電磁気学 の発達は不自然　化学の発達との比較（トム・ベアデンの手紙を受けて）

トム・ベアデンの手紙（Tom Bearden’s Response to ARPA-E） に 電磁気学 の発達は、金融資本家であるＪ・Ｐ・モルガンの命令により歪められたと指摘されています。そこで 電磁気学 の歴史と化学の発達史とを比較しました。

写真１　出典：ジョン・モルガン

化学の発達は１８世紀後半からの産業革命と切り離せないものがあります。

図１　出典：Ｔｅｃｈ　Ｎｏｔｅ

図１によれば無機化学の基盤が整ったのは１７４０年～１７８０年にかけてであり、火薬や写真・塗料への展開が続きます。１８２０年頃からは種々の化学工業が興り、有機化学工業の基盤が成立したのもこの頃です。　図１を参考にしながら、物理学上の発見と電磁気学の発展を「原子」という視点から整理しました。

図２

左に原子の模型を置き、右欄に電磁気学・化学・原子の構造が発見されたトピックを年代別に並べました。　原子模型は中心に原子核があり、周囲に主な殻電子の配列を入れました。一番下の電子は原子の外にある電子を意味します。この原子の構造という視点で見たとき、化学の発達は自然だと感じます。

化学は１８世紀後半からの産業革命により発達し始めるとともに、１８６９年にメンデレエフによって元素の周期律表が整備されました。しかしこの頃はまだ元素がどのようなもので出来上がっているかと云うことはわかっていませんでした。（物質が原子で出来ているという説はギリシア時代からあったようです。）　物理学者たちによる物質の成り立ち探求にかかる歴史は続きました。

• １８９６年　ベクレルにより放射能が発見される
• １９１１年　ラザフォードによる原子核の発見
• １９１３年　ボーアによる原子模型

こうして、１９１３年にモーズリーによって元素の周期律表において、原子番号と原子核の電荷との対応が説明されました。　化学の発達は、現実の産業の必要性とともに物理学の発達によって元素の説明が原子の構造から来ると説明されることで促されていったと云うことです。　そこで、図２の右側に化学の物性は原子の構造から来ているという意味で括弧にて括りました。

では、電磁気学はというと大凡次の流れになります。（上記と一部重複します。）

• １８００年代初頭頃からの電磁気現象の研究
• １８６４年　マクスウェルによる電磁方程式（２０の変数を持つ２０の常微分方程式：原方程式）
• １８８４年頃　ヘビサイド、ギブス、ローレンツ（Lorentz）らによるマクスウェル方程式（ベクトル表記）
• １８９６年　ベクレルにより放射能が発見される
• １９１１年　ラザフォードによる原子核の発見
• １９１３年　ボーアによる原子模型
• １９１８年　ラザフォードによる陽子の発見
• １９３２年　チャドウィックによる中性子の発見

電磁気学はほぼ電子の挙動を記述したものです。その内物質の磁性に関しては、主に原子の殻電子の配列によって生じます。　そこで、図２において電磁気学は殻電子と下に配置した原子の外の電子とを括弧で括りました。　原子核は電磁気学の確立した時点では発見されていませんでした。

原子核が陽子と中性子で出来ていることがわかったならば、 電磁気学 も化学の発達経緯と同じく原子核からの修正を受けてよいと考えます。現実はそうではありませんでした。これはとても奇妙なことです。　事実、手元にある電気磁気学の教科書２冊に関して、原子あるいは原子核の記述を調べてみましたところ、原子の記述はほぼありませんでした。

1. 電気磁気学（改訂版）発行（社）電気学会・・・・・・・・・・・３７０ページの内、原子に関する記述「原子の本質:２ページ」、「原子分極：２ページ」の２箇所
2. 工学系の基礎電磁気学　発行　マグロウヒル出版（株）・・・・・・３１０ページの内、原子に関する記述は無し

負の電荷を持つ電子と同じ量の正の電荷を持つ陽子が発見されたにもかかわらず電磁気学は原子核と核外の電子との相互作用に関して、その有無を含めて検討されていないように思います。とてもバランスを欠いていると感じます。　それでいて先般の記事　「とね日記　自然法則：量子力学による古典物理学の謎の解明」から引用したとおり高名な物理学者ファインマンは次のように述べています。ファインマン物理学「電磁気学」岩波書店刊：第１７章「誘導法則」１７－１より引用します。

われわれは物理学のほかの所ではどこにも、このように単純で正確な一般法則がほんとうの理解のために二つのちがった現象による分析を必要とする場合を知らない。普通はこのような美しい一般化は唯一つの深い、基礎原理から導かれることがわかる。しかるに、今の場合にはこのような深い意味は見られない。われわれは”規則”を二つの全く別の現象を結び合わせた効果と理解するより仕方がない。

