空観方程式

「色」と「空」の一体化によって可視化され、相互作用で共感・共鳴が生じ、新たなる思いや生命力が実体化される。

レモン電池

2017年07月05日 | 科学
レモン電池の実験

レモン一個を二つに割って、
はさみで切れる薄い銅版と亜鉛メッキ(トタン)板の電極から
3対の電池を直列につないでLEDを発光させた。






写真のように3対の電池を直列につないだところ電圧は1.5Vであった。
レモン電池によってLEDを発光させるには3対以上の電極が必要である。

お子様の電池教材にどうぞ
白亜イーハトーブ工房より
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合成された波の強さ------まとめ 複素平面座標と直行座標の比較

2013年03月02日 | 科学
極座標にて示されるベクトルZには、長さと方向に情報が含まれる。
波を表示する場合には、長さ|Z|が波の振幅(強さ)として、角度が
位相や周波数として表示さる。
従ってベクトルの加減算|Z1±Z2|は合成(重畳)された波の振幅
として表現される。(a)
一方、ベクトルの掛け算では|Z1Z2|が長さで、角度(位相)は
反時計方向に加算されて回る。(b)



ベクトルによって表示される波φ1と波φ2によって合成された波φの振幅強度が、
長さ|φ1+φ2|=|A|で示される。
その波が観測強度/確率として観察される値は、合成波の二乗|φxφ|で示される。
それは二次元実空間で示す極座標ベクトルの長さ|A|の二乗であり、
即ち|φ1+φ2|の二乗である。この場合はX軸とY軸座標成分が混在してしまうので、

合成された波φの観測強度は
三平方定理によって、上図のX軸とY軸座標成分により求める。

         上記計算では次の定理を使う
                  
一方、複素平面(ガウス平面)を使えば同様に極座標表示において、合成された波は
      
 

合成された波の観測強度/確率は共役複素数を掛ければ求められるから、

    
となって、合成波の観測強度は、直行実平面と複素平面で共に一致する。
オイラーの公式によって複素平面では計算自体も非常にシンプルである。

オイラーの公式が指数関数と三角関数を虚数が媒介して成り立つ等式として「人類の至宝」や
「人類史に残る不朽の名作」と言われる所以である。
ここに改めてピタゴラスやオイラーの偉業を讃えるとともに、波の事例のみならずここで使われる
複素数の概念には、他の多くの複雑化した事象もシンプルに捉えられそうである。

シュレーディンガー70年の夢-波動関数の観測-2002-03-01永山 国昭著の最終章には、
「実数、実体、実在、虚数、虚構という日常的ことばが、認識に与えるバイアスに注意すべきで、
明確に言えることは複素数物理に慣れ、その実在感を獲得すると世界は極めて単純に表象かつ
理解できる。」とメッセージしている。

科学技術は万能ではなく、まして不確実なことを説明しようとすると大変な困難が伴う。
つまり誤解や不安を煽ったり風評被害が出たりすることがある。
従って科学技術には現実の姿をありのまま、解りやすく、正確にすることが必要不可欠であり、
リスク等が複雑なままでは必ず誤解が生ずる。だから正しいだけではだめで、具体的プロセスと、
それを正しく伝える手段がなければ使えないのと同じである。
それには複素数の概念が大いに役立ちそうだと私も常々感じている。

波の場合でも、SINとCOS、虚数と実数のように異質なものを成分ごとに分類して一体化させる
手法であったが、同じことが料理をするときには、食材とうま味成分を組み合わせるように、
家計簿では利益収入と、借入金を分別して記載するように、無意識でも既に実用化されている。

オイラーの公式COSθ+iSINθ=EXP(iθ)は色+空=新たに目指す姿(新次元)という三位一体
としての関係が双方から見えてくる。
物事を「色」と「空」とに分けて混在させずに識別し、それが三位一体となった時、料理や家計簿の
例でいえば、料理を口に運び、あるいは収支決算での「実在感」が「色不異空」として獲得された時、
これが正に「シンプルにして見える化」であって、「世界は極めて単純に表象かつ理解できる」が
「色即是空」の部分だと思うのである。


付録:波の複素数表示
SINとCOSの2変数を使った複素数を用いる。波の特徴は進む速さ(位相)と強さであるが、
極座標表示における偏角の位相(Θ)部分で、波の波長と振動周期が使われる。
 
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波の合成と観察----電子のさざ波

2013年02月28日 | 科学


電子波は振幅と位相によって特徴付けられて表現される。且つ2つの波の合成によってはじめて観測される。
つまり干渉縞が現われることで、はじめて波であることが認識できる。従いその合成の表現法を知ることは
重要である。
複素空間(ガウス空間)において、2つの波の合成は次式であらわされる。
 

