Wikippe - 利用者の投稿記録 [ja]

ラジオメーター効果

2014-06-28T22:35:14Z

117.55.68.182:

[[File:Radiometer 9965 Nevit.gif|thumb|right|200px|クルックスのラジオメーター]]
'''ラジオメーター効果'''（ラジオメーターこうか）は暖められた面と周囲の気体との相互作用で生じる現象である。よく取り上げられるのは[[ウィリアム・クルックス|クルックス]]の羽根車の実験（[[陰極線]]のなかに置かれた羽根車があたかも電子の衝突の力によって回転するように見える実験）の力の主因であるという話題である。

ラジオメーター効果を見ることができるのは、羽根の片面を白く、片面を黒く塗った羽根車に赤外線を含む光をあてると回転する実験器具（クルックスのラジオメータとよばれる）で、光の吸収の大きい黒く塗った面がより暖められ、黒い面に接触した気体分子により大きな運動量を与えるために、その反作用の差によって羽根車は回転する力を得る。衝突の回数が増すので気体分子の数が多いほうが回転する速さが増す。

{{デフォルトソート:らしおめえたあこうか}}
[[Category:統計力学]]
[[Category:物理化学の現象]]
{{physics-stub|らじおめえたあこうか}}

磁気光学効果

2014-06-28T22:27:28Z

117.55.68.182: /* 関連項目 */

{{物理学}}

'''磁気光学効果'''（じきこうがくこうか、{{lang-en-short|Magneto-optical effect}}）は、[[磁場]]をかけた物質の透過光や反射光の[[偏光]]状態が変化する現象のことである。

== 種類 ==

透過光の[[偏光]]状態が変化し偏光面が回転する現象は[[ファラデー効果]]、反射光の[[偏光]]状態が変化する現象は[[磁気光学カー効果]]と呼ばれる。

==関連項目==

* [[ファラデー効果]]
* [[磁気光学カー効果]]
* [[非線形光学]]
* [[磁性フォトニック結晶]]

{{DEFAULTSORT:しきこうかくこうか}}
[[Category:光学]]
[[Category:磁気]]
[[category:偏光]]
[[Category:物理現象]]
[[Category:光磁気ディスク]]
{{sci-stub}}

[[de:Magnetooptik#Magnetooptische Effekte]]

磁気光学カー効果

2014-06-28T22:26:55Z

117.55.68.182: /* 関連項目 */

{{物理学}}

'''磁気光学カー効果''' ('''じきこうがくかあこうか'''、'''Magneto-optical Kerr effect''') とは[[1876年]]、[[スコットランド]]の[[物理学者]]である[[ジョン・カー (物理学者)|ジョン・カー]]が発見した[[磁気光学効果]]のことである。

==定義==

'''磁気光学カー効果'''とは'''磁気カー効果'''とも呼ばれ、直線偏光を磁化した材料の表面にあてると、反射光が[[楕円偏光]]となる現象である。大きく分けて以下3種類があるが斜めに磁界をかける場合もあるのでこの限りではない。
:; 極カー効果 (Polar) : 反射面に垂直に磁界がかかっている時に起きるカー効果
:; 縦カー効果 (Longitudinal) : 入射光と反射光の反射面への射影に対して平行に磁界がかかっている時に起きるカー効果
:; 横カー効果 (Transversal) : 入射光と反射光の反射面への射影に対して垂直に磁界がかかっている時に起きるカー効果

[[Image:MOKE.PNG|400px|center]]

==応用==

'''MO''' などの[[光磁気ディスク]]の読み出しに利用されている。偏極子ガラスにも利用されている。

==関連項目==
* [[ファラデー効果]]

{{DEFAULTSORT:しきこうかくかあこうか}}
[[Category:非線形光学]]
[[Category:磁気記録]]
[[Category:光磁気ディスク]]
[[Category:物理現象]]
{{sci-stub}}

ファラデー効果

2014-06-28T22:26:00Z

117.55.68.182: /* 関連項目 */

{{物理学}}

'''ファラデー効果'''(ファラデーこうか)あるいは'''磁気旋光'''(じきせんこう)とは、[[磁場]]に平行な[[直線偏光]]を物質に透過させたときに偏光面が回転する現象のことである。また、この回転を'''ファラデー回転'''(Faraday Rotation)と呼ぶ。

