- 佐藤 文隆、北野 正雄, 2018: 新SI単位と電磁気学。岩波書店, 200 pp. ISBN 978-4-00-061261-6.
2018年6月に出た、A5判 横書きのペーパーバック。つぎの本 (本書では「旧本」とよばれている) の増補改訂として企画された本である。
- 佐藤 文隆, 2005: 物理定数とSI単位 (岩波講座「物理の世界」ものを見る とらえる 9)。岩波書店, 86 pp. ISBN 4-00-011185-X. [読書メモ]
しかし、旧本が、国際単位系 (SI) の解説と佐藤さんの感想がまざって話のすじがわかりにくい本だったのとちがって、今度の本は、前半 (第3章まで) に関するかぎり、だいぶわかりやすい本になった。感想や、確認が不じゅうぶんな歴史の話を、第6章「単位系余話」にまわして、はじめのほうに専門に入門する人が知るべきことをまとめている。2018年に、キログラムをはじめとする SI 基本単位の定義が変更された。そこで、本書第3章で、変更後 (本書では「新 SI」としている) の基本単位の定義を説明している。そのまえに、第1章で単位系についての一般的なこと、第2章で SI と日本の法律である「計量法」の約束ごとの説明がある。
ただし、国際度量衡総会で SI 単位の定義が改訂されたのは 2018年の11月、本書が出たのは 6月である。本書は、総会の決議対象となる原案が 2月に出された段階で書かれたのだ。著者たちは、原案のとおりに決まるにちがいないと予想していたようだ。もし実際に原案のとおりにきまったのならば (わたしにはその確認はできていないが)、本書の第3章までは、2018年に改訂された SI についての教科書的記述として、わたしの知るかぎりの他の本よりもすすめられると思う。
出版社サイトの本書のページ https://www.iwanami.co.jp/book/b369918.html にも、著者の北野さんのウェブサイトの「教科書 (正誤表も)」のぺージ http://kir018304.kir.jp/nc/htdocs/index.php?page_id=16 にも、本書の正誤表の PDF ファイル (2020年2月17日の日付がある) がある。内容は、いくらか正誤訂正もあるが、おもに「CODATA 2018」という物理量の推奨値をふくむ文書 (2019年に公開された) にもとづく第8章の表のさしかえと、それにともなう本文の変更だ。国際度量衡総会の議決にともなう変更は見あたらない。
第4章と第5章は電磁気の単位の話だ。SI のもとになった MKSA 単位系のほかに、CGS esu, emu, 「ガウス単位系」がつかわれている。本書では、複数の単位系が生じたいきさつを説明しようと努力もしている。しかしそれを公平に論じているわけではなく、MKSA のような「4元系」のほうが、esu, emu, 「ガウス系」などの「3元系」よりもすぐれているという旗色を鮮明にしている。 MKSA を「有理系」というのは、電磁気量の単位に力の単位などの平方根をふくまないですむことをさすのだが、著者はそれが4元系のよいところだと考えている。MKSA では「真空の誘電率」と「真空の透磁率」という定数があらわれる。3元系を支持する人は、それが 1 になるほうが合理的だと考えるだろう。本書では、この2つの量をくみあわせた「真空のインピーダンス」を重要な物理定数と考える (両者への分配は約束ごとだということになるのだろう)。4元系は近接作用、3元系は遠隔作用の考えかたを反映しており、前者のほうが合理的だと言っている。このような明確な MKSA系擁護は、旧本にのべられた佐藤さんの「違和感」とはだいぶちがうので、おそらく北野さんの持論で、佐藤さんもそれでよいとしたのだろう。その価値判断を共有しない人にも、3元系と4元系とのあいだでは、物理量の次元がちがうので、数量の換算が一意的にきまらない、という注意は有意義だ。
折りかえしのあとに目次をつける。
== 目次 ==
はじめに /佐藤、2018年 2月
はじめに [旧本] /佐藤、2005年 9月
目次
1. 物理学と単位系
– 1.1 物理学と数量化
– – 1.1.1 数量的記述と単位
– – 1.1.2 メートル法から国際条約へ
