まいど! 関西労働学校です
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第185期 自然科学教室 第10回 「自然はくみつくせない」
ブログアップが大幅に遅れて申し訳ありません。
前回、10回目の講義(4/11)でこの自然科学教室も最後の講義となりました。

最後の講義は量子力学の説明でした。

量子力学はミクロの世界の話ですが、これらの表す物質観に沿うと常識では考えられない不思議な事が起こっていると言います。

まず、アインシュタインは「量子力学が正しいなら、月は見ているあいだはそこにあるが、見ていなければあるとはいえない。そんなばかな事が信じられるか」といい、
ガモフは「大きな物体、たとえば自動車が壁にぶつかったとき、そのまま素通りする事がある」と述べたと言います。

???…がいくつも沸きそうな事を言っていますが、これらは、私たちと無関係なものではなく、身近に存在する半導体を活用したパソコン、テレビ、携帯電池、ソーラー電池や物理学、ヒトゲノム解析、CTスキャン、ナノテクノロジー、最新宇宙論などありとあらゆる事に活かされていると言います。

1900年にプランクの提唱したミクロの世界の物質の動きを説明する「エネルギー量子」はエネルギーを小さな塊の集合とし、1905年にアインシュタインは「光電効果」の説明にこれを適用し、「光も粒である」という「光量子」の考え方に発展させました。

古典物理学では粒子と波は互いに相容れない正反対の性質を持つ現象として扱い、1つの粒子は空間のごく狭い領域を占め、同時に2つ以上の場所に存在する事はなくそこに別の粒子が重なる事もありませんが、波は1点に存在するのでなく、空間の可能な領域に広がり、空間の同じ場所にいくらでも重ねる事ができます。
光はあきらかに波の性質を持っていますが、光電効果などのミクロの世界の現象を説明するためには光も粒子でなければなりませんでした。光が波でありながら粒子の性質も持つなら、逆に粒子である電子にも波の性質があるのではないか。そんな発想からド・ブロイは1923年に「物質波」を提唱しましたが、数年後それは予言したとおりになりました。

電子や光があるときは粒子、あるときは波の性質を示す事からそれらは、粒子であり波である。そして、粒子でもなく波でもない。としました。それまで自然には粒と波の2種類あると考えられていましたが、自然にはただ1種類の“このようなもの”が存在することになったのです。

量子力学ではこの世界の基本的要素である粒子自身が本質的に“もやもや”した性質を持っているといいます。量子力学ではこうした「不確定性原理」が強調される事があります。しかし、それは「原理」というようなものではなく、「自然のなかに許される状態を量子力学がみつけた」というだけの事です。物理量の値はいつでもはっきりと決まっているわけではない、「電子がある位置に静止している」などという状態は自然のなかではありえない。自然がそういうものであることをあきらかにしたのが量子力学なのです。

自然は人が知るか否かに関係なく決まった性質を持って存在する-この自然像は今まで当たり前の事として誰も疑いませんでした。しかしミクロの世界ではそうした「素朴な実在論」は通用しません。ミクロの世界は直接的に観測できないため抽象的な数学的方法によって量子力学的に表現するしかありません。しかし、マクロの世界もミクロの物質で出来ているのですから量子力学は全ての自然に適用されなければなりません。自然は根源的に偶然的です。量子力学は全ての物質がいつでも決まった性質を持っている事を否定しています。そうした量子力学の世界がどんなに奇妙に見えても奇妙なのは自然自身なのです。

近代科学は「要素還元主義」を主要な方法として大きな成果を残してきました。ニュートン力学の成功に始まり、量子力学の建設にまでいきつきました。しかし、要素還元主義でも扱えない問題もあります。「カオス」「非線形」「フラクタル」などの用語とともに語られる「複雑系の科学」です。地球環境・気象、地震、火山、生態系、人体、脳神経、経済活動などです。それらは、多数の要素が絡み、それぞれの要素に不明な点が多く、単純でない関係もあり、部分の和=全体とはなりません。予測が困難で常に不確実性を伴う現象はいくらでもあります。

これまで自然科学について学んできましたが、「科学」とは人間の認識活動であり、真理の獲得です。真理とは対照と認識の一致であり、それは唯物論の立場であり、また科学の姿勢でもあります。自然科学は対象の存在を明確に認める唯物論の立場を貫きながら、自然をありのままにその現象と本質を統一的に捉えようとするものです。