[[1845年]]に[[マイケル・ファラデー]]によって発見された。

==定義==

ファラデー効果による[[旋光度]]αは、[[磁場の強さ]]H、偏光が通過する物質の長さlとして
:<math>\alpha = V H l</math>
で表される。Vは、物質の種類と偏光の波長、温度に依存する定数であり'''ベルデ定数'''と呼ばれる。

==応用==

ファラデー効果は光アイソレータという反射光が光源に戻るのを防ぐための素子に使用されている。
偏光を透過させる物質としては[[ガーネット]]が用いられる。

また、ある場所の磁場の強さをファラデー効果を利用して測定できる。
これを利用すると、[[電気回路]]に[[電流計]]を組み込むことなく、磁場を発生させている[[電流]]を測定できる。また、第二種[[超伝導体]]の混合状態における磁束量子の観察にも用いられている。

==関連項目==

* [[磁気光学カー効果]]
* [[非線形光学]]

[[Category:光学]]
[[Category:磁気]]
[[Category:物理現象]]
{{DEFAULTSORT:ふあらてえこうか}}
{{physics-stub}}

表皮効果

2014-06-28T22:24:57Z

117.55.68.182: /* 関連項目 */

'''表皮効果'''（ひょうひこうか）は高周波電流が[[導体]]を流れるとき、[[電流密度]]が導体の表面で高く、表面から離れると低くなる現象のことである。[[周波数]]が高くなるほど電流が表面へ集中するので、導体の[[交流]][[抵抗]]は高くなる。表皮効果は[[ケルビン]]によって[[1887年]]に説明された。[[ニコラ・テスラ]]も表皮効果の研究をおこなった。

導体の電流密度''J''は深さ''δ''に対して、次式のように減少する。

:<math>J=e^{-{\delta /d}}</math>

ここで ''d'' は表皮深さで、電流が表面電流の1/e （約 0.37）になる深さであり次のように計算される。

:<math>d=\sqrt{{2\rho}\over{\omega \mu}}</math>

:ρ = 導体の[[電気抵抗率]]
:ω = 電流の[[角周波数]] = 2π × 周波数
:μ = 導体の絶対[[透磁率]]

dの厚さの平板が直流電流に対して生じる抵抗と、厚さがdよりもっと厚い平板の交流電流に対する抵抗は同じである。交流電流に対して電線は直流電流に対する厚さdのパイプのような抵抗を示す。. 例として、円形断面の電線の抵抗は概略以下のようになる。

:<math>R={{\rho \over d}\left({L\over{\pi (D-d)}}\right)}\approx{{\rho \over d}\left({L\over{\pi D}}\right)}</math>

:L = 導体の長さ
:D = 導体の径

''D'' >> ''d''の場合に上の式は成り立つ。

==例==
[[File:Skin depth by Zureks.png|thumb|250px|各材質の周波数と表皮深さの関係]]
銅線の場合、周波数に対する表皮深さd;は表のようになる。
<table border=1>
<tr><td>周波数</td><td>表皮深さd;</td></tr>
<tr><td>60 Hz</td><td>8.57 mm</td></tr>
<tr><td>10 kHz</td><td>0.66 mm</td></tr>
<tr><td>10 MHz</td><td>21 μm</td></tr>
</table>

== 関連項目 ==
* [[電磁シールド]]

{{DEFAULTSORT:ひようひこうか}}
[[Category:電磁気学]]
[[Category:電気工学]]
[[Category:無線工学]]
[[Category:物理現象]]

ビーフェルド-ブラウン効果

2014-06-28T22:21:08Z

117.55.68.182: /* 関連項目 */

'''ビーフェルド-ブラウン効果'''（ビーフェルド-ブラウンこうか、{{Lang-en-short|Biefeld-Brown effect}}）は[[電極]]間に高い[[電圧]]をかけ、片側の電極を[[放電]]し易い尖った形状にすると、放電により[[イオン化]]した[[気体]]の移動によって、電極に[[推力]]が発生しているように見える[[現象]]。1928年に{{仮リンク|トーマス・タウンゼント・ブラウン|en|Thomas Townsend Brown}}が発見し、その論文を取り扱った{{仮リンク|ポール・アルフレッド・ビーフェルド|en|Paul Alfred Biefeld}}が共同で発表した。