– 1.2 社会制度としての SI 単位
– 1.3 単位を定義する現象
– – 1.3.1 地球半径とメートル原器
– – 1.3.2 定義の改変と継承
– 1.4 測定技術の進展
– 1.5 メートル法から国際単位系 SI へ
– – 1.5.1 メートル条約までの歴史
– – 1.5.2 新 SI までの歴史年表
– 1.6 キログラム原器の廃止と量子 SI の単位系へ
– 1.7 SI 単位の実施体制
2. 国際単位系 SI
– 2.1 SI の 3つの柱
– 2.2 基本単位と組み立て単位
– – 2.2.1 基本単位
– – 2.2.2 組み立て単位と「一貫性」
– – 2.2.3 接頭語 (prefix)
– – 2.2.4 SI と併用される単位
– – 2.2.5 書式、表記
– – – 単位記号
– – – 単位記号と代数記号
– – – 接頭語
– 2.3 計量法
– – 2.3.1 法定単位制定と計量器検定
– – 2.3.2 法定計量単位
– – 2.3.3 計量器に関する規則
3. 単位系を定義する現象
– 3.1 基本単位と物理定数の定義値
– – 3.1.1 基本単位を定義する 7つの定義値
– – 3.1.2 基本単位の定義値への依存関係
– 3.2 時間: 天文時間から原子時計へ
– – 3.2.1 天文時間
– – 3.2.2 時計
– – 3.2.3 原子時計
– 3.3 長さ: メートル原器から光速へ
– 3.4 質量: キログラム原器からプランク定数へ
– – 3.4.1 国際キログラム原器 IPK の 不安定性
– – 3.4.2 「キログラム原器からプランク定数へ」 の意味
– 3.5 電磁気: 電流から素電荷へ
– – 3.5.1 力学単位から MKSA 単位へ
– – 3.5.2 電磁気の量子的測定
– 3.6 温度: 水相図 3重点 TPW から ボルツマン定数へ
– – 3.6.1 セルシウス温度とケルビン温度
– – 3.6.2 熱力学温度
– – 3.6.3 国際温度目盛 ITS-90 — 1次温度計と 2次温度計
– 3.7 物質量: モルからアボガドロ定数へ
– – 3.7.1 モル質量と相対原子質量
– – 3.7.2 ワットバランス法
– – – 電流で重さを測る
– – – 電流と電圧の量子的測定
– – – ジョセフソン接合と量子ホール抵抗
– – 3.7.3 X線結晶密度法によるアボガドロ定数 NA の測定
– – – リドベルグ定数と質量
– – 3.7.4 質量とプランク定数
– 3.8 光度: カンデラからルーメンへ
4. 電磁気の単位とマクスウェル方程式
– 4.1 電磁気学の現代的意義
– 4.2 電磁気学における単位の困難
– – 4.2.1 回路と電磁気の単位
– – – 記法について
– 4.3 電磁気学の体系
– – 4.3.1 源がつくる場
– – 4.3.2 力学作用を表す場
– – 4.3.3 真空の構成方程式 — 電磁気の要石
– – 4.3.4 電気力・磁気力に関する法則
– – 4.3.5 力による電磁気量の定量化
– – – CGS esu 単位系
– – – CGS emu 単位系
– 4.4 マクスウェルと光速と回路
– – 4.4.1 ウェーバー・コールラウシュの実験
– – 4.4.2 マクスウェルの慧眼 — 光は電磁波だ
– – 4.4.3 真空のインピーダンス — 源と力を関係づける
– – – 真空のインピーダンスの有用性
– – 4.4.4 マクスウェル方程式の平面波解と光速
– – 4.4.5 相対論と単位系
– 4.5 電磁気の定数の定義値化
– – 4.5.1 単位の現示
– – 4.5.2 旧 SI におけるアンペアの定義 — 4 π × 10-7 の起源
– – 4.5.3 新 SI におけるアンペアの定義 — 電流次元の独立
– 4.6 振動系・波動系のインピーダンス — Z0 の意味をたずねて
– – 4.6.1 機械系のインピーダンス
– – 4.6.2 L C 共振回路
– – 4.6.3 L C ラダー回路と平面電磁波
– – 4.6.4 平面電磁波のインピーダンス
– – 4.6.5 抵抗板による電磁波の反射と透過
