4年生のときの卒業研究で、ふと自分のやっている研究の必要性に疑問を持ったことがあります。役に立つというのは研究の大きなモティベーションになると感じました
-
電子の氷、磁束の氷ってなんだろうと思ったが、なんとなく面白そうで気になる。水は流れていたら凍らないというのは当たり前だと思っていたが、よく考えたらよく分からない話なんだと改めて感じた
-
電子や磁束について考えたことがなかったので、それらが凍る、溶けるという内容は興味深かった。（熱電変換は）家庭でも、お湯を沸かしながら充電できるようになると便利だと思う。早く一般にも使えるようになってほしい
-
多くなると何かが変わるというのは、言われてみると確かにそうだと意外なところをつかれたと思った。実用的でしかも研究として面白いというのは研究する人としてはかなりお得感があるな、と思う
-
相転移とかのMore is differentですが、これはたくさん集まることで単純な元々の法則が複雑になっているのでしょうか、それとも集まることで新しい法則ができているのでしょうか。後者だと物理を無数に階層分けしないといけないような・・・
よいポイントをついています。たくさん集まることで新しい機能が発現するのですが、基本法則自体は単純なままです。電子同士の相互作用は電磁気学で学んだクーロン相互作用だけです。それで多様な物性が発現するのです。とはいえ、階層性の問題は、現実にはまだ解決していません。基本法則ではなく、もの同士の関わり方が問題になるからです。難しいですが、大野克嗣先生の「非線形な世界」（東大出版会）
http://web.me.com/oono/Y_OONO_official_site/home.htmlの１、２章あたりを読むと、参考になるかも知れません。
-
電流を流すと電子の氷が溶けるという話、面白かったです。でもその前に磁場で溶ける話がありましたね。電流を流すと磁場がでると思うのですが、どっちが直接の影響だったのでしょう？
電流で溶けるのは電子の氷で、磁場で溶けるのは磁束量子の氷です。電子の氷は磁場に対しては溶けないのです。ですので電流が作る磁場程度ではびくともしません。反対に、量子化磁束の氷は電流によってできる磁場で溶けます。 -
新しい研究室とおっしゃいましたが、いつぐらいに研究室を訪問してよろしいでしょうか。V研に興味があります。
いつでもOKですよ。理学館の416号室が寺崎の居室です。418号室に行けば、誰かいます（午後がいいが）。ただし、寺崎に会うならば、事前にメールでアポイントをとってください。そうでないといないことも多いので。メールアドレスはterra@cc.nagoya-u.ac.jp です -
結晶の話が面白かったです。長さや時間に最小単位は存在しますか？
数学的な意味ならば存在しません。しかし量子力学や相対性理論を考えると、非常に短い空間や時間はエネルギーが大きくなります。たとえば、電子軌道のスケールでは、ニュートンの法則は破綻して、位置と運動量を同時に決められません。強い重力場が短い長さに閉じ込められていると、我々の空間の通常の幾何学が使えないと信じられています。 -
私はどちらかというと素粒子や宇宙に関心がありますが、今回の講義を聞いて物性分野もすべてつながっているというか、物理学という学問の基盤になっている考え方みたいなものを感じました。分野にとらわれることなく科学の考え方を大事にしたいと思いました
-
電子と宇宙の不均一が似ている部分を持つというのは神秘的だと思います。電子や磁束が凍るという現象は知らなかったので驚きました。電子が凍るというのは水が凍るように複数の分子の結合によって氷の状態になるのではなく、電子1個それ自体が凍るということですか
電子の氷も、H2Oの氷と同じく、膨大な数の電子が集まってはじめて実現します。この場合は電子同士に強いクーロン斥力が働くために、電子が互いに避け合いながら等間隔に凍結するのです。 -
宇宙のことを実験室で考えるというのは面白いと思いました。
-
液晶って何ですか
みなさんのPCの表示画面に使われているのが液晶ディスプレイです。液晶とは棒状の高分子がたくさん集まってできる、固体と液体の中間的な性格をもった相のことです。ちょうど、お茶に浮かぶ茶柱のように、棒状の高分子が、ある方向を向いて並んでいるが、分子の重心位置に規則性がないという状態をネマティック相といいます。このような状態は低い電場などでたやすく向きを変えられ、偏光を制御でき、ディスプレイにRGBの色を作り出します -
流れる電子の凍る温度ってありますか？
