臼田 孝 (2022) 宇宙を支配する「定数」

  • 臼田 孝, 2022: 宇宙を支配する「定数」 — 万有引力定数から光速、プランク定数まで (ブルーバックス B2194)。講談社, 262 pp. ISBN 978-4-06-527329-6.

2022年2月の新刊。新書判 縦書き。まだ実質的な読書メモができていないが、ひとまず (折りかえしのあとに) くわしい目次を出しておく。

== 目次 ==
はじめに — 「永久不変の存在」を求めて
もくじ
第1部 物理定数とは何か — 原子に刻まれたものさし
第1章 物理定数とは何か — 根源的な法則に現れる「固有の値」
– 1-1 法則と定数
– – 「物理法則」とは何か
– – 「根源的な法則」を求めて
– – 万有引力定数の普遍性
– – 決して変わることのない法則と定数
– – 物理定数の値をどう測るか
– – 観測と実験 — 科学を進歩させる両輪
– 1-2 「単位」とは何か
– – 人類最古の「ものさし」
– – 物理定数を単位に!
– – 原器の質量は増えたのか減ったのか?
– 1-3 科学と数学のふしぎな関係 — 物理定数と数学定数
– – 「数学定数」とは何か
– – 科学と数学の違い
– 1-4 「不確かさ」という考え方
– – 「真の値」を知りうるか?
– – 信頼性を評価する
第2章 物質と定数 — 光が解き明かす極微の世界
– – 原子に刻まれたものさし
– 2-1 光とは何か
– – 光とスペクトル
– – 「波」としての光
– – 太陽からのメッセージ ・ 分光学の誕生
– – 「消えた光」の謎
– 2-2 原子固有の「バーコード」
– – 「線スペクトル」とは何か
– – “奇跡の年”
– – 原子の構造
– 2-3 原子に刻まれたものさし
– – スペクトルの分裂 — 測る技術の進歩が見せてくれること
– – 「超微細構造」とは何か
– – 目盛りの細かい「ものさし」
第2部 「時空」を支配する定数 — 時間、光速、万有引力
第3章 時間を刻む「原子の振り子」 — 「時間を測る」とはどういうことか
– 3-1 時間 — 人類最古の基準
– – 測定技術の進歩が生み出した基準のほころび
– – サンゴはなぜ満月の夜に産卵するのか
– – 「不定時法」の時代
– – 大航海時代のものさし
– – 時計のメカニズム
– – 地球の自転から公転へ — 秒の定義の変遷
– 3-2 原子時計の誕生
– – 原子を単位の基準にする時計
– – 原子時計のメカニズム
– – 天文時間から原子時間へのバトンタッチ
– – 「唯一の正しい原子時計」は存在しない
– – 「うるう秒」はなぜ必要か
– 3-3 「定数を測るものさし」の誕生
– – 一般相対性理論を体感できる時計
– – 自然のしくみを解き明かす「強力な手段」
第4章 光速「c」 — 不変にして宇宙の「上限速度」
– 4-1 光の速さは有限か
– – 衛星「イオ」に注目せよ
– – 天文学的距離における三角測量
– 4-2 観測から実験へ
– – 史上初の「光速」測定実験
– – フーコーの工夫
– 4-3 電磁波の発見
– – 「波動方程式」に基づく予言
– – 発見者はヘルツ
– – 見えてきた光速測定への道
– 4-4 「長さ」をめぐる計測問題
– – 国際メートル原器が抱えていた問題
– – 更新されたメートルの定義
– 4-5 特殊相対性理論の登場 — アインシュタインの卓見
– – 光速不変の原理
– – 否定されたエーテル
– 4-6 光速を測定する — 間接的手法の開発
– – 30センチのものさしで300メートルを測る!?
– – 「光周波数チェーン」の開発
– 4-7 決定された光速の値
– – なぜ「9桁」なのか
– – 「超光速粒子」の発見?
– – 光速を用いた「長さ」の定義
第5章 万有引力定数「G」 — 万物をつなぎとめる「糸」
– 5-1 ニュートンが考えたこと
– – ティコ・ブラーエとケプラーの仕事
– – ニュートンの導き出した結論
– – 未知のままでよかった万有引力定数
– 5-2 万有引力定数を測定する
– – ニュートンから100年後の実験
– – 実験ゆえのメリット
– – 小さい力を測定する難しさ
– 5-3 ゆらぐ万有引力定数
– – 万有引力定数は「不変」ではない?
– – さまざまに工夫された実験
– – 増していく「不確かさ」