– – – アンテナの放射インピーダンス
– – – ファブリ・ペロ共振器の Q値
– [コラム] マクスウェルは 4種類の場を考えていた
– [コラム] L C 共振回路による c0 と Z0 の測定
– [コラム] D, H の測り方
– – – 空洞法
– – – 打ち消し法
5. 電磁気の単位系の進化と単位系間の変換
– 5.1 単位系の多様性
– – 5.1.1 なぜ多様なのか
– – 5.1.2 合理性を求めて — 非有理単位系から有理単位系へ
– – 5.1.3 3元単位系と 4元単位系 — 単位の平方根
– 5.2 単位系間の変換 — SI から esu, emu へ
– – 5.2.1 物理量の変換、数値の変換
– – 5.2.2 1 T = 104 Gauss と 書いてはいけない
– – 5.2.3 SI から esu, emu への変換係数
– – 5.2.4 変換表 — 物理量の変換
– – 5.2.5 変換表 — 数値の変換
– 5.3 ガウス単位系 — esu と emu の 無理な融合
– – 5.3.1 3元単位系の定量的問題と回路の単位
– 5.4 実用単位系から MKSA へ — ジョルジのアイデア
– 5.5 単位系相互の関係 — 系統樹
– – – ガウス単位系
– – – 修正ガウス単位系
– – – MKSA 単位系
– [コラム] ガウス単位系の跳梁跋扈
– [コラム] E H 対応と E B 対応 — D, H は 補助場ではない
6. 単位系余話
– 6.1 測定の先端研究
– – 6.1.1 光コム
– – 6.1.2 光格子時計と重力による振動数シフト
– – 6.1.3 M c2 = h ν 振動数の直接測定
– – 6.1.4 メタマテリアルと電磁気学の拡張
– – 6.1.5 SI 単位と生物・生理的効果
– – 6.1.6 物理定数は時間的に一定か?
– 6.2 SI の普及とその影響
– – 6.2.1 単位をもつ量の表記: 括弧の乱用に注意
– – 6.2.2 数式と量式
– – 6.2.3 単位系という制度: 公正・安定・簡便
– – 6.2.4 米国での単位系の混乱
– – 6.2.5 電磁気学の古典的教科書の単位系改訂 — ジャクソンとパーセルの密約
– – 6.2.6 新 kg 制定の効果
– 6.3 生活の中の計測単位
– – 6.3.1 電波時計と時差ボケ
– – 6.3.2 現代の暦管理: 閏秒とコンピュータ時間
– – 6.3.3 情報量の単位と情報機器
– – 6.3.4 消費電力と照度: LED と カンデラ (燭光)
– – 6.3.5 血圧と大気圧
– – 6.3.6 気象、地震
– – 6.3.7 生活空間の視環境
– 6.4 歴史余話
– – 6.4.1 フランス革命からメートル条約まで
– – 6.4.2 ハリソン時計と経度制定: フランスと英国
– – 6.4.3 日本は SI 優等生、かつては国粋主義者の反対も
– – 6.4.4 物理学の体系と単位系、質量「ロス」
– – 6.4.5 マジックナンバー — 聖なる数?
– – 6.4.6 個数、等級、序数、ランキング
7. 単位系の数理構造
– 7.1 単位系の一般的な考え方
– – 7.1.1 量の空間と量の法則
– – 7.1.2 単位空間の変換可能性と擬順序
– – 7.1.3 単位系間の写像
– – 7.1.4 変換の例
– 7.2 次元と単位系 — 物理量はどこまで普遍的か
– – 7.2.1 等価な単位系群
– – 7.2.2 次元とは何か
– – 7.2.3 正規化による単位系の変換 — 部分単位系への埋め込み
8. 諸定数表
– 8.1 新 SI での定義値と 新旧 SI での主要物理定数の不確かさ
– – 定義値表
– – 旧 SI と 新 SI での 主要物理定数の不確かさの対比
– 8.2 「よく使われる基本物理定数」 「自然単位と原子単位」 および 「エネルギー等価換算」 の表
– – よくつかわれる基本物理定数 (CODATA 2014)
– – 自然単位 (natural units)
– – 原子単位 (atomic units).
– – エネルギーと等価な 8つの量のあいだの換算表
参考文献
あとがき /北野
索引