２つの違った現象によると理解しながらも、数式が美しいからといってそのまま飲み込んだということです。とね日記に記されているように今までも謎のままだったということです。　２つの違った現象の内の１つが原子核と周囲の電子との相互作用かも知れないという発想が出てこなかったのかとても不思議です。　管理人は、実際にやってみて、そうだと感じます。

 

管理人はゲージ理論が理解できていません。それがどこから出てきたのか、いったい何時何処で誰が力の伝わり方について、近接作用だと判断したのかわかりませんでした。　今回、経緯を調べている内にゲージ場の理論は電磁気学から出てきたのだと知りました。これはとても驚きでした。　素粒子物理学の大系を図で示します。

図３　出典：意外と素粒子に関係あるメモの図を元に加筆修正

コメントにて教えていただいた井口和基氏のブログ記事「物質の原子論」vs「力の原子論」：「物理の若者よ、夏休みに夏目論文を読め！」に出てくる夏目賢一博士の論文「ファラデーの電磁気学研究における力・力能・粒子」はリンク切れなので、改めてリンクを貼っておきます。　internet archivesより「ファラデーの電磁気学研究における力・力能・粒子」

夏目博士の論文の序論Ｐ９から一部引用します。

このように困難な研究対象ではあったが、電磁気の作用については主に二つの立場から研究が進められた。一つめは、いわゆる近接作用説であり、可感ではないにせよ何らかの媒体の存在を仮定して、そのふるまいを論じることで現象を説明しようとする研究であった。二つめは、いわゆる遠隔作用説であり、作用が万有引力のような中心力として及ぼされていると仮定して、その中心力のあり方を調べようとする研究であった。

この分類からすると、ファラデーの研究は近接作用説に属することになる。ファラデーは、「物体は、それが存在しないところには作用しない」として遠隔作用説を否定し、力線と物質粒子の存在によって電磁気の作用を説明しようとしたからである。

注）ここで「可感」とは、「感覚を通じて外的な可感的事物を観察できる」ことのようです。

筆者はファラデーが近接作用説に属すると述べています。　また、wikiによればゲージ理論の歴史について「ゲージ変換の自由度を持った最初の理論は電磁気学における、1864年のマクスウェル(James Clerk Maxwell)による電磁場の公式である」とあります。　１８６４年のマクスウェル方程式は、冒頭の図２並びに箇条書きに示した様に、マクスウェルが出した（原）方程式の方です。　１８８４年頃にギブス等が出したベクトル表記の４つのマクスウェル方程式では無いということです。注）論文では１８６４年とありますが、ゲージ変換が本当に原方程式からなのか、ベクトル表記の方から出されたものなのか未確認です。

実験的事実として電子が粒子で、波動性の二重性を持つと認めざるを得ません。量子力学は、この事実を「電子が確率波を持つ粒子」だと定義しました。　いずれにしろ「波」が力を伝えるとして、波を量子化した粒子が力を伝えるとしたということです。　力が「波」によって伝えられるとするならば、媒質（エーテル）が存在するはずです。　　過去記事にも書きましたとおり１８８０年代に行われたマイケルソン・モーレーの実験と１９１９年にエディントンによって行われた太陽と星の「食」に関する実験によって「エーテル」の存在は（一応）否定されたことになっています。注）２つの実験は幾度か行われています。そのあたりの事情は「七つの科学事件ファイル　科学論争の顛末：化学同人」に詳しいです。過去記事を参照ください。

近接作用として素粒子物理学は発達しました。これらをまとめたのが図３です。　　ところが２０００年頃に外村彰氏によってベクトルポテンシャルの存在が認められるようになってきました。電子波で見る電磁界分布 【　ベクトルポテンシャルを感じる電子波 　】　何らかのエーテルを認めざるを得ないような事情のようです。検索すると外村氏の実験はゲージ場が存在する証拠と受け取られているようです。　　注）管理人は「場」と「エーテル」との違いがわかりません。

 

まとめます。　１８８４年頃ギブスやヘビサイドらによってまとめられた電磁気学は確かに（数学的にも幾何学的にも）美しいでしょう。電磁波の予言という成功体験も得がたいものだったでしょう。　しかしながら、原子の構造がわかっても尚、電磁気学は原子核の発見からの修正を受けずに量子力学の発達に繋げたのは納得できません。化学の発達史の流れと向きが違います。