もちろん人間の認識は完全ではありません。特定の対象の特定の領域について、特定の条件のもとで確証されたものでしかなく、一度形成されたら揺るがない「不変の原理」や「絶対真理」といったものもなく、人間の認識の発展と共に歴史的に発展するものです。そういう意味で科学的真理は「相対的真理」にすぎません。
しかし、だからといって「科学的真理などあてにならない」「科学が発展すればするほどわからない事が増える」「本当の事は分からない」というような事でもありません。
「相対的真理」はいくら積み上げても絶対的真理になりえないのではなく、その中に初めから絶対的真理を含んでいるものです。そういう弁証法的な捉え方が大切です。

文明以前の時代、人々が自然に対しての畏怖や尊敬から生み出した宗教的概念…と同時に周囲の外的自然について素朴ではあっても唯物論、弁証法的な見方がしだいに成長していったと思われます。古代ギリシアの自然哲学により自然の客観化し、思考による抽象を通して具体的な諸現象の真相を捉える新しい観点が打ち立てました。近代科学は分析的方法と実験的方法を組み合わせ実証の精神と合理的精神と批判的精神に富んだ科学の方法を発展させました。

社会を支配する人たちはこうした科学的なものの見方が働く人々のあいだに広がる事を恐れ、化学の土台となる唯物論への攻撃が繰り返されてきました。

現代社会においては、自然・社会・人間についての真理を探究し、その事によって人類の福祉や社会進歩、国際平和に貢献しようとする科学本来のあり方と企業の利潤や国家的目的に従属した研究を進めようとすることによって、国民生活や自然環境に重大な影響を及ぼしたり、国家権力の支配に奉仕したり人類を滅ぼしかねない方向へ導く科学の歪んだあり方との鋭い矛盾が現れています。

科学研究をめぐるこうした現状のもと、科学の「産業化」、「軍事化」、「体制化」などを批判する議論が多く見られます。こうした科学批判は科学本来の立場を守るためにも重要ですが、これが転じて反科学主義が主張されるのであれば、なんの解決にもなりません。

科学は事実に基づいて合理的認識を形成するものですから、思想や意見の違いを乗り越えて多くの人々の合意を形成していく事になります。
だからこそ支配者は働く人たちが「科学的な視点」を持つことを嫌います。

科学を無視したり軽視するたくらみは結局、民主主義を破壊することに繋がります。この国の民主主義を徹底するために学習と討論をつうじて、いまこそ自然科学をわがものとしようではありませんか。

(以上、メチャクチャ長い講義抜粋終わり…)

最後は哲学の領域にも踏み込み、科学を学び、世界観や社会観がしっかりしていなければ真実を探求する人間の立場もふら付くという事が言われていました。
「現象と本質」、「相対と絶対」、「客観と主観」これらの条件をもとに働くもの(もちろん、そちらの立場にある多くの仲間)が真実を見抜く目を養っていかなければ真の発展や未来はありえないという事だと思います。

最後は修了式があり、みなさん老若男女問わず、この難しくも面白い講義に活き活きとした表情で10回を通しての感想を述べられていました。
久しぶりに学びに来られた方、全く分からなかったが先生の熱意が伝わってきたという方、学生時代分からなかった事がぼんやりとでも分かったという方、科学と差別の問題についてずっと考えていたという方、仕事で疲れてしんどい事も多かったがここに来ると切替えれたという方、分からないという事が分かったという方…

本当に色々な立場でここに来られているんだと実感し、はたらく仲間と学ぶ場所が存在する意義をあらためて感じる良い修了式でした。

そして、【お知らせ】ですが、5月27日(土)から自然科学ゼミが開講します。

●2017年5月27日 (土)~ 11月11日(土) 毎週土曜日(全10回)
  14:00 ~ 16:00 
  会場:関西勤労協会議室(森ノ宮)  講師:牧野理啓先生

今回の講義だけでは理解できなかったという方、新しく科学の事を学びたいという方、うってつけだと思います。

また、5月30日よりの186期関西労働学校の各教室も合せてよろしくお願い致します。
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[2017/04/23 12:38] | 自然科学教室 |
第185期 自然科学教室 第9回 「宇宙に果てはあるか」
前回9回目の講義では宇宙に果てはあるかという広大なスケールの内容でした。

