え!物理基礎で宇宙まで!?保存則の楽しみ方


高校物理で学ぶ3つの「保存則」。
これら保存則には、ふか~いことが
隠されているのです。

テスト勉強の合間に、
ちょっと遠くから眺めてみましょう。

3つの保存則

小柴昌俊先生の
「ニュートリノ天体物理学入門」


をには保存法則に関して、ちょっと深いところまでわかりやすくまとめられています。

単なる保存則の枠をこえて、この保存則があることによって、

何が言えるのかについてみていきましょう。

角運動量保存則

フィギアスケートで手を広げたりすぼめたりすると変化する回転数。

これは角運動量の保存を示しています。

 

角運動量の保存は、

3次元の空間はどの方向もひいきしていない(等方性)ことを示しており、

空間のどの方向に座標軸をとっても、自然を記述する法則は変わらないことを示しています。

運動量保存則

高校物理では衝突や分裂に登場する運動量保存則。

下地には作用反作用の法則がありましたね。

 

この運動量の保存則は、

この空間のどこでもみな一様であり、

どこの場所にいっても自然を記述する法則は変わらないことを示しています。

エネルギー保存則

物理基礎で同じみの力学的エネルギーの保存。

全てのエネルギーまで拡張すると、エネルギー保存の法則になります。

 

この法則は、

過去でも未来でも、自然を記述する法則は同じであることを示しています。

 

保存則って面白い!

このように保存則を見渡してみると、

 

方角に差はなく、

場所に差はなく、

そして時間でも差はなく、

 

物理法則を組み立てることができる

 

という意味があって、保存則がやぶれていないかぎり(今のところ見つかっていません)、

宇宙の隅々まで物理法則は適用できることになります。

 

人間が到達できない場所まで、拡張して考えることができる。

宇宙の成り立ちについてだって、考えることができる。

 

うーん、面白い!

高校1年の「物理基礎」ではエネルギーの保存則が、

また高校2年の「物理」では運動量保存や、

惑星のケプラー第二から運動量の保存が学べます。

 

テストの合間に、宇宙について考えて見たらどうでしょう?

 

読んでおきたい本

小柴さんのこちらの本、読みましょう!

(テストが終わったら!)

エネルギーの保存と運動量の保存についてはこちらに詳しくまとめました!