[[未確認飛行物体]] (UFO) の[[動力]]である等、[[疑似科学]]の領域で話題になっている現象の一つである。

[[日本]]には[[日本万国博覧会]]の時に、物を浮かせる不思議な装置として紹介された。

== 関連項目 ==
* [[イオンクラフト]]
* [[B-2 (航空機)]]
* [[効果の一覧]]




{{Sci-stub}}

{{DEFAULTSORT:ひいふえるとふらうんこうか}}
[[Category:動力]]
[[Category:物理化学の現象]]

近藤効果

2014-06-28T22:13:21Z

117.55.68.182: /* 外部リンク */

[[Image:Classickondo.png|thumb|320px|近藤効果: 磁性不純物の入った[[金]]の電気抵抗の低温での振る舞い]]
'''近藤効果'''（こんどうこうか、Kondo effect）とは、[[磁性]]を持った極微量な不純物（普通磁性のある[[鉄]]原子など）がある金属では、温度を下げていくとある温度以下で[[電気抵抗]]が上昇に転じる現象である。これは通常の[[金属]]の、温度を下げていくとその[[電気抵抗]]も減少していくという一般的な性質とは異なっている。現象そのものは'''電気抵抗極小現象'''とよばれ、1930年頃から知られていたが、その物理的機構は1964年に日本の[[近藤淳]]が初めて理論的に解明した<ref>{{Cite journal |author=Jun Kondo |authorlink=近藤淳 |year=1964年 |month=3月 |title=Resistance Minimum in Dilute Magnetic Alloys |journal=[[Progress of Theoretical Physics]] |volume=32 |issue=1 |pages=37-49 |publisher=[[京都大学基礎物理学研究所]] |location=Kyoto, JAPAN |doi=10.1143/PTP.32.37 |id=ISSN 1347-4081 (オンライン), 0033-068X (紙媒体) |url=http://ptp.ipap.jp/link?PTP/32/37/ |accessdate=2008-10-09 }}</ref>。近藤はこの仕事により1973年に[[恩賜賞 (日本学士院)|日本学士院恩賜賞]]を受章した。

==現象==
金属は電圧を加えると、金属内の[[伝導電子]]が加速され電流が流れる。これを[[電気伝導]]という。

一方で、この伝導電子には電気抵抗がはたらく。金属の電気抵抗の主な要因は、金属内に含まれる不純物などによる[[格子欠陥]]と、原子の[[熱振動]]の2つである。不純物による抵抗は温度に依存せず一定である。熱振動による抵抗は、温度を下げると小さくなり、低温では抵抗は温度Tの5乗に比例する。そのため、金属の電気抵抗は通常、温度を下げると減少し、[[絶対零度]]で、一定値(=不純物による抵抗値）に落ち着く。

しかし、金属によっては、ある温度までは温度が下がると電気抵抗も減少するが、さらに温度を下げると電気抵抗は逆に増大するという、通常では起こりえないふるまいを見せる。この現象は、1933年、ド・ハース、ド・ブール、ファン・デン・バーグが、金の電気抵抗を測定したときに初めて観測された<ref>W. J. de Haas, J. de Boer and G. J. van den Berg, ''Physica'','''1''' (1933/34) 1115</ref>。

その後の研究により、この現象は[[金]](Au)、[[銀]](Ag)、[[銅]](Cu)などに[[鉄]](Fe)、[[マンガン]](Mn)、[[クロム]](Cr)などの磁性不純物を微量に加えた金属で起こることが明らかになった。

==理論==
[[Image:Kscheme.jpg|thumb|320px|高温と低温での伝導電子の磁気モーメントと不純物の磁気モーメントの結びつきの様子。左）高温での弱く結合した伝導電子の磁気モーメントと不純物の磁気モーメント。伝導電子はフェルミ速度<math>v_F</math>で不純物の磁気モーメントのそばを通る際、弱い反強磁性的な交換相互作用を受ける。右）低温（0 K付近）では不純物の磁気モーメントと伝導電子の磁気モーメントが強く結合し、全体として非磁性的な状態にある。]]

近藤効果の原因については長年未解決であったが、後に、磁性不純物の磁気モーメントと伝導電子の磁気モーメントの[[交換相互作用]]（s-d交換相互作用）によるものであることが明らかになった。

