ここで、特殊相対性理論と量子力学のプランク定数についての式を示す。
| E = m・c2 m:質量 c:光速 |
(1.6) |
| E = h・ν h:プランク定数 ν:振動数 |
(1.12) |
式(1.6)と(1.12)は、前者は対象を粒子、後者は波動として捉えていると言われている。
これから記述するのは両式の基礎物理量の厳密な同一性を主張するものではない。
あくまでも「エネルギと振動数の比例関係」が粒子モデルと波動モデル双方に現れるという形式的な相似を示すため操作である。
振動数νを前に出すと、
| ν = (m・c2)/h 振動数は質量mに比例する。 |
(1.13) |
式(1.7)と(1.12)から同様に、
| ν = (H・Fv2)/h 振動数は柔性Hに比例する。 |
(1.14) |
ここで式(1.13)と(1.14)の両辺の積を取ると、
v2 = (m・c2)/h・(H・Fv2)/h 両辺の平方根を取り、
| ν = √(m・H)(c・Fv)/h |
(1.15) |
一方、一般力学に於けるいわゆるバネ・マス系の自由振動に於ける振動数fは以下の関係にある。
ここで量子力学に於ける振動数νと一般力学に於ける振動数fは以下のように矛盾している。
・量子力学 振動数ν:質量mと柔性Hの積に比例する。
・一般力学 振動数f:質量mと柔性Hの積に反比例する。
これは以下の理由によると考えられる。
・量子力学では光や物質が持つ粒子と波動の二重性を表現する際に、質量mと数学上の正弦波で記述する。
・一般力学では振動現象は質量mと柔性Hで記述する。
そこで、式(1.15)と(1.16)を等しいと置き、
√(m・H)(c・Fv)/h = 1/2π・1/√(m・H) 両辺に√(m・H)を掛けて、
m・H = 1/2π・h/(c・Fv) プランク定数hを前に出すと、
| h = 2π・c・Fv・m・H = const. |
(1.17) |
π、cは定数であるから以下の関係が得られる。
| Fv・H・m = const. 注:柔性Hの位置を変えてある。 |
(1.18) |
Fv・Hは未知の値であるが、Fv・H = Fv/k である。
この意味合いだが、本報ではFvは物質を繋ぎとめて置こうとする限界力=降伏点と考えているから、これを剛性Kで除せばフックの変形の法則が成り立つ限界長さL=限界変形量と言える。
このように考えると式(1.18)は以下のように書き直せる。
これは質量mを原子量と置けば、原子が崩壊する際の限界変形量と原子量の積は一定であると解釈出来る。
すなわち、 Fv・H = Lなる値は未知だが、原子量が大きい元素ほど崩壊に至る際の限界変形量は小さい=柔性Hも小さい=剛性Kは大きい=硬いと言う見方が出来る。
あらためてプランク定数hを表す式(1.17)は以下のように表現出来る。
| h = 2π・c・L・m = const. |
(1.20) |
さらに式(1.20)は以下のような見方も出来る。
h = 2π・c・L・m = 2π・c・m・L = const. c・m:限界運動量 L:限界変形量=変位
この式の意味する所は、原子の限界運動量と限界変形量の積は一定である。
言い換えると、原子の崩壊に於ける運動量と変形量の積は一定である。
量子力学では運動量と変位は同時に確定出来ないと言う不確定性原理があるが、原子崩壊と言う限界条件では、
となり、限界変形量(変位)が定義出来る。 ここでFe原子1個の質量からLを求めて見ると、
h = 6.62607015×10-34
光速c = 299792458(ms-1)
Fe原子量 = 55.845(g)
アボガドロ数 = 6.022×1023
L =(6.62607015 ×10−34 ×6.022 ×1023)/(2π×299792458×55.845) = 3.7933×10-18(m)
Feの原子半径は156×10-12(m)と言われているが、限界変形量はそれより小さいという事になる。
限界変形量の考え方をFig.19に示す。 フックの法則が成り立つ線形範囲の限界と言える。