あります。電子の氷は電荷秩序と呼ばれる相転移現象で、転移温度があります。有機サイリスタの場合はやや微妙ですが、だいたい20K前後です
-
-
光ピンセットというものをはじめて知りました。大変興味深いです。実際に役に立つものを研究できる分野に進みたいと思っています。どの分野でどんな研究ができるのか知れるはとてもありがたいです。
-
溶けていくものを氷とするのですか？ 電子や磁束が凍るという概念がよく分からないです
この講義では、X線とか中性子線で回折現象を引き起こすものを「氷」と言いました。むしろ結晶と言った方がいいですかね。回折を起こすということは、ミクロな物体が規則的に整列している証拠であり、食塩や氷や金属では原子が規則正しく並んで結晶を形作っています。そのような規則的な整列を電子や磁束が起こしたとすれば、それは結晶、氷と呼んでいいと思いませんか？
-
-
面白かったです。特に流れる物質は凍りにくいということについて、改めて考えさせられました。きっと、私たちが経験則として当たり前に知っていることを、学問として応用したり、その仕組を調べたりできることは、まだまだたくさんあると思うので、いろいろ探してみたいと感じました。
-
原子は意志を持たないのに生物は意志を持つのはなぜか、と言う疑問を持っているのですが、そんな研究ができるのは物性ですか
残念ながら、これは物性物理ではないですね。生物物理でもないかもれない。いま、それを研究するなら、生物学か脳科学かですかね。私は、はるかな目標に生命の理解を置いていますが、君の疑問はもっと難しいですね。生命と無生命の違いがわかったとして、意識の問題はさらにその先にありますから。
-
-
物質の物理学について、研究やノーベル賞の受賞数の多さに驚いた。今までは宇宙と素粒子、物性、生物物理はあまり関わりがないと思っていたが、講義を通じてその印象は大きく変わった。特に実験室の中の宇宙論は興味深かった
-
とっても面白くて聞きやすい講義で、物質科学に興味を引かれました
-
物性物理に興味をひくものが宇宙と同じくらいあって、久しぶりに物理の面白さに刺激されました
-
普遍性と多様性のバランスが崩れる、のイメージが沸かないです
まあ、あまり真面目に考える必要はありません。物性物理に様々な分野があり、多くの研究テーマがあるので、ふと気がつくと、すごく狭い分野だけしか興味を持たない「たこつぼ型研究者」になってしまう危険性があるということを言いたかったのです。その点、素粒子・宇宙は問題点がクリアで、数えるほどしか重要なテーマがないので、研究がブレませんよね。
-
-
いままで素粒子や宇宙にとても興味があったが、今日の講義を受けて物性の研究にもとても興味が沸いた。特に電子の氷の話はとても面白かったです
-
ぼくも物理っぽい物理より、今日みたいな広い物理学の方が好きです
-
水の研究の難しさについて教えてください。液体だから難しいのですか？水だから特に難しいのですか？
水だからです。H2Oは、氷になるときH2O同士が水素結合で凍ります。この水素結合というのが曲者で、水素原子は量子力学的にゆらいでいます。その状態が圧力と温度によって絶妙に切り替わるので、氷は10種類以上の相を持ちます。氷の物理については、たとえば
http://www.sci.osaka-cu.ac.jp/phys/crys/ice/lect5.html
http://www.sci.osaka-cu.ac.jp/phys/crys/ice/lect6.htmlを参照ください
-
身近な物質を取り上げても物理学がたくさん含まれていることがよく分かりました
-
最少の原理と多様性の間のギャップが面白いと思った
-
物性に様々な分野が存在していて、多くの中から自分のやりたい分野を細かく選択できることに驚いた。電子が凍るというのは今まで考えたことがなくて興味が沸いた。物性物理は暮らしに直結していく分野だと感じ面白いと思った
-
ナノやピコの世界でエントロピーが減ることが実験的に示せたことによってどんなことがわかるのですか？単に熱力学の第2法則が小さな世界では破れることが分かっただけなのか、それによって新しい研究が進んでいますか？
専門的になりますが、非平衡統計力学で提案されていた「ゆらぎ定理」というものがあり、それが実験的に検証されたことが物理学としての成果です。これは大きな一歩だと思います。我々の非平衡統計の理解は大変幼稚ですから。もう一つは、ゆらぎ定理に支配されているような、生体機能分子の振る舞いが生命活動につながっているのではないかという期待を与えています。すでに回答しましたが、たとえば大阪大学の柳田敏雄先生
