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原子の励起エネルギーについて
「基底状態の原子に「原子の励起エネルギーＥ１」と同じエネルギーの光子をあてると（又は何らかのことを施すと）、その原子は、基底状態から励起状態になり、その後（平均寿命で？）、エネルギーＥ２＝ｈ・ν２（＝Ｅ１？）の光子を放出して、基底状態に戻る」、というような現象があるかと思います。 質問（１） 原子が励起状態から基底状態に戻るときに（戻ることにより）原子から放出される光子のエネルギーＥ２＝ｈ・ν２は、 （Ａ）：地面からの高さ（重力の強弱）によって異なるのでしょうか？ （Ｂ）：あるいは、地面からの高さ（重力の強弱）によらず同じなのでしょうか？ 質問（２） 「原子が励起状態から基底状態に戻るときに原子から放出される光子のエネルギーＥ２＝ｈ・ν２が、地面からの高さによって異なる」場合（質問（１）で（Ａ）の場合）、それは、 （Ｄ）：原子の励起エネルギーＥ１が重力の強弱によって違うため（Ｅ１＝Ｅ２なので、Ｅ１が違うとＥ２も違うことになるため）？、 （Ｅ）：放出される光子のエネルギーＥ２が重力によるドップラー効果の影響を受けるため？、 （Ｆ）：（Ｄ）と（Ｅ）の両方のため？、 （Ｇ）：その他のため？、 なのでしょうか？ 質問（３） 質問（２）で（Ｄ）（又は（Ｅ））の場合、 （Ｈ）：「原子の励起エネルギーＥ１」≠「原子が励起状態から基底状態に戻るときに放出される光子のエネルギーＥ２」になるのでしょうか？、 （ Ｉ ）：あるいは、その他のことになるのでしょうか？ 知っている方がおられたら、教えていただけると、ありがたいです。 （何かおかしなことをいっている、意味不明の場合は、無視してください。「分かっていれば、質問しない」→「質問しているというこは、よくわかっていない」ということで、ご容赦ください。） よろしく、おねがいします。
- 物理学
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- s_hyama
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じゃあ、絶対静止座標系じゃない場合、ＡとＢの質点が同じ慣性系かどうか三つの赤方偏移で説明しましょう。 ドップラー赤方偏移の場合、 Ａに対してＢが遠ざかる場合、ＡＢ間には相対速度があるっていうことですから、 ＡからみてＢが放つ電磁波の波の間隔長くなり、赤方偏移します。 重力赤方偏移の場合、 この場合はＡＢ間の距離は変わりません。 重力場の違いによって、ＡもしくはＢが放つ周波数が変わって、重力場の違いによって 電磁波の波長が変わります。 結果、ＡもしくはＢから観測する電磁波は周波数と波長が変わります。 宇宙論的赤方偏移の場合、 これは時代や宇宙の階層構造によって、ある時代の光速度c＞wに波動速度が低下しているとしましょう。 しかし今の時代は今の時代のスピードで周波数をカウントするので、w→c、光速度を不変にみます。 結果、波長が長く観測される。 このように、絶対静止座標系でない場合は、AとBが同じ慣性系である条件は電磁波を伝播して光速度に同じ周波数では観測されません。 ひゃまの飛んでもない光論より
- s_hyama
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ニュートン力学の慣性系っていうのは、質点の運動を記述するのね。 運動の第1法則（うんどうのだい1ほうそく、英語: Newton's first law） は、慣性系における力を受けていない質点の運動を記述する経験則であり、慣性の法則とも呼ばれる。 http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%81%8B%E5%8B%95%E3%81%AE%E7%AC%AC1%E6%B3%95%E5%89%87 でも、電磁気学の場合は当てはまらないので、電磁気学の慣性系について定義しないと、慣性系って何？になるの 相対論にはそれがないので、実際は真空中だからといって光速度じゃないのになあってなるのね。 と言うのも、光速は観測者にとって結果として一定ではないからである。 http://www.nejinews.co.jp/news/business/archive/eid4127.html ひゃまの飛んでもない光論より
お礼
- s_hyama
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そうですね、真空中であっても、電磁波の伝播は一定ではないので 海抜とかは抜きにして、無限遠の慣性系基準にあわすと良いですね。 そんでもって、観測基準を切り替えてみるときにローレンツ変換で スケール変換すると良いでしょう。
お礼
ありがとうございます。 ＞・・・観測基準を切り替えてみるときに・・・スケール変換する・・・ ↑ ありがとうございます。 ありがとうございます。
- 中村 拓男（@tknakamuri）
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〉どの位置でのｆ＝1/Tを一秒とするかって問題が残ると 〉思うんだけど 実際高度が30cm違うと合わないそうですから 将来の標準時は海抜付きになるんじゃないかな。(^^
