超伝導を高校生が理解するには

質問

物理学に興味がある高1の者です。

超伝導について少しでも理解を深めたいのですが、どのような過程を踏んでいけば良いでしょうか。

予備知識0のようなものなので、超伝導以前に物理の基礎から学ぼうと思っています。

よろしくお願いします。

回答No.3

reglus · ベストアンサー

超伝導や超流動といった現象の説明は、物理学の果てにあるようなものなので、基礎から理解を進めて行って辿り着く頃には立派な物理学者になっていると思います。高校では物理と化学に分かれていますが、本当のところは、化学は物理の一部分に過ぎません。

なので、超伝導を基礎から理解するには、学校の勉強を続けていって、大学の理学部に進み、量子力学や物性場論を理解して、超伝導を題材にしている研究室に進むというのが道筋になります。学部の講義程度では理解できず、博士課程あたりでやっと、でしょうか。

ただ、超伝導だけを視覚的に理解したいというのなら、「現象としての理解」という手法もありますね。いわゆるトップダウンです。

超伝導の理解にはマイスナー効果とジョセフソン効果の、現象としての理解が重要だと思います。現象としての理解というのは、数式に頼らずに、イメージとして「そういうものがあるんだ」と頭の中に図を書いてしまうことです。超伝導に限らず、物理学の事象はどれも、イメージで捉えることができます。

高校生ですと、原子核と電子の関係について、電子は原子核の周りを円を描いて飛んでいるイメージを持っているはずです。実際には円など描いておらず、電子が持つエネルギーの大きさに比例して「だいたいここらへんを飛んでいる！」的なイメージが正しいのですが、イメージを掴むというのはそういうことです。

オススメなのはブルーバックスの書籍を読む事です。なるべく数式が使われていない本をじっくり読みましょう。数式が出てきたら読み飛ばします。数式で考えようとすると、先に数学を大学生レベルで理解しないといけなくなりますので。

回答No.2

GA001_Luckystar

どのくらいのレベルでの理解を前提としているかにもよりますが、エンターテイメントとしてではなく本気で理解したいというのであれば、仰るとおり物理学の基礎から順々にやるしかないかと思います。
超伝導は大学の物理学科でも３年にならないと履修しない「物性論」で初めてその表面に触れられるような内容です。（学校によるとは思いますが）

私は物性を取らなかったのであまり詳しくはわかりませんが、おそらく前提として必要になるのは
古典力学・電磁気学・量子力学・統計力学・（できれば解析力学・熱力学・流体力学も）の知識に加えて、前述した物性論をある程度理解しておく必要があります。
また、物理学の理解には微積分・極限値・ベクトル・行列などの数学知識も必要になります。

なので、一足飛びに「超伝導だけ」を理解することは難しいのではないかと思います。
（結果としてどのような現象が見られるかということを知りたいだけならばその限りではありませんが。）
個人的にはまずは落ち着いて高校数学と高校物理を身に着けてから学んだ方がいい気はしますが、本当に本気なら他の方も仰っているように、大学生が使う教科書レベルの参考書を一冊ずつしっかり読み込むのがいいです。その過程ではかなりの数学的知識も要求されるかと思いますので、適宜それも理解していく感じです。

散々脅しをかけましたが、物理学の世界は面白いと思うので是非初心を忘れず興味を持ち続けて頂きたいです。

回答No.1

noname#208392

本屋に行って好きな本買ってくればいいです。
このサイトには、超伝導の参考書がリストにしてあります。
http://www.phys.shimane-u.ac.jp/mutou_lab/zakki/super/reference.html

過程なんてどうでもいいんです。
なんでそんなことを気にするのか知りませんが、学校のカリキュラム風に進めていったら、超伝導理論までいつまでたってもたどり着けないです。
ノーベル賞の受賞対象になった理論ですよ。

ただ、物理の基礎を学びたいのなら、大学の教養課程の学生のつかうような物理の教科書から始めるといいと思います。
私は岩波の物理入門コース全10巻をお勧めしますが、ファインマン物理をあげる人も多いはずです。