ブラックホールの撮影に成功 ― 2019年04月11日
世界で初めてブラックホールの影を撮影することに成功したと、日米欧などの国際研究チームが10日、発表した。ブラックホールの存在は約100年前にアインシュタインの一般相対性理論によって予測されたが、強大な重力で光さえも外に出られないため、観測が難しかった。研究チームは高解像度の電波望遠鏡を利用してブラックホールのごく近傍のガスが発する電波を精密に観測し、影絵のようにブラックホールを浮かび上がらせた。（以上毎日新聞ニュースより）
この中で、”強力な重力で光さえも外に出られない”というところがよくわかりにくい。光が重力で引かれるかのようにも取れる。光は電磁波で、電界と磁界の相互作用によって伝播する。真空中の速度が光の速度30万km/sであることに重要な意味があって、電界も磁界も質量のディメンションを持たない、即ち電磁波（光）は質量を持たないから光速度で伝播することができる。従ってブラックホールがいくら強い重力を持っているとしても光は重力で引っ張られない。だから先の表現は誤解を生みそうに思われる。光の進む場が重力で曲げられることによるか、あるいは重力が強すぎて電子の振動自体が抑制されて電磁波が殆ど発生しないのかもしれない。この辺のところはど素人なので自信がないが。
この中で、”強力な重力で光さえも外に出られない”というところがよくわかりにくい。光が重力で引かれるかのようにも取れる。光は電磁波で、電界と磁界の相互作用によって伝播する。真空中の速度が光の速度30万km/sであることに重要な意味があって、電界も磁界も質量のディメンションを持たない、即ち電磁波（光）は質量を持たないから光速度で伝播することができる。従ってブラックホールがいくら強い重力を持っているとしても光は重力で引っ張られない。だから先の表現は誤解を生みそうに思われる。光の進む場が重力で曲げられることによるか、あるいは重力が強すぎて電子の振動自体が抑制されて電磁波が殆ど発生しないのかもしれない。この辺のところはど素人なので自信がないが。
読書 ロウソクの科学（ファラデー） ― 2019年04月12日
すべて地球上に生存している草木は、われわれが空気中へ吐き出した炭酸ガスをその葉から吸い取ります。そうして成長し繁茂するのです。われわれが必要とするようなきれいな空気を植物に与えてごらんなさい、しおれてしまうでしょう。炭酸ガスを与えてごらんなさい、そうすれば無事に育つでしょう。この木片が炭素を含んでいるのはあらゆる植物と同様に、大気のおかげです。すなわちわれわれには有害な炭酸ガスをそれの必要な場所へ大気が運んでいってくれるからです。或るものには毒になるものが他のものでは必要なのです。それですからわれわれ人類はただ隣人のおかげをこうむっているばかりでなく、われわれと共にこの地球上に生きているあらゆる被造物のおかげをこうむっているのです。自然界のあらゆるものは、自然の一部分をして他の部分のために役立たせるような法則によって互に結び付けられております。（中略）
燃焼と呼吸とはすこぶるよく一致していることがおわかりでしょう。そこで私はこの講義の最後の言葉として、諸君の生命が長くロウソクのように続いて同胞のために明るい光輝となり、諸君のあらゆる行動はロウソクのような美しさを呈し、諸君は人類の福祉のための義務の遂行に全生命をさげられんことを希望する次第であります。（岩波文庫 ロウソクの科学より最終章抜粋）
ロウソクの科学はファラデーが晩年に少年少女のために行ったクリスマス講義の記録である。ファラデーは貧しい家の子として生まれ、小さいときから製本屋で働いていた。製本の作業だけでは満足できずそのうち中を読んでみるようになった。そうして科学に興味を持ち、今度は読むだけでは満足できず自分で実験するようになった。そして街で行われている科学者の講義にも出席するようになる。その後研究所の助手になることができ、電磁誘導の法則をはじめとする数々の発見を成し遂げた。その研究所が少年少女のためにわかりやすい講義を行っており、クリスマス講義もその一つであった。