お礼
ありがとうございます。 ＞将来の標準時は海抜付きになるんじゃないか ありがとうございます。
- s_hyama
- ベストアンサー率19% (12/61)
じゃあ、どの位置でのｆ＝1/Tを一秒とするかって問題が残ると思うんだけど 相対論なんか以下の２の原理を受け入れろっていってんだけど ひゃまは、３でなければ循環論になると考えるので、この場合も無限遠の ｃ＝w0＝f0Λ0、で電磁波を伝播させて基準として、重力場ではw＜cになると 考えるのね、つまり伝播スピードwが違う、原子なら角周波数ωが違う。 １、電磁気学： A(絶対静止座標系）＋B（真空中の電磁波を伝播）＝C（光速度一定の法則） ２、Aを否定し、いかにも以下だけで成り立っていると勘違いしそうですが、 B（真空中の電磁波を伝播）＝C（光速度一定の法則） ３、絶対静止座標系を否定するのであれば、 A'（同じ慣性系）＋B（真空中の電磁波を伝播）＝C（光速度一定の法則） じゃあ、同じ慣性系とは？ 同じ慣性系の条件とは、同じ周波数と同じ光速で電磁波が伝播することです。 当初はこれを「マクスウェルの方程式は絶対静止座標系[1]においてのみ成り立つ」と解釈し、絶対静止座標系以外の慣性系では、ガリレイ変換されたマクスウェルの方程式が成り立つと解釈されていた。
お礼
ありがとうございます。 ＞・・・どの位置でのｆ＝1/Tを一秒とするかって問題・・・相対論・・・２・・・ひゃまは、３・・・ ＞１、電磁気学：A(絶対静止座標系）＋B（真空中の電磁波を伝播）＝C（光速度一定の法則） ＞２、・・・B（真空中の電磁波を伝播）＝C（光速度一定の法則） ＞３、・・・A'（同じ慣性系）＋B（真空中の電磁波を伝播）＝C（光速度一定の法則） ＞・・・同じ慣性系とは？ ＞参考URL：http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AC%E3%83%AA%E3%83%AC%E3%82%A4%E5%A4%89%E6%8F%9B ↑ ありがとうございます。 私は、相対論というものを理解していません。慣性系というのも理解していません。 １、２、３を理解していません。１、２、３の他には、ないのか？、と思ってしまいます。 「光速度」の「速度」が「何に対する」速度なのか、明確にされていないので、ますます、理解できません。 色んな条件で「１個の光子」を飛ばして検出する、という単純なことで、解決できますよね、と思ってしまいます（違っていたら、すみません）。 昔の人たちは、「１個の光子」というものを発生させたり、扱ったりすることができなかったから、「仕方なしに」、「多数の光の集合体？」で、しかも「干渉という速度以外の要素を含んだもの」から「速度について推定」するしかなかったのかなと、思ってしまいます（違っていたら、すみません）。色んな条件で「１個の光子」を飛ばして検出する、という単純なことで、解決できるものを、「わざわざ」、「多数の光の集合体？」で、しかも「干渉という速度以外の要素を含んだもの」から「速度について推定」して、１なのか２なのか３なのかを確かめようとするとは、私には思えません。 昔の人たちが今いれば、きっと、色んな条件で「１個の光子」を飛ばして検出する、という実験を行うのではないかと、思います。そして、その実験結果から、色んなことを考えるのではないかと思います。「１個の光子」というものを扱うことができずに「仕方なし」に行った過去の実験結果やその実験結果から導き出した理論を、今の現在に「わざわざ」持ち出してきて、どうのこうのということはしないのではないかと、思います。昔の人たちが、そのようなことをする人だったら、がっかりです。今や、仮想光子対から光が発生して・・・みたいなのとか、なのですから（昔もそうだったのなら、すみません）。 「光源だけを動かして」「受光体だけを動かして」「光源と受光体の両方を動かして」「重力場も電磁場しない場所で」「重力場だけが存在する場所で」「電磁場だけが存在する場所で」、「１個の光子」を飛ばして「１個の光子の速度」を（干渉という要素を関与させずに）検出する、というような実験をして欲しい、と思っています（技術的に未だにできないのか、工業的、商業的にメリットがないのでしようとしないのか）。 参考ＵＲＬ内の「解説」の欄の１０～１４行目の 「さてここで具体例として A がピッチングマシーンを時速 100 km の設定にして電車の進行方向にボールを発射したとする。A の視点から見ると A 自身は電車の中の一所にとどまっておりボールは時速 100 km で西向きに飛んでいったように見える。しかしここで大地に固定された慣性系（すなわちBの視点）からこの現象を見るとどうなるだろう。ボールはピッチングマシーンの設定速度 100 km に電車の速度 30 km をくわえた 130 km で西向きに飛んでいるように見えるのでは有るまいか?」 が私には、まったく理解できません。 私は、日本語すら理解できないようです。 「・・・A自身は・・・ボールは時速 100 km で西向きに飛んでいったように見える」 なぜ？ 「飛んでいったように見える」とは？ 