アインシュタインが提起した宇宙方程式の解は「宇宙は膨張しているか収縮しているか、そのいずれかである」ことをすでに示唆していました。しかし、当時のヨーロッパでは「宇宙はいつまでも同じ姿を保っている」という考えが支配的で、アインシュタインですら宇宙方程式に「宇宙項」を付け加え「静止宇宙モデル」に仕上げてしまいました。

1929年ハッブルは銀河系外の銀河までの距離と赤方偏移の比較をし、「銀河が我々の銀河系から遠ざかる速さはそれぞれの銀河までの距離に比例する」という結論を出しました。この現象は「宇宙全体が一様に膨張している」と考えればもっとも自然に説明できます。当時のハッブルによる観測そのものは、全く不十分なものでしたが、「宇宙が膨張している」という認識はゆるがぬ事実として確立されています。
また、現在も宇宙が膨張しているなら、それを過去にさかのぼればどうなるか、昔の宇宙は小さくて高密度だったのでは。この疑問を追求したのがガモフでした。(1948年)「宇宙はかつてきわめて大量の物質が狭い空間に集中していた」という仮説から出発し、そんな宇宙がまぼろしのごとく爆発し急激な膨張を開始したとする「火の玉宇宙論」(ビッグバン宇宙論)を提唱しました。

1965年、ペンジアスとウィルソンが人工衛星からのバックグラウンド・ノイズとなる雑音電波のチェックをしている際に宇宙のあらゆる方向から同じ強さの電波がある事に気づきました。絶対温度+3度くらいの物体が出す電波に相当する事から「3K宇宙背景放射」と呼ばれます。
何十億光年も離れた宇宙のかなたから同じ電波がやってくるのは不思議なことです。しかし、それはガモフがすでに予言していた火の玉宇宙論(宇宙は元々集約していた)で考えれば説明がつきます。
こうして宇宙の膨張が確かなものとなり、その膨張速度が分かれば、どれだけ時間をさかのぼれば全てが1点に集中するか(宇宙誕生の時)が計算できます。最新の研究によると宇宙は138億年前に誕生しました。

宇宙誕生後、何兆度という超高温の宇宙が冷めて、38万年後には3000度まで下がり原子の形成と共に光がどこまでも届くようになって「晴れ上がり」ました。その後、水素とヘリウムを主体とするガスは、重力で引き合って宇宙膨張を振り切り、銀河を形成しました。そこからさらに分裂を繰り返し恒星ができました。恒星にはそれぞれ寿命があり、質量が大きいほど寿命も短くなります。恒星の終焉の姿は褐色矮星、白色矮星、中性子星など様々ですが宇宙空間にまき散らされた星間ガスは再び集まって輝き始めます。太陽の30倍の質量の星は重力が強く超新星爆発で吹き飛ばされる事なく収縮を続け、ブラックホールになると考えられます。これは重力の塊で空間に空いた穴のようなもので光すら飛び出す事のできない天体です。ブラックホールは直接観測できませんが、強い重力源として存在を確かめる事ができます。

ビッグバン宇宙論の確立により宇宙が無限でなく始まりと果てがある事を予感させます。
宇宙の大きさは1つには「無限である」という可能性と「有限であるが果ては無い」という可能性があります。
地球の表面積が有限でも表面に果てが無いように空間も「有限=果て」では無いのです。また宇宙誕生の前には何があったかという問題も宇宙は「時空」の全てというとらえ方をすれば宇宙誕生時に時間も生まれたとなり問うことが無意味になります。現代宇宙論が直面している問題は他にもあります。見えない重力源「ダークマター」や宇宙全体を覆う未知のエネルギー=「ダークエネルギー」がそれです。私たちが知っている宇宙はわずか5%、(残り23%がダークマター、72%がダークエネルギー)私たちは宇宙の95%をまだ知らないのです。
(講義抜粋終わり)

講義中、宇宙が膨張している事を分かりやすくイメージするには、風船がしぼんでいる時にマジックで打った多数の点が膨らますと遠くに散らばる(早く遠ざかる)事など子どもでも分かるような例えも交えて教えてもらえ面白かったです。