– – 盤石な万有引力理論
– 5-4 質量とは? 力とは?
– – 質量がもつ「二つの顔」
– – 質量の単位を万有引力定数に置き換えることは可能か
第3部 「ミクロの世界」を支配する定数 — 電気素量、プランク定数、ボルツマン定数
第6章 電気素量「e」 — 電気と力のキャッチボール
– 6-1 「目に見えない」力への探求
– – マクロな現象は理解できても … …
– – 電気に関する現象に現れる定数
– 6-2 引力と斥力 — 「力」から電気と磁気の本質に迫る
– – 「ヘラクレスの石」
– – 「逆二乗則」現る
– – 電気の「量」とはどういうものか
– – 電池の果たした役割
– 6-3 「場」と定数
– – 「場」が及ぼす影響とは
– – 物理定数を減らしたマクスウェル
– 6-4 電流の基準をつくる — 「現示」の試み
– – 力を介して「未知の対象」を測る
– – 「100万分の1の精度」を達成
– 6-5 「電気の正体」を求めて
– – 最小単位をもっていた電気量 — 「量子」の発見
– – 科学における「大きな決断」
– 6-6 量子電磁気学の出現
– – 人類が手にした究極の理論
– – 量子電磁気学がもたらしたルール
– 6-7 電気素量を定義する
– – マクロから見るか、ミクロから見るか
– – 「電流」の定義として
– – 定義値から実験値へ
第7章 プランク定数「h」 — 量子力学の代名詞
– 7-1 エネルギーの最小単位 — 奇想天外な「量子」と向き合う
– – 世界観を変えた「二つの仮定」
– – その「比例定数」に意味はあるか?
– – エネルギーと光
– – 光量子仮説
– – 物理学の基本原理へ
– – E = m c2 と プランク定数
– 7-2 ミクロとマクロの架け橋
– – ニュートン力学との整合性
– – どこまで正確に測定するか
– – 巧妙な実験装置
– 7-3 プランク定数と質量の関係
– – プランク定数の定義値
– – 定義値になった意味とは
– – 質量の定義としてのプランク定数
第8章 ボルツマン定数「k」 — 熱とエネルギーの変換係数
– 8-1 温度とは何か
– – 温度の定量化は難しい
– – 水の三重点
– 8-2 「絶対零度」の発見と熱力学温度
– – 気体が「体積ゼロ」になる温度
– – 「熱エネルギーの度合い」を示す温度
– – アボガドロ定数
– – 熱エネルギーと状態方程式
– – ボルツマン定数と原子論
– 8-3 エントロピーとは何か
– – エントロピー増大の法則
– – ボルツマン定数とエントロピー
– – 原子論の夢破れ … …
– 8-4 ボルツマン定数を測定する
– – 「100万分の1」より高精度を目指して
– – 音や電子を駆使して
第4部 宇宙の進化と物理定数 — 果たして「一定不変」か?
第9章 物理定数を「決定する」とはどういうことか
– 9-1 物理定数は「決める」? 「決まっている」?
– – – 〈光速〉
– – – 〈万有引力定数〉
– – – 〈電気素量とプランク定数〉
– – – 〈ボルツマン定数〉
– 9-2 全宇宙共通の単位
– – 単位と次元
– – 「自然単位系」とは何か
– – プランクの考え
– 9-3 「無次元の定数」とはどのようなものか
– – 「同じ尺度」で測る
– – 微細構造定数の特徴
– – 「宇宙共通言語」としての無次元定数
第10章 物理定数は「不変」か
– 10-1 進化を続ける宇宙
– – 宇宙の始まり
– – 宇宙の95パーセントは未知
– 10-2 物理法則と「四つの力」
– – ゲージ理論とゲージ粒子
– – – 〈強い力〉
– – – 〈弱い力〉
– – – 〈電磁気力〉
– – – 〈重力〉
– – 果たして「力の統一」は可能か
– 10-3 物理定数の「不変性」を測る — 「21世紀版ピサの斜塔」から物理定数の「化石」まで
– – 万有引力の法則と等価原理
– – 物理法則の「化石」があった!
– – 「過去」を照らすサーチライト
– – 原子時計を物理定数のセンサに
第11章 定義値の「その先」へ
– – 物理定数の異なる世界
– – 物理定数の測定が拓く科学
– – そしてまた「次の一桁」へ
おわりに
本書で取り上げた物理定数の最新値
参考文献
さくいん

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