この時、波の観測強度/確率は共役複素数を掛けて以下の様に示される。

               ここで波動の掛け算は指数のたし算で表示され、以下の例に示す通り 
                
               の計算を適応して、次式を得る

      
               ここでオイラーの公式から
               
                 により       
     

以上が合成された波の存在確率分布であり、この強度分布が観測される。
しかしいくら強い分布があってもその分布が均一であれば観測できない。
複素空間での波の合成計算後に、現実の実体強度に戻された合成波にも、
周波数と時間の要素が含まれ、時間軸で見れば位相項での周波数によって振動する。
電子顕微鏡では試料の構造に依存したCOS(θ1-θ2)の位相変調により、
その振動数による干渉縞が試料構造を反映した強度として観測される。
300kVの電子波とスリットとしてカーボングラファイトの面間隔(0.34nm)を
使用し、試料面より少しだけ遠い位置で合成波強度を見ると、COS(θ1-θ2)
の項に示す位相差による干渉によって小さな波紋が無数にでき、まるで湖面の
さざ波の様であった。これで確かに電子は波であることが見える化され実証された。
この時、波の振動を示す時間軸(右図)は写真の面に垂直の関係にある。

 


    
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波の合成とその表現法 ------- はじめに

2013年02月23日 | 科学
正弦波の表現法

              二次元実空間              複素数空間(極座標)


                       


  波の合成とその表現法 (二次元実空間と複素数空間の比較)

   

複素数空間(ガウス平面)で波の合成表現ができる
     
波の合成をベクトルの合成で表現できる。
空観方程式ではこの原理を応用して、三位一体の関係を二次元に表現する。
α―β=θが位相項で進行速度を示す。
ちょうど0度で波は最大、90度で消滅し相互作用も無かったことになる。

複素数空間のうま味
三角関数の掛け算では、複素数空間を使えばオイラーの公式により足し算となる事。
     ↓



  

シュレーディンガー70年の夢-波動関数の観測-
永山 国昭著
http://ir.soken.ac.jp/?action=repository_uri&item_id=2567&file_id=22&file_no=1
http://ir.soken.ac.jp/?action=repository_uri&item_id=2567&file_id=22&file_no=2
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金星の太陽面通過をキャッチ

2012年06月07日 | 科学
1)金星の太陽面通過
6月6日に金星の太陽面通過があったのですが、この日はあいにく朝から小雨模様。
撮影はあきらめていましたが昼食をいただいておりましたら、明るくなってきて、
にわかに雲の隙間から太陽がほんの一瞬ですが、顔を出しました。
あわててカメラを用意して、なんとか撮影できました。

ISO100,シャッタースピード1/2500,F8.3  Time12:40
NIKKOR 42X WIDE OPTICAL ZOOM ED VR

2)失敗談(減光フィルターが必要な訳)
減光フィルターではなくレンズキャップにピンホールを開ければ太陽も撮影できるものと
思っていましたが、実際にピンホールを開けて撮影してみてびっくり仰天。
CCDかレンズの処についたゴミだらけの写真となってしまい使い物になりませんでした。
下写真  クリックで拡大

何枚か撮ってもこのごみの位置は常に同じ所にあって、光学系の中でついたゴミの様です。
これでやっと減光フィルターが必要な訳が判りました。
使用カメラはレンズ交換なしのミラーレスカメラですから工場組立時に付いたゴミだと思います。
もし高価なカメラを買うときにはこの簡単なテスト法でごみの少ないものを選んだ方が
よさそうです。
ちなみに上の金星通過写真の黒い点はゴミではなく太陽黒点で、大きい黒丸は金星です。
このたびは金環食も金星通過もたまたま晴天ではなく雲による減光ができましたので
ラッキーでした。

3)失敗談(危険な作業)
雲の動きが早く、雲間からパッと太陽が出るものですから、一瞬ですが裸眼で太陽を見て
しまいました。
どうなったかと言うと、黄色みかかった薄緑色の残光が網膜に焼き付いて、暫く取れませんでした。
幸い数分で治りましたが、くらくらとめまいがして瞬間死ぬまで治らないかもしれないと思いました。
太陽面の観察は意外に危険な作業だったことが、後になって痛感した次第です。
ちなみにCCDの方は焼きつくようなことは無く、何ともありませんでした。
後日談ですが網膜に焼き付いた色は、草木染めのごとく淡く見たことのない美しい色でした。


NASAの写真と同倍率で比較してみると
  



NASAの動画On June 5 2012, はこちらから
         
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金環日食の撮影

2012年05月24日 | 科学
5月21日の金環日食


雲の合間の日食で、鳥騒ぎ、気温下がる。
異変を感じた鳥の行動や急に気温が下がる現象などに直に触れてみたり、
日食の予報計算の正確さや、デジタルカメラの性能向上など科学の進歩に
感激したりでした。


宇宙のダイナミックさにも感動しました。古典力学の範囲とはいっても、
月と太陽と地球のお互いの関係性による宇宙のダイナミックな動きに直に
触れることができました。
はじめは地球の自転で東から日食が始まるのかと勘違いしておりましたが、
月の動きの方が早く、西の中国から始まって地球の自転がそれを追いかける
形になっていて、最後はアメリカの夕日で終わることを知りました。
普段は気が付かなくてもこの様な三者が影響し合って高速運動している事象に
触れてみると、改めて感動するものです。
特にベイリービーズの瞬間は連写機能がなければとても撮影できなかったと
思われるくらいの高速、かつ一瞬の出来事でした。
いずれにしろ雲の合間を狙って撮った写真に、写っていた偶然に感謝!
出勤前の時間帯でこれにも感謝!でした。



http://www3.nhk.or.jp/news/web_tokushu/0521.html



ベイリービーズの瞬間  7時31分


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