今まで学んできた講義の集大成に近づき宇宙全体の事を考えるスケールの大きなものとなりましたが、これだけ多くの事が学べても宇宙の事はたった5%ほどしか分かっていないという事にもびっくりします。
ダークマターやダークエネルギー、また何十年後かの教科書では少しでも解明されているんだろうか、宇宙に果てが無いように人間の知的欲求や発展にも果てが無いんだろうなとしみじみ思った9回目でした。
[2017/04/09 00:32] | 自然科学教室 |
自然科学教室 第8回 「アインシュタインが考えたこと」
前回8目の講義ではいよいよアインシュタインの相対性理論が出てきました。

19世紀前半まで宇宙の構造のすべてを解き明かす最終的な科学理論だと思われていたニュートン力学…

しかし、その力学をもってしても宇宙の構造を解き明かすには至りませんでした。
①時間と空間は不変で絶対的なものであるという前提だが、必ずしもそうではない
②宇宙に存在する媒質の解明ができない。(光は宇宙を満たす媒質「仮名:エーテル」を通っても速度差を生じず秒速30万kmである。)

そんな宇宙の研究に波紋を及ぼしたのは無名の青年アインシュタインでした。
1905年に彼の提唱した「特殊相対性理論」では、ニュートン力学の相対性原理を確認するとともに、「光の速さはいつも同じである」という「光速度不変原理」を掲げました。エーテル仮説と観測結果のつじつま合わせでは無く、実験結果(マイケルソンとモーリーの実験)を素直にそのまま受け入れました。

光は真空中を秒速30万kmというたった一つの定まった速度で飛び、差を生じない。

これを受け入れると「同時刻」という事が意味を持たなくなり、観測者個々において固有の時間を持つ事になります。

アインシュタインによると光速は時間や距離から二次的に求められるものではなく、絶対不変のものであり、時間や距離のほうが計算によって求められる二次的な量となります。

つまり、「どの慣性系にいる観測者にも高速が一定に見えるようにそれぞれの時間の歩みや空間の長さが変化する、それが宇宙の本質だ」という事です。これらは実験によって確かめられ、今では明確に認められています。

さらに特殊相対性理論の重要な結論の1つに「質量とエネルギーの同等性」があげられ、
「運動する物体の質量は高速に近づけば近づくほど大きくなり、高速に達すると物体の質量は無限大になってしまい、物体の運動は高速を超える事はありえません」つまり、物体の持つエネルギーが質量に変換される(!?)という事です。
この驚くべき結論を表す式が有名なE=mc2です。
つまり条件さえ整えば、エネルギー→質量に、質量→エネルギーに変換される事を示し、当時の放射能の謎解きにすぐに役立ちました。

また、特殊相対性理論は「なんの力も働かない慣性系」という極めて特殊な条件のもとでだけ通用するものであったため、アインシュタインは宇宙のどこであっても通用するように重力を組み込んだ相対性理論=「一般相対性理論」(1916年)を提唱しました。

時間と空間の概念にさらに手を加えるために曲がった空間を扱う「リーマン幾何学」を物理学に導入したのです。

この理論によれば、「物質が存在するとその影響でまわりの空間や時間が変化する」と言います。
時間が遅れたり、空間が曲がったり、逆に空間や時間の変化は物質の運動の仕方を決めます。これが重力だというのです。

また、アインシュタインは一般相対性理論を確立するにあたって、「物体の持つ慣性質量と重力質量は等しい」という「等価原理」を提起しました。
この原理にもとづけば、重力を「時空の曲がり」という場として定義する事ができます。
太陽のまわりの空間の曲がりや「重力レンズ効果」、「水星の近日点移動」などとしても確かめられ、「ブラックホール」や「重力波」の探求も進められています。
(講義内容抜粋終わり)

講義中、牧野先生が余談で話されていましたが、太陽の寿命100億年もE=mc2の式から求められたという話に、「そこと繋がるかぁ」と思いましたが、一つの事が分かればそれに関連する多くの事の解明に役立つんだなという事に凄い!の言葉しか出ません。

