ECT と電磁気学

マニアックなネタですが、関係者からは好評価だったようなので、こちらでも。

猪股弘明
医師(精神科:精神保健指定医)
理学士(物理)

物理を「使う」 -高校物理ローレンツ力から反粒子・パリティ保存則・PETなどまで –

ちょっと前に某所で教科書に掲載されている以下の図の荷電粒子の回転方向は反対ではないか?とえらくこだわっている人がいて違和感を持った。


違和感を感じたのは、以下のような理由で私からしたら「どっちだっていい」と思ったからだ。

静磁場 B の中で、速度 v で移動する電荷 q の粒子は高校物理でも出てくるように以下のようなローレンツ力が働く。

F = q ( v x B )

だから、q の正負によってローレンツ力の向きは正反対になる。

この教科書の図は q<0 の場合。
q>0 の時には確かに正しくない。らせん運動をするのだが、その回転方向は逆になる。

でも、ある程度、物理的センスのある人だったら、注目するのはそこではなく「質量が同一で電荷が正反対なら運動エネルギーは一緒になる(回転半径は変わらない)」点だと思う(おそらく出題意図もそれ)。

これは何を意味しているかというと「仮に反粒子(質量は同一で電荷が逆)があれば、磁場に置かれた時にその回転方向から両者は識別できる」ということだ。
実際、電子 e- の反粒子である陽電子 e+ はこのような経緯で発見されている。
陽電子の存在を予言したディラックも凄いが(SFでこのネタはよく出てきますね、ホント)、実験的に検証したアンダーソンたちも凄いですね。

医療関係者ならば、電子-陽電子対消滅は PET でお馴染み(PET の原理考えた人も相当凄い)。
(PET って何ぞや?って人は『わかりやすいPETの話』なぞを参照のほどを)

さらにセンスのある人だったら「ローレンツ力は右手系でも左手系でも同じように振る舞う(パリティが保存されている)」あたりまで推測するのではないかと思う。
(より踏み込んだ議論は『電磁気学とパリティ』などをご参考に)

ここらへんまでくると私も数式的には追いかけられないのだが、一本の数式からでも色んなことが語れるものだなと思います。

高校の物理の先生もこんな感じの話をしてくれたら、物理離れは止まるような気もするのだが、そう思うのは私だけかな。

 

猪股弘明(精神科医, 理学士)

Apple Watch と血糖測定とラマン散乱

世間的には、Apple Watch に心電図測定機能と不整脈お知らせ機能がついたと盛り上がってます。
いいなあ。

ところで、7 より血糖値測定もできるようになる。
ここで測定原理としてラマン散乱というものが使われるらしい。
こういうもの(↓)らしいです。

論文見つけた。
さらっと読む。

猪股弘明
医師, 理学士(物理)

「物理屋」さん

以前からたびたび触れているように MRI では、スピンが測定原理の中心にデンと居座っているため、医療者であっても何らかの理解は必要だ。

私も「高校で習う物理からの類推+歴史的な導入背景の把握」でこの概念を理解した方がいいのでは?みたいなことを提案した。(こことかこことか)
だが、これには限界があることも知っている。ニュートリノという素粒子では、奇妙なことに電荷がなくてもスピンがあることが知られているからだ。
実用的には、どのようなプロセスで理解していってもかまわないと思うのだが、最終的には「スピンとは、素粒子の基本的属性の一つであり、古典的には理解し難いが、その振る舞いを予測する理論も存在する。自然はそういう風につくられている」と受けとめるしかないと思う。
物理学では、こういった概念が多い。われわれが人間として日常的に経験している現象の延長では決して正確にイメージできないが、いくつかの実証的な実験結果と理論(数式)から、その振る舞いを予測したり、実在性を確信したりするしかない類の概念だ。

ところで、常日頃から、このような概念を頭の中で飼っていて、それらを用いてあーだこーだと思考を巡らせている集団がいる。俗っぽくは「物理屋」さんと言う。大学では、理学系の物理学科というところに集中して棲息している。

本人たちは大真面目にやっているのだが、傍目からは奇妙なものに映るようだ。目に見えないものを対象にしている場合が多いから、頭の中のイメージを共有するような感じで議論を進めたりする。よく他学部の人からは「目隠し将棋でもしてるんですか?」とからかわれたりもする。

だが、このような抽象的・論理的な思考様態は、それなりに有効なようで、他の領域に移っても結果を出すことがある。クリックによる DNA の二重らせん構造の発見などは、その最たる例だろう。

物理的な計測をやっている人ならけっこう同意してもらえるんではないかと。

「二重らせん」を読み返す

あたりがイイ線ついていると思う。

 

猪股弘明(精神科医、理学士)

 

物理なパーカー

去年も「下に何もきてもコンビニあたりに買い物に行けるように」パーカーに関する記事を挙げたのだが、今年も肌寒さを感じた頃に新たに2つほど新調した。
今回は、物理学に関するもの。
物理学に関する衣服などあるのかと突っ込まれそうだが、いやいや、しっかりあります。
アイキャッチのものは一目瞭然。量子力学の思考実験として有名な「シュレーディンガーの猫」をモチーフにしてデザインされている。facebook で紹介したときは、「猫ちゃんが可愛い」と女子ウケがよかった。
これはバーガンディのMサイズでやや小さめ。実際に購入するときはワンサイズオーバーでもいいかも。

なお、シュレディンガーの猫は 1935/11/29 に発表されたそうで、今年だとそれにちなんでこんなツィートがあった。

日本では、『良い肉球の日』という猫好きの素敵解釈が横行して、猫の足裏画像がネット上では散見された。

 

 

もう一つはこういうもの。。
こちらは、(古典)電磁気学の Maxwell 方程式にヒネりを加えている。

神は言われた

∇・E =  ρ/ε0
∇ x B = 0
∇ ・E =  -∂B/∂t
∇ x E = μ0j + ε0μ0∂E/∂t

そこに光があった。

 

確かにこの4本組の方程式は、神の言葉に近いですね。

なお、最近、脳科学ではニューロモジュレーション(主に電気的な侵襲を中枢神経系に作用させ調節をはかる方法論)に関心が集まっているが、正直、Maxwell の方程式くらいは理解していないと、この分野は本質的な理解はなかなか難しいでしょうね。総説などでも間違った記述がなされているものがちらちらあります。

 

猪股弘(医師:精神科 理学士:物理)