磁性不純物の一番外側の電子殻である3d電子殻は、[[スピン角運動量]]を持っている。このスピンと、伝導電子(s)が相互作用するのがs-d交換相互作用である。近藤は、[[アンダーソン模型]]と[[ボルン-オッペンハイマー近似|ボルン＝オッペンハイマー近似]]を用いて[[摂動]]の2次の効果まで考慮し、この作用が温度Tの対数(lnT)に比例することを導いた。交換相互作用の係数が負のとき、この値は温度が減少するにつれて増大することになる。この項と、熱振動の項を合わせることで、電気抵抗が極小になることが説明できたのである。

近藤の理論では電気抵抗は絶対零度で無限大に発散する。しかし実際には、電気抵抗は絶対零度に近づくにつれ正常な振る舞いとなり、有限値へと収束する。これは低温においては、磁性不純物の磁気モーメントと伝導電子の磁気モーメントが反強磁性的に結合した一重項[[基底状態]] (Kondo singlet) として磁性不純物の磁気モーメントが見かけ上消滅するためであり、このことは芳田奎によって示された。

この近藤による磁気モーメントの交換相互作用による異常な振る舞いから、磁性不純物の磁気モーメントが基底状態となった正常な振る舞いへと移り変わる温度を'''近藤温度'''<math>T_\mathrm{K}</math>とよぶ。よって<math>k_\mathrm{B}T_\mathrm{K}</math>はほぼ磁性不純物の磁気モーメントと自由電子の磁気モーメントの[[結合エネルギー]]に相当する(<math>k_\mathrm{B}</math>は[[ボルツマン定数]])。ウィルソンの理論によれば、近藤温度は比熱が極大となるときの温度の3倍となる。また、近藤温度を基準とした<math>T/T_\mathrm{K}</math>を考えると、様々な物質で[[電気抵抗率]]、[[磁化率]]、[[比熱容量|比熱]]が同じ温度依存性を示す（[[スケーリング則]]）。近藤温度は数 mK 程度のものもある一方、中には1000 K程度のものもあるなど、それぞれの合金によって大きく異なる。

以上のことを数式を用いて述べると以下のようになる。

まず、近藤の論文によれば、近藤効果を含めた[[電気抵抗]]の温度依存性は
{{Indent|<math>\rho(T) = c\rho_0 + aT^5 - c\rho_1\ln T</math>}}
とかける。ここで<math>c</math>は不純物濃度であり、<math>c\rho_0</math>は残留抵抗、<math>aT^5</math>は[[格子振動]]の寄与を表す。近藤は右辺第三番目の対数依存の項を導いた。伝導電子の磁気モーメントと不純物の磁気モーメントの交換相互作用が強磁性的である場合、近藤の項の符号は正となり、近藤効果は発生しない。[[フェルミ液体]]ではフェルミ液体の性質による抵抗への寄与<math>bT^2</math>が加わる。

抵抗が最小となる温度は
{{Indent|<math>\frac{d\rho(T)}{dT} = 5aT^4 - \frac{c\rho_1}{T} = 0</math>}}
により求めることができ、
{{Indent|<math>T_{\min} = \left(\frac{c\rho_1}{5a}\right)^{1/5}</math>}}
が電気抵抗極小の温度である。この温度は不純物濃度<math>c</math>の<math>1/5</math>乗に比例している。

アブリコソフは1965年に摂動による高次の寄与も考慮に入れ、近藤効果による抵抗Rを
{{Indent|<math>R = R_B(1-\frac{J\rho}{N}{\rm ln}\frac{k_BT}{D})^{-2}</math>}}
と計算した（Jは交換相互作用の強さを表す定数、Dは伝導電子のバンド幅の半分、<math>\rho</math>はフェルミエネルギーの状態密度)。この式によれば、電気抵抗は近藤温度<math>T_\mathrm{K}</math>で発散することとなる<ref>芳田(1990)p34</ref>。

また[[磁化率]]は
{{Indent|<math>\chi_\mathrm{imp}(T) = \frac{C}{T}\left[1+\frac{J\rho}{N}\left(1-\frac{J\rho}{N}{\rm ln}\frac{k_BT}{D}\right)^{-1}\right]</math>}}
と書け、電気抵抗と同じく<math>T_\mathrm{K}</math>で発散する(Cは[[キュリー定数]])。これは芳田・興地によって示された<ref>K.Yoshida and A.Okiji, ''Prog. Theor. Phys.'', '''34''' (1965) 505</ref><ref>山田耕作「金属中の磁気モーメント」『日本物理学会誌』、vol.60(2)、2005年</ref>。また、比熱にも同様の異常があらわれる。