燃焼と呼吸とはすこぶるよく一致していることがおわかりでしょう。そこで私はこの講義の最後の言葉として、諸君の生命が長くロウソクのように続いて同胞のために明るい光輝となり、諸君のあらゆる行動はロウソクのような美しさを呈し、諸君は人類の福祉のための義務の遂行に全生命をさげられんことを希望する次第であります。（岩波文庫 ロウソクの科学より最終章抜粋）
ロウソクの科学はファラデーが晩年に少年少女のために行ったクリスマス講義の記録である。ファラデーは貧しい家の子として生まれ、小さいときから製本屋で働いていた。製本の作業だけでは満足できずそのうち中を読んでみるようになった。そうして科学に興味を持ち、今度は読むだけでは満足できず自分で実験するようになった。そして街で行われている科学者の講義にも出席するようになる。その後研究所の助手になることができ、電磁誘導の法則をはじめとする数々の発見を成し遂げた。その研究所が少年少女のためにわかりやすい講義を行っており、クリスマス講義もその一つであった。
デジタルVFO ― 2019年04月13日
アマチュアの無線技術も真空管からトランジスタへと移行し、さらにアナログ技術だけでなくデジタル技術が当たり前の時代になった。自作機のVFO(可変周波数発振器)も以前はインダクタンスとキャパシタンスを組み合わせた共振回路にフィードバックをかけて発振させるため周波数安定度を上げるには高い技量の必要なアナログ方式だった。しかし今は要求される安定度がさらに上がっている。このためにVFOのデジタル化も試みている。画像はDDSの勉強も兼ねてDDSキットを使った実験用デジタルVFO。100円ショップで買ったポリケースに組んでいる。DDSはDirect Digital Synthesizerの略語で固定の水晶発振器などによる高安定発振源から、任意の波形や周波数をデジタル的に生成する。これで安定度は容易に向上するが、生成された信号の純度には課題があり、基本的なLC発振方式に比べるとノイズやスプリアスの除去が面倒となる。
ダイソーのLEDライト ― 2019年04月14日
最近、少し暗いところでも本を読んだりＰＣを操作できるような補助ライトが欲しくなってきた。ダイソーをのぞいてみたらLEDのスタンドライトが売っていたので買ってみた。USB給電方式で高輝度LEDを５つ使用しており、USBケーブルは付属しないで108円。手元スイッチもついていて使い易そうだ。早速PCから電源を取って暗い中で点灯して見たが電気スタンド並みとは行かないまでも割合明るい。室内灯無しでも本を読んだりPCを操作できる。これで108円とは流石中国製,素晴らしい。しかし仕様はちょっと理解できないところがある。Power consumption:0.5W1A Input voltage:5V Input current:500mA と表示されているが、USB入力の消費電電流0.5Ａ電圧5Ｖだから、USB側の消費電力は2.5Ｗということになる。しかし0.5W1Aとは何を指しているのだろうか？ 0.5ＷはLED正味の消費電力だろうか？ とすると電源効率が20％ということになる。かなり低いがLEDに直列抵抗を入れているせいだろうか。1Aというのは何の電流なのか意味不明。定格光束は28ルーメン。効率的には白熱電球と同程度の代物かもしれない。初期的に使った限りでは実用上問題はない。あとは寿命がどの程度かが問題で、スイッチやLEDの耐久性、金属のフレキシブルアーム部がへたらないかなどが気になるがまずはしばらく使ってからまた評価してみたい。
再生可能エネルギーについて ― 2019年04月15日
