原子の中には芯がある！量子力学の世界への扉

20世紀の大発見～ラザフォードが見つけたもの～

イギリスで活躍した物理学者アーネスト・ラザフォードは、原子の中に「芯」のようなものがあることを発見しました。金箔を用いて金の原子にアルファー線をぶつける実験をしたところ、ほとんどのアルファー線が金箔をすり抜けていく中、いくつか跳ね返るアルファー線があったのです。もし原子がのっぺりとした均一なものならばアルファー線はすべてすり抜けてしまったはずです。しかし、跳ね返るということは「跳ね返す何か」がそこにあるということです。つまり、原子にはアルファー線を跳ね返す「芯」があるという発見でした。この「芯」が「原子核」と呼ばれることとなったのです。

不思議な量子力学の世界

このような、原子核とそのまわりの電子からなる原子というものは、当時の物理学の理論で説明することができません。そこで、物理法則は原子レベルでは日常経験する力学（古典力学）とは違うルールに従うと考えられはじめ、それが「量子力学」という新しい法則として確立しました。量子力学でなければ、原子が安定に存在することも説明できないのです。もっと日常的なことがらも量子力学の世界とつながっています。例えば光が波と粒子の両方の性質を持っていることを、量子力学は教えてくれます。あなたが見ている星の光も、もし光が波の性質しか持たなければ、弱すぎて人間の網膜を刺激することはできません。光が粒子としての性質を持っているからこそ、人間は遠くの星を見ることができるのです。

物理の世界は「推理＋実験」の繰り返し

物理学の世界は「どうなっているのか？」という疑問の答えを考え、実験でその考えが正しいかを確かめるという行為の繰り返しです。理論と違う結果が出たときは、新しいパズルが与えられたということで、物理学者は夢中になります。ラザフォードの理論から100年経ちましたが、自然界にはまだ解明されていない謎が多く残っています。あなたにも世紀の大発見をするチャンスが与えられているのです。

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九州大学基幹教育院教授原田恒司先生

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物理学

メッセージ

物理を暗記科目ととらえている人もいるようですが、そうではありません。物理の勉強は基本の理解が重要です。基本的な法則のことがよくわかればそれを用いていろいろなことを導きだし、たくさんのことを説明することができます。覚えることはむしろ少ないです。「どうして？」を追い求める物理の目で世界を見ると、今までと違ったものが見えてくるかもしれません。それを楽しむのが物理の世界です。基礎をしっかりと学び、楽しい物理の世界へと旅してみましょう。

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