近藤効果が起きるためには、金属中の磁性原子は相互作用を起こさない程度に希薄でなければならない。このような合金を'''希薄磁性合金'''、または'''近藤合金'''とよぶ。

== 理論の拡張と応用 ==
近藤の理論は絶対零度では物理量にlog発散をともなう。また近藤は[[摂動]]の2次の効果を計算し、<math>\log T</math>の項を導いたが、さらに高次の摂動計算を行うと<math>(\log T)^2</math>、<math>(\log T)^3</math>を含む項があらわれ、低温ではこれらの項も無視できない。これはある温度以下では[[摂動|摂動論]]が破綻するということを意味している。この困難は後に[[フィリップ・アンダーソン]]のpoor man's scaling (1970年)<ref>P. W. Anderson and G. Yuval, "[http://prola.aps.org/abstract/PRB/v1/i11/p4464_1 Exact Results in the Kondo Problem. II. Scaling Theory, Qualitatively Correct Solution, and Some New Results on One-Dimensional Classical Statistical Models]", ''Phys. Rev. B'' '''1''':4464-4473 (1970)</ref> や、[[ケネス・ウィルソン]]の[[繰り込み群]] (1975年)<ref>K.G. Wilson, [http://prola.aps.org/abstract/RMP/v47/i4/p773_1 "The renormalization group: critical phenomena and the Kondo problem"], ''Rev. Mod. Phys''. '''47''', 4, 773.</ref>によって解決され、局在スピンの状態からパウリ常磁性の状態に連続的に移り変わることが示された。ウィルソンはこの業績により1982年に[[ノーベル物理学賞]]を受賞した。その後、Nozieres、山田耕作らによって局所Fermi液体として近藤効果を捉えられることが示された。また、低温度に近づくにつれ、エネルギーギャップが生じ、フェルミ面がギャップ中に埋もれてしまうことに起因し電気的特性の温度依存性が半導体（あるいは絶縁体）的に振舞う相領域におけるものを'''近藤絶縁体'''という。

近藤効果は物理学において[[漸近的自由性]]の最初に知られた例である。近藤効果では、漸近的自由性は磁気不純物の局在モーメントと伝導電子間の相互作用が低温/低エネルギーで[[摂動]]では取り扱えないほど強くなることにあたる。漸近的自由性のより複雑な形式としては[[量子色力学]]の理論での漸近的自由性があり、[[クォーク]]における[[強い相互作用]]が高エネルギーでは弱く、低エネルギーでは強く働くことに相当する。これにより、[[クォークの閉じ込め]]がおきているが、近藤効果もこれに類似した現象であるといえる。のなお、[[フランク・ウィルチェック]]、[[デイビッド・グロス]]、[[H. デビッド・ポリツァー]]の3人は強い相互作用の理論における漸近的自由性の発見で2004年に[[ノーベル物理学賞]]を受賞している。

主に「磁性不純物」によって構成されている合金についても理論を拡張し、それらの合金でみられる重いフェルミ粒子は近藤効果が元となって生じていると考えられている。これは特に[[セリウム]]、[[プラセオジム]]、[[イッテルビウム]]のような希土類元素（[[レアアース]]）や、[[ウラン]]のようなアクチノイドを基本とした金属間化合物で起きる。これらの物質では、非摂動的な相互作用が強いため、自由電子の有効質量が1000倍にも増加したようにみえる。言い換えると、自由電子は相互作用により劇的に運動速度が遅くなっている。その結果として、これらの物質の中には[[超伝導]]を起こすものがある。

更に最近では、[[プルトニウム]]の普通でない金属δ相（[[面心立方格子構造]]）を理解するためには、近藤効果の現れが必要であると考えられている。また、[[量子ドット]]における近藤効果も報告されている<ref>D. Goldhaber-Gordon et al., “Kondo effect in a single-electron transistor”, Nature 391, 156–159 (1998).</ref>。近藤の業績を引用する論文も増えていて、ノーベル賞の候補とされている<ref>2011年1月24日の東京新聞朝刊21面</ref>。