電気料金がどんどん割高になっているので4月の電気料金を2年前の同時期の電気料金と比べてみた。大体同じくらいの使用電力量なので単純に料金を使用電力で割ってみると1kWh当たり15％も上昇している。この要因は太陽光発電などの再生エネルギー賦課金と火力発電の燃料費調整額が多くを占めている。特に再生エネルギー賦課金は3.11大地震以降毎年上昇を続け、2019年度は1kWh当たり2.95円まで上昇した。これは電力料金のおよそ1割以上にあたる。この賦課金は今後も上昇を続け、2030年にはおよそ4.4円/kWhまで上昇を続けると見込まれる。これは太陽光などの電力買取金額が高い政策によるものだが、そもそも太陽光は昼間しか発電できないし、天候により昼間でも発電量はばらつく非常に不安定な電力源。出力変動の大きい太陽光発電をうまく利用していくためには火力発電による補完発電や、余った電気で揚水発電したり蓄電するなどで需要とのマッチングを取る必要がある。電気需要は瞬時的に変化しているので供給を同時に一致させないとバランスが崩れて広域停電を生ずる恐れがある。価格政策により再生エネルギーの導入割合が近年さらに増大しており、この両立が難しくなっている。このためせっかく発電した電力を捨てる出力制御も行われるようになってきた。発電電力の安定性という切り口での電気の質やCO₂低減には原子力発電が優等生であるが、原子力発電の大規模稼働は社会的に難しくなっている。一方の再生エネルギーの電気の質は最低でジャンクエネルギーとでも呼ぶべきレベルである。しかし真夏の電力逼迫時などには太陽光発電は無くてはならないものになっている。つまり、太陽光はピーク需要を補うのに必要であるが、あとは捨てられる可能性の多い使いにくいエネルギーであり、捨てていてもある意味一律で賦課金は徴収される。太陽光発電は電気の質や経済性では劣る技術で、そのツケは全家庭に課される。太陽光発電を導入している家でも設置費用や保守などを考えるとペイしない可能性が高い。儲けているのは業界や一部の業者である。環境面でもパネルの製造や設置、廃棄まで全てを考えた場合問題は多い。特に太陽光の出力変動を補うために火力発電の稼働率を下げられずCO₂の増加を招く。現在、環境・コスト・供給安定性のすべてを満足できるエネルギー源はなく、いくつもの方式の組み合わせで最適化をはかっていくしかない。再生エネルギーは安定性や賦課金の負担を考えると必要以上に増やすべきものではない。買取額によりその割合を左右できるのでより公平な施策が必要だ。
二重スリット実験の不思議 ― 2019年04月17日
光の干渉縞実験というのがある。スリットを２つ設けてそこに向かって光を当てると、スリットの向こうにあるスクリーンには光の干渉縞ができる。これは光が波動であるため２つのスリットを通りぬけて夫々別の波となり、その波同士が干渉しあって干渉縞ができるという古典的に解明されている現象。その先は興味深い話になるのだが、これを電子でやってみる。電子銃で電子をスリットに向かって無数に打つとやはりスクリーンには干渉縞ができる。これで電子が波であることが納得できる。さらに電子銃で電子を一つずつ打ってみる。するとスクリーンには一つずつ当たった電子が映る。しかしその一個ずつ電子を打つ回数を増やしていくとやはり当たった電子による干渉縞が現れる。電子は都度一個ずつしか打っていないのだから干渉はない筈なのに、それでもやはり干渉縞が現れる。このスリットを１つにすると干渉縞は発生せず、普通にスクリーンの一点に集中する。電子が２つのスリットを両方すり抜けたのではと考えて、スリットにセンサーを付けて観測すると電子はどちらか一方しか通っていないことが確認でき、電子は粒子であることが確認できる。この現象のメカニズムはまだ本当には解明されていないようだが、それらしい解釈はある。これがコペンハーゲン解釈と呼ばれる。コペンハーゲンは量子力学発祥の地であるボーアの研究所があり、そこで解釈されたことからそう呼ばれている。