SF漫画や浦島太郎のおとぎ話に出てくる竜宮城の中と外の世界との時間差などと繋がってる感じで面白いなぁと平凡な事を考えながら講義を聞いておりましたが、フィクションでは無く、こういう自然法則に則った世界に生きている事をしっかりと認識して科学を捉えていかないといけないなぁと思った講義でした。
[2017/04/01 16:34] | 自然科学教室 |
自然科学教室 第7回 「生命のしくみ」
前回の講義は生命のしくみについてでした。

生物体の重量の大部分は水(H2O)ででできており、水の無いところに生物は存在しません。

水の分子はO原子(マイナス)とH原子(プラス)が極性を持って引き合って水素結合しており、水の粘りや水に溶けるとか溶けないという事もこの性質によって出てきます。

また生物の基本構造は細胞単位で、細胞は膜によって外部と仕切られています。生物は周りの水(海水)から膜で仕切られた袋として誕生しました。
こうして生命活動の舞台が出来ましたが、エネルギーが無ければ活動出来ません。

生物の体は主に炭素化合物で出来ていますが、その代表であるブドウ糖がエネルギーとなります。
糖を燃焼させると熱や光が放出されますが複雑な酵素作用によって取り出して生命活動に利用しています。
又、糖は植物の光合成によって作られ、それを生物は体内で消費(燃焼)する過程で呼吸(CO2とH2Oを排出)し、エネルギーを得ます。
(講義内容一部抜粋)

…というように、海から生まれた生命の話から始まり、酵素、タンパク質、遺伝現象、無性生殖と有性生殖、発生と分化という流れで、講義は進みました。

環境が変化すると新しい個体を作り出すためにゾウリムシがくっつきあって情報を交換し合い、お互いに元と全く違う個体となって離れる話。
減数分裂によってゲノムの数を増減させながら生きる珪藻類の話。
などなど生命の不思議について難しくもワクワクする話の連続でした。
[2017/03/26 15:03] | 自然科学教室 |
自然科学教室 第5回 「エネルギーとは何か」
さて、前回4回目の講義「運動の法則」を踏まえ、
5回目は「エネルギーとは何か」についての講義でした。

荷物を運ぶ、階段を昇る、機械を動かす、光や熱、電気、化学反応に生命現象など私たちの生活にエネルギーは欠かせません。

このエネルギーとはなんでしょうか?物体の移動や運動の変化などエネルギーは「仕事」にかかわっています。

仕事の量が増えるほどにそれに必要なエネルギーも増えます、逆に言えばエネルギーを多く蓄えていればそれだけ多くの仕事ができることになります。

…という事で5回目は、
・運動エネルギー(質量と速度で表す)と位置エネルギー(質量と高さで表す)を合わせた力学的エネルギー
・運動エネルギーと位置エネルギーが互いに変換されても総量が変化しない
・運動エネルギーの熱エネルギーへの変換(動いている物体が止まる時に発生している)
・物質の三態(個体・液体・気体)を司る「温度」も粒子の持つ運動エネルギーの平均値によってきまる物理量
・電気的エネルギーと「電場」
・電気と磁気の働きによる「磁場」の発生
・「電場」と「磁場」の相互関係による「電磁波」の確認
・物質内に蓄えられたエネルギー(化学エネルギー)について
・原子核の安定性
・核融合と核分裂
・放射能と放射線
・エネルギーとエントロピー

などなど、盛りだくさんのエネルギーについての講義でした。
光も電磁波の一種であるからこそ反射や屈折すること、虹の色に例えられる可視光(紫・青・緑・黄・橙・赤)の範囲(380~770nm(ナノは10-9))の小ささ、α線(プラスの電荷を帯びたヘリウム原子核が飛んでいるもの)、β線(マイナスの電気を帯びた電子がとんでいるもの)、γ線(高エネルギーの電磁波で、性質の異なる物質を二次的に作り出す)の性質、エントロピー(乱雑さ)が大きくなる事(エネルギーの質の悪化)を部屋が散らかるイメージで教えてもらえたりと、難しくも興味深く、面白く聞けた講義でした。

[2017/03/11 15:19] | 自然科学教室 |
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プロフィール

関西労働学校

Author:関西労働学校
働くものにふさわしいものの見方・考え方・そして変え方をみんなで一緒に学ぶ学校です。

主催:関西勤労者教育協会
   大阪市中央区森ノ宮中央1-14-17
   ICB森ノ宮ビル402号
   電話 06(6943)1451

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