== 脚注==
{{脚注ヘルプ}}
<references />

==参考文献==
* ''The Kondo Problem to Heavy Fermions'' - Monograph on the Kondo effect by A.C. Hewson (ISBN 0-521-59947-4)
* ''Exotic Kondo Effects in Metals'' - Monograph on newer versions of the Kondo effect in non-magnetic contexts especially by D.L. Cox and A. Zawadowski (ISBN 0-7484-0889-4) - 多チャンネル近藤効果等
* 芳田奎『近藤効果とは何か』丸善、1990年、ISBN 978-4621034408
* 斯波弘行『新版　固体の電子論』和光システム、2010年、『固体の電子論』丸善、1996年、ISBN 978-4621041352
* 近藤淳『金属電子論―磁性合金を中心として』裳華房、1983年、ISBN 978-4785323172　厳密解や繰り込み群等様々なアプローチ

== 関連項目 ==
* [[物性物理学]]
* [[RKKY相互作用]] - 近藤効果同様にs-d交換相互作用から生じるが、近藤効果と両立することはない
* [[超交換相互作用]]
* [[漸近的自由性]]

== 外部リンク ==
* [http://www.ipap.jp/jpsj/announcement/announce2004Dec.htm JPSJ 近藤効果40周年記念論文集]
* [http://www.aist.go.jp/aist_j/information/emeritus_advisor/index.html 産業技術総合研究所特別顧問]
* [http://wwwsoc.nii.ac.jp/jps/jps/butsuri/50th/noframe/50(6)/50th-p415.html Fermi面効果] - 近藤淳による近藤効果などの発展の振り返り
* [http://wwwsoc.nii.ac.jp/jps/jps/butsuri/50th/noframe/50(6)/50th-p401.html 磁性研究50年のあゆみ]
* [http://xstructure.inr.ac.ru/x-bin/theme2.py?arxiv=cond-mat&level=2&index1=35 Kondo effect on arxiv.org]
* [http://www.phys.shimane-u.ac.jp/mutou_lab/zakki/Kondo/Kondo.pdf 近藤効果とその周辺の物理]
* [http://shrcat.cocolog-nifty.com/kondo2.pdf 近藤効果のまとめテキスト]
* [http://www.scholarpedia.org/article/Kondo_effect scholarpediaにおける近藤効果の解説 (A. C. Hewsonによる)]

{{DEFAULTSORT:こんとうこうか}}
[[Category:固体物理学]]
[[Category:物理化学の現象]]

時間の遅れ

2014-06-28T22:10:11Z

117.55.68.182: /* 一般相対性理論における時間の遅れ */

'''時間の遅れ'''（じかんのおくれ、time dilation）は、[[物理]]学の[[相対性理論]]が予言する現象で、[[運動 (物理学)|運動]]している状態によって[[時計]]（[[時間]]座標）の進み方が異なることを指す。[[特殊相対性理論]]では、ある[[速度]]で動いている観測者の時計の進み方は、それより遅い速度か静止している観測者の時計よりも進み方が遅くなることが予言され、実験的に確認されている。[[一般相対性理論]]では、強い[[重力場]]にいる観測者は、それより弱い重力場にいる観測者よりも時計の進み方が遅い。いずれも静止している観測者や重力源から無限遠方の観測者を基準とするので、時計の進み方が「遅い」と表現される。

== 特殊相対性理論における時間の遅れ ==
特殊相対性理論では、物体が高速で移動するほど、その系における時間の流れが遅くなる。速度の上限は[[光速]]なので、光速に近い速さで運動する物体はほとんど時間の進みがないことになる。静止している観測者の時間の刻み幅を<math>\Delta t</math> とすると、運動体の時間の刻み <math>\Delta t'</math> は、光速を<math>c_{}^{}</math>、運動体の速さを<math>v_{}^{}</math> として、
:<math>\Delta t' = {\sqrt{1-(v/c)^2}}\Delta t</math>
となる。これは、時間と[[空間#物理学における空間|空間]]を合わせて座標変換をしないと、電磁気学の法則に現れる光速 <math>c</math> の意味が説明できない、という理論的な要請から導かれた[[ローレンツ変換]]による帰結である。この事実は、宇宙から飛来する[[素粒子]]（[[宇宙線]]）の寿命が地上のものより長いことなどから確認されており、現代の素粒子論や[[場]]の理論は、特殊相対性理論を基礎に構築されている。