「Bの視点・・・ボールは・・・130 km で西向きに飛んでいるように見えるのでは有るまいか?」 なぜ？ 「飛んでいるように見える」とは？ 「ボールから四方八方に光が放たれていて、それらの光のうちの一部がＡに到達し、別の一部がＢに到達する」ということ？ だとすると、ボールから放たれる光は、四方八方に「均等に｝？「同じ速度で」？、「何に対する同じ速度で」？、又は「前には速い速度で、後ろには遅い速度で」等を、決めておかなければ、話が進まないのでは？と思ってしまいます。 ボールに原子時計を搭載して、原子時計からの信号をＡ点とＢ点で検出して、それらＡ点で検出した信号とＢ点で検出した信号を比較して・・・というのなら、少しは理解できるかも知れませんが・・・ というようなことです。 ありがとうございます。
- s_hyama
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とにかく、原子は勝手に上空にはあがらないので 運動エネルギーを加えて、そのエネルギーが上空で位置エネルギーに変わった分 周波数の上昇があり、原子にそのエネルギーが保存されているということです。
お礼
＞原子は勝手に上空にはあがらないので運動エネルギーを加えて、そのエネルギーが上空で位置エネルギーに変わった分周波数の上昇があり、原子にそのエネルギーが保存されているということ ↑ ありがとうございます。
- 中村 拓男（@tknakamuri）
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じゃなくて、原子内の微視的な現象に対する重力の位置エネルギーというのは 原子直径レベルのエネルギー差で現象に効いてくる。だから原子の励起エネルギーに 影響があるわけなんてない。 一方、原子時計の精度の高度の影響というのは巨視的な高低差による 巨視的なエネルギー差の影響。 この２つのエネルギーレベルには途方もない差があるのに、いっしょくたに 考えるのはナンセンスということです。
お礼
＞・・・原子内の微視的な現象に対する重力の位置エネルギーというのは原子直径レベルのエネルギー差で現象に効いてくる。・・・一方、原子時計の精度の高度の影響というのは巨視的な高低差による巨視的なエネルギー差の影響。この２つのエネルギーレベルには途方もない差がある ↑ ありがとうございます。
- s_hyama
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質問の仕方が重力って書くからややこしくなるんだよ 重力と重力ポテンシャルの違いをまず判ってください。 http://hooktail.sub.jp/mechanics/gravitySphere/
お礼
ありがとうございます。 ＞質問の仕方が重力って書くからややこしくなるんだよ ＞重力と重力ポテンシャルの違いをまず判ってください。 ↑ ありがとうございます。 ありがとうございます。
- 中村 拓男（@tknakamuri）
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ANO1,2と東大の先生の話に何の矛盾も無いですよ。
お礼
ありがとうございます。 ＞ANO1,2と東大の先生の話に何の矛盾も無いですよ。 ↑ ありがとうございます。 ありがとうございます。
- s_hyama
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なにか勘違いされている人がいるので 励起した原子核の質量：𝑀+𝐸0/𝑐2 励起した原子核を高さhだけ持ち上げると、地面の基底状態原子に比べて𝐸0+ (𝐸0/𝑐2)𝑔𝑔 +𝑀𝑔𝑔 だけエネルギーが大きい http://ocw.u-tokyo.ac.jp/lecture_files/11351/6/notes/ja/06katori20121115final.pdf って光格子時計の権威の先生がいってるのは、 赤方偏移の説明で、一般相対論によればシフト量は宇宙膨張や距離とは関係なく、単にその光の発した位置でのポテンシャルを表していたと思います（by Diracの教科書、日本図書館協会推薦）が、理論的飛躍のないように解説をお願い致します。 http://www.kuba.co.jp/nins06/QAA/qa07.html 位置によるポテンシャルの違いが原因であるっていってるのね。
お礼
ありがとうございます。 ＞励起した原子核の質量・・・位置によるポテンシャルの違いが原因であるっていってるのね。 ↑ ありがとうございます。 ＞http://www.kuba.co.jp/nins06/QAA/qa07.html ↑ ありがとうございます。 （Ｑ７→Ａ７「・・・多くの場合、エネルギーは差だけが物理的に意味のある量で、絶対値は問題としないで扱います・・・」） ありがとうございます。
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お礼
ありがとうございます。 ＞ドップラー赤方偏移の場合・・・重力赤方偏移の場合・・・宇宙論的赤方偏移の場合・・・このように、絶対静止座標系でない場合は・・・ ありがとうございます。