図４　出典：豆電球を、電池１個で光らすのと、電池２個を直列につないで光らすのでは、どちらが長持ちするか？

電子の電荷は「負」です。電流は「＋」から「－」へ流れます。電気力線は「正の電荷」から負の電荷に入ります。

図５　出典：電場

しかし、電子による「正の電荷」は存在しません。電子が抜け落ちた状態に過ぎません。正の電荷とは、正しくは陽子の電荷のことです。　仮に陽子が物体に帯電するような現象があったとするならば、正の電荷による感電や静電気によって髪の毛が逆立つなどの現象が見られるはずです。マクロな到達距離を備えている故の現象があるはずです。　電磁気学には「正の電荷」と負の電荷との相互作用という概念が抜け落ちています。　マクロな現象があってもおかしくないと思います。 電磁気学 はある意味で対称性が低いです。

 

余談です。　１９００年代初めの頃、「エーテル」の存在が否定されたのも奇妙なことです。ゲージ理論の「ゲージ場」の箇所を読んでいると曲率という言葉が出てきます。波を量子化した粒子が力を伝えるとしながら、かつエーテルの存在を否定しつつゲージ場のなかで（例え数学的にであっても）曲率を用いるのはどうも解せません。　そして外村氏の実験へ続いています。　前回の記事で書きましたように岡潔の云う「物質的自然」には一切の原因はありません。勿論のこと「場」あるいは「エーテル」は原因ではなくて、結果であるようです。　トム・ベアデンの指摘したとおり、物理学の曲がった発達の原因は、 電磁気学 にあるようです。　このような歪みは、他にもあると考えます。　「物質の質量とエネルギーに関する誤解」です。質量と運動と波の関係です。　それを仲介しているのが時間であると考えます。　何処かの誰かは、どうしても余分な次元軸を認めたくないのではないかという感じがします。認めるとしたら、一気に１０次元とか１１次元とかですから、これも奇妙です。

次回には「場」あるは「エーテル」と物質の質量、エネルギー、並びに発散トーラスの関係についての考察を記すつもりです。

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追記　よく「時空の歪み」と表現されます。　「質量が原因で時空が歪む」といった説明も

追記図１

ビッグバンを説明するとききも同じ視点です。

追記図２

時間は運動から作りますから除外して、「空間の歪み」というのは奇妙なことです。例えばこのような絵を考えます。

追記図３

風船の表面上にあるＡ点とＢ点について考えます。今、Ｃ点を上から押したとします。Ａ－Ｂ間が歪む（膨張あるいは収縮）というならば、表面上にあるモノサシも同じだけ歪むはずです。結果、観測者にとってＡ－Ｂの２点間の歪みを観測することはできません。モノサシも同じだけ歪むのですから当然です。　観測者自身が風船の表面上の存在ですから、自明のことです。　裏を返せば「空間の歪みを理由」に説明するとか「歪みを観測する」と云うことは、表面とは別のモノサシがあると云うことを「認めている」とか「観測事実が別の次元軸の存在を示している」ことの他ないということです。

追記　写真１　出典:A Hubble Space Telescope image showing gravitational lensing of a blue background galaxy CREDIT.NASA/HST

重力レンズや「遠くの銀河ほど加速度的に遠ざかっている」、あるいは「極微の物質は激しく運動している」ということは、「別の次元軸」が存在していることの証だと感じます。

追記　表１

あるところでは、地球の科学者は「エネルギーの量を正しく求める方法を知らない」と云われます。Ｅ＝ｍｃ^２の解釈を誤ったまま１００年余り過ぎました。距離を示す光年は、時間[T]を用いています。素粒子の質量はＧｅＶ（ギガ電子ボルト）で表されます。正確にはＧｅＶ／ｃ^２です。ｃ^２は光速度の二乗ですから、やはり時間[T]が入っています。

物質の質量とエネルギー[ML²T^-2]は、別の次元軸上にある実体の異なる面です。

エネルギー[ML²T^-2]は、単位平面あたりにおける質量の加速度と云えますから、運動と言い換えてもよいでしょう。ただし、運動には運動量Ｐがあります。運動量Ｐは時間を含みますから使えません。そこでエネルギー[ML²T^-2]のことをＰにアンダーバー（_）を付けて運動Ｐと読み替えています。そして、別の次元軸上にある実体が持つ値を「真のエネルギー」と呼んで、エネルギー[ML²T^-2]と区別しています。

ＧｅＶも光年のいずれもが、質量と真のエネルギーを混同しているということです。詰まるところ、自然科学（ことに物理学）において時間を計算に使うことによって、頻繁に無限大が出てくるのは「運動と運動を比較」しているからだと考えられます。繰り込みによって回避しているのでしょうけど、時間を自明のこととしている間は困難が付きまとうでしょう。物質的自然は、別の次元軸からの投影による映像だという理解に方針転換する以外に先へ進む方法は無いと確信します。　量子力学における計算の困難については過去記事を参照ください。

 

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