例えば、宇宙船が光速の90%の速度で航行しているとする。単純化するため加速・減速は考えない。ずっと等速直線運動であると仮定する。静止している観測者が1年間を測定する時間は、宇宙船の中では上式より<math>\Delta t'=0.436_{}^{}\Delta t </math> となり、宇宙船の時計の刻み幅は静止系の約0.44倍である。つまり宇宙船内の時計では、まだ0.44年しか経過していない。この現象を利用すると、光速に近い宇宙船で宇宙を駆けめぐり、何年か後、出発地点に戻ってきたような場合、出発地点にいた人は年を取り、宇宙船にいた人は年を取らないという現象が生じ、宇宙船は未来への一方通行の[[タイムマシン]]の役目を果たすことになる（宇宙船から静止系を見ると、静止系は相対的に運動していることになるが、時間の遅れが生じるのは宇宙船側である。詳しくは[[双子のパラドックス]]の項を参照のこと）。

この状態が、日本のお伽噺である『[[浦島太郎]]』において、主人公の浦島太郎が[[龍宮|竜宮城]]に行って過ごした数日間に、地上では何百年という時間が過ぎていたという話にそっくりであるため、日本のSF作品などでは'''ウラシマ効果'''とも呼ばれる（SF同人誌「[[宇宙塵 (同人誌)|宇宙塵]]」主宰者の[[柴野拓美]]が命名者と言われる）。


なお、この現象は何も光速に近い速度でなくとも発生する。現に[[航空機]]に載せた[[原子時計]]の進みがごく僅かに遅れる事が実験によって確認されている。ただし[[宇宙船]]や[[人工衛星]]の場合は、後述の重力場の有無による影響も生じる。

=== SF作品におけるウラシマ効果 ===
[[サイエンス・フィクション|SF]]では、ポピュラーな素材である。[[ジョー・ホールドマン]]『[[終りなき戦い]]』では、ある一兵卒が1000年以上続いた星間戦争の開戦から終戦までを経験し、[[ポール・アンダースン]]「タウ・ゼロ」では、エンジン制御に支障をきたし無限に加速する宇宙船でこの宇宙の終焉を目にする、といったように、多くの作品のテーマにかかわるガジェットとなっている。

『[[ドラえもん]]』では、浦島太郎自身が実は海でなく宇宙に連れて行かれてウラシマ効果を体験したのではないかと考えたのび太達が、[[タイムマシン (ドラえもん)|タイムマシン]]でその真偽を確かめに行くエピソードが登場する。

『[[藤子・F・不二雄のSF短編]]』の1つ『[[一千年後の再会]]』では、地球を離れたパイロットが、宇宙船の機内では10年ほどしか経っていないが、地球では1000年の月日が流れているという表現が出てくる。

[[庵野秀明]]の監督デビュー作『[[トップをねらえ!]]』でも巧みにストーリーに取り入れられて、周囲の人々の成長から取り残されてしまう主人公の悲哀が描かれている。なお、本作の企画・脚本を手がけた[[岡田斗司夫]]は、このモチーフは上記の「終わりなき戦い」から着想したと証言している（2008年3月放映の『[[BSアニメ夜話]]』での発言）。

『[[ウルトラマンメビウス]]』では登場人物の1人がかつて亜光速宇宙船の任務に携わっていたために、40代前後の若さでありながら老人となった同僚と同年代であるという設定がなされている。

また、[[丸川トモヒロ]]作の漫画『[[成恵の世界]]』においても、一瞬で目的地に到達する「星門」を通らずに、亜光速速度で航行する貨物船に乗ってしまったために、船外では13年の月日が流れ、本来妹であるはずの七瀬成恵より年下になってしまった姉の七瀬香奈花がメインキャラとして登場する。

SF作品ではないが、英国のロックバンド、[[クイーン (バンド)|クイーン]]の楽曲である「'39」は、新天地を求め宇宙船に乗った乗組員がウラシマ効果によって数百年後に帰ってきたというストーリーである。この曲は[[天体物理学]]博士であるギタリストの[[ブライアン・メイ]]が作詞作曲した。

科学的に立証された物理現象であるが、現状では人間の生活に影響が出るほどの高速は出しえない。このギャップがこのガジェットの魅力であろう。

==一般相対性理論における時間の遅れ==
一般相対性理論においては、[[重力]]は空間（[[時空]]）を歪ませ、時間の進みを遅らせる。このため重力場の存在する惑星上では、重力の無い宇宙空間に比べて時間がゆっくり進むことになる。例えば、地球上（正確には、[[ジオイド]]表面上）で1秒当たり100億分の7秒遅くなる。