http://www.brh.co.jp/s_library/j_site/scientistweb/no58/index.html
の記事を参照ください -
物質科学はあまり興味がありませんでしたが、講義を聞かせていただいて面白そうだなと思いました。ありがとうございました
-
物性は研究範囲も広くて、宇宙や素粒子、生物のような研究内容も含んでいることをはじめて知った。少し物性に興味が沸いてきた
-
身の回りの当たりまえがなぜかを調べたり、多く集めると性質が変わるなど、いままであまり考えたことがなかったが、とても面白かったです。固体が液体よりも密度が小さいのはあまりないというのを聞いたことがあるのですが、なぜそのようなことが起こるのかわかっているのですか？
大体、わかっています。H2Oは隣のH2Oと水素結合で結ばれるのですが、水素結合したHは量子揺らぎのために、氷になるときにHとOの距離を離すのです。上でもあげましたが、
http://www.sci.osaka-cu.ac.jp/phys/crys/ice/lect5.html
を参照ください -
面白かったです。今回の講義は工業とも大きな関わりがある分野が多かったが、他の組織（工学研究科）とも交流しますか
もちろんですよ。昨年まで、私たちの研究室は20ヶ所くらいの研究機関と共同研究しました。たとえば、東大、京大、東北大、阪大、岡山大、カリフォルニア大、バーミンガム大、カーン大、ブリストル大、ヘルシンキ工科大などなど。分野も工学、化学、材料などさまざまです。 -
水を沸かしながらその熱を利用して電気を作るとエネルギーが分割されるだけで、結果的に水を沸かすのと電気を作るのを別々に行った場合に必要なエネルギーの総量は変わらない気がするのですが、違いますか？
よい質問です。エネルギーの保存則だけが使えればまさにそのとおりです。しかし熱の物理学には熱力学の第2法則があり、熱のエネルギーは100％仕事に転換できないということがわかっています。したがってどうしても低温に捨てる熱なしにお湯を沸かすことができません。低温に捨てる熱からも電力を回収する技術が熱電変換と呼ばれます。もちろん熱を電気に変換しても第2法則はあるので、やっぱり排熱は出ます。でも、何もしないよりはマシなのです。 -
流れで溶ける水のあたりは面白かったです。他学科の科学者に自分の専門の実験をわかりやすいようにすると言いましたが具体的には？
まあ練習あるのみですがね。私は異分野が集まる国際会議が好きで、よく招待もされます。そこでは異分野の研究者同士がお互いに自らの分野の魅力を平易な言葉で語りあります。 -
僕はいままで本質的なことがわかればすべてわかるというような考えで物理を見てきたし、そのため素粒子系の研究に主に興味があったわけですが、More is differentの考え方をあらためて知って、やっぱりそういう分野も面白いかもしれないと感じました。流れる水は凍らない、は面白いです。また面白いテーマがあったら自分から勉強してみたいと思います。
-
エントロピーが瞬間的に減少するという話ですが、瞬間的、短い間がどれほど短いのかわかりませんが、エントロピー増大が物理の基本法則ではなく、単なる分子のランダムな運動の巨視的見方とするならば、一瞬だけ多くの分子が1点へ向かうようなことがあっても不思議じゃないと思います。さすがに溶けた角砂糖が、一瞬だけ元に戻ると言っているわけではないのだから。でもその確率もゼロではないわけで、「エントロピーは常に増大する」という法則は基本法則ではないのではと思います。というか、これが示されたことは本当に驚くようなことなのでしょうか？
まず、強調しておきたいのは熱力学の第2法則は、ニュートンの法則、マックスウェルの方程式に並ぶ、古典物理学の基本法則です。これがいかにミクロな視点から導けるか、が統計力学のミッションです。その意味で第2法則の破れというのは大変にショッキングなタイトルです。これから君は熱力学を学ぶと思いますが、ぜひ「第2法則は基本法則ではないのでは？」という批判的視点で取り組んでみてください。受身でうける講義よりよほど深く勉強できるでしょう。この研究の意義は上にも述べましたが、非平衡統計力学で提案されていた「ゆらぎ定理」というものがあり、それが実験的に検証されたことが物理学としての成果です。これは大きな一歩だと思います。我々の非平衡統計の理解は大変幼稚ですから。
-
以上