例えば全地球測位システム（[[グローバル・ポジショニング・システム|GPS]]）では、[[GPS衛星]]が地球上へ正確な時間を伝達することで、地球上の正確な位置を測定している。しかし[[衛星]]は衛星軌道上にあり、地球の自転によるスピードが地表に比べ相対速度が早いため、地表に比べて時間が遅く進む。前述の通り、地上において重力の影響で時間が遅れるという現象から解放される（衛星軌道上は地球重力圏内なので、完全な解放ではないが、影響が少なくなる）ことにより、地上に対して時間が早く進むこと、また重力場の有無によりシグナル伝達に遅れが生じることから、差引調整をする必要がある。そのため、地球上の測定器が受信する信号が正確に処理されるように、衛星側の内蔵時計は毎秒100億分の4.45秒だけ遅く進むように補正が行われている。

{{Time topics}}
{{Time measurement and standards}}
{{DEFAULTSORT:しかんのおくれ}}
[[Category:相対性理論]]
[[Category:物理現象]]
[[Category:SF]]

アハラノフ=ボーム効果

2014-06-28T22:07:19Z

117.55.68.182: /* 関連記事 */

'''アハラノフ=ボーム効果'''（アハラノフ=ボームこうか、Aharonov-Bohm effect、「'''AB効果'''」とも言う。）は、[[電子]]が[[電場]]、[[磁場]]が存在しない空間でも[[電磁ポテンシャル]]の影響を受ける現象である。電磁ポテンシャルは[[スカラー]]、[[ベクトル]]どちらでも成り立つ。
表記・発音に関して「アハロノフ=ボーム効果」とする意見もある。

==概略==
[[1959年]]、[[ヤキール・アハラノフ]] (Y. Aharonov) と[[デヴィッド・ボーム]] (David Bohm) が理論的にその存在を予言した<ref>{{cite journal|doi=10.1103/PhysRev.115.485|author=Y. Aharonov and D. Bohm|journal= Phys. Rev. |volume=115|year= 1959|pages= 485-491|url=http://prola.aps.org/abstract/PR/v115/i3/p485_1|title=Significance of electromagnetic potentials in the quantum theory}}</ref>。[[古典論]]での電磁気学の範疇では、ポテンシャルの影響は受けない。[[量子力学]]における電子の[[ハミルトニアン]]がポテンシャルの項を含むことと深く関係している。

==検証==
アハラノフ、ボームの指摘以来、長らく検証実験が試みられたが確かな証拠が得られないまま、その存在に懐疑的な意見もあったが、[[1986年]]、[[外村彰]]により[[電子線ホログラフィー]]の手法を用いて、その存在が実証された。

それまで実験が困難だった原因は一つに、磁場や電場が完全に存在しない条件を満足することが困難だったことがある。それまでの実験では有限の長さの[[コイル]]が使用されたが、この場合コイルに端が存在し、そこからの磁場の漏れによる影響が無視できなかった。コイルを[[ドーナツ]]状（リング状）にすれば、理想的には磁場は漏れ出さないが、[[陰極線|電子線]]の[[波長]]の要請から、それは非常に微細（数マイクロ[[メートル]]オーダー）にする必要があった。

外村の検証実験では、非常に微細なドーナツ状の[[磁石]]（ドーナツ内に磁場が存在）を[[超伝導体]]で取り囲み、超伝導転移温度以下にしておく。このため、[[マイスナー効果]]により当該磁石の磁場は、ドーナツ外部に漏れ出すことを完全に防ぐことができる。この状態で、電子線をそれぞれ、そのドーナツ状の部分の孔の中と、ドーナツ状磁石の外側とに通し、各々の位相の差を、前述の電子線ホログラフィーを使って[[干渉 (物理学)|干渉縞]]の形で[[観測]]した。観測の結果、二つの場合の間にπ（半波長）だけの[[位相]]差が存在し、磁場が完全にない状態で、電子線が[[電磁ポテンシャル]]（この場合は、[[ベクトルポテンシャル]]）の影響を受けていることが実証された。

==脚注==
{{Reflist}}

== 外部リンク ==
*[http://www.ieice.or.jp/jpn/books/kaishikiji/200012/20001201-1.html 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】外村彰電子情報通信学会誌 Vol.83 No.12 pp.906-913(2000 年 12 月)]

==関連記事==
*[[物性物理学]]

{{デフォルトソート:あはらのふほおむこうか}}
[[Category:量子力学]]
[[Category:物理現象]]