コペンハーゲン解釈によれば、電子銃から発射されてスクリーンに当たる前までの間は波動として振る舞い、スクリーンに当たって位置が観測された瞬間に粒子となるというもの。想像しがたいことだがその解釈だと以上のような現象が矛盾なく説明できる。電子銃にある一個の電子は位置が確定しているため粒子であり、電子銃から発射されてスクリーンに当たるまでは粒子ではなく、波動としてふるまうため2重スリットの両方を波動が通過し、その波動同士が干渉を起こす。そしてスクリーンに当たった瞬間に運動はゼロとなり、位置が確定することで粒子の性質に戻る。こう考えると腑に落ちるだろうか？
ツェッペリンアンテナの動作メカニズム ― 2019年04月18日
ツェッペリンアンテナは昔飛行船ツエッペリン号に取付けられたアンテナで、端部給電（end fed)型アンテナの一種。ダイポールに比べて原理はどうなっているのか考えてみたい。まず手書きで見にくいが図の（１）は普通のダイポールアンテナ。真ん中部分は給電部である。アンテナの長さABは波長の半分（λ/2）である。赤い線は高周波の電流の分布を示している。Ａ点とＢ点は解放端であるため電流最小（電圧最大）となっている。次に（２）図はそのダイポールの端部Ｂにさらにλ/2の長さの線を継いで伸ばしたもの。この場合、位相の異なるλ/2の波が２つ乗るので高調波アンテナとなる。次に（３）図は（2）図をＢ点で折り曲げ、さらに給電部で折り返してＡの線とＢの線が平行に並ぶようにしたもの。これがツェッペリンアンテナである。（３）図では線ＢＣに（１）図のダイポールアンテナの線ＡＢと同じようにλ/2の波が乗っている。折り曲げられた平行線上ではそれぞれλ/4の波が乗るがお互いに逆位相となるので電流は打ち消し合い、この部分からの電磁波放射は理論上は発生しない。このようにλ/２のアンテナ端部に電流最小電圧最大となるような高いインピーダンスで給電線をつなぐことで末端への接続でありながらちゃんと真っ当な給電を行うことが可能となる。一見アンバランスに見えるが原理的にはダイポールアンテナと変わらない動作をすることができるところが面白い。この方式の利点はアンテナの端部に給電するだけで良いので架設しやすいこと。飛行船でも給電部を端に持ってくることが好都合でこの原理を採用したのだろう。但し、このアンテナがちゃんとバランス動作をするためにはアンテナが正確に共振している必要があり、端部の電圧が正確に最大値になっていないと動作が崩れることが以上の説明で理解できるだろう。
植木の剪定 ― 2019年04月19日
自分でやったわけではないけれど、今日植木屋さんが来て剪定してくれた。結構生い茂っていたのがとてもすっきりした。ここに山椒の木があって毎年実がなっていたのだが完全に枯れてしまって根元から切ってもらった。原因は夏の暑さで枯れてしまったのだろうとのこと。山椒はもともと山に生える木とのことなので難しいのかもしれない。
物語と人間 ― 2019年04月20日
サピエンス全史によれば、危険を伝えたり食糧になるものの情報を伝えたりする事は多くの動物ができる。動物とは決定的に異なる人間の言語は噂話から発達した。社会集団の中で誰が裏切り者か、誰がずるい奴かなどを識別するためだった。その言語によって人間は嘘や虚構をも語った。架空の話は他の動物にはできない人間だけが持つ能力である。それから物語が生まれた。物語は人々の間で伝えられ共有される。共通の神話は大勢の人々が柔軟に協力できる空前の力を与えてくれる。神話などの物語は宗教となり、世界中の人を信仰させる巨大な力を発揮して良くも悪くも人類の歴史を作ってきた。
世界には無数の物語が存在する。ある時は心ふるわせる話で人に楽しみを与えるがそれだけではなく、物語はそれを聞く人に新たな世界を体験させたり人間を変える重要な働きをする。しかし良いことばかりではない。独裁者の演説から生まれた物語によって人々を迫害や戦争に向かわせたり、大日本帝国の躍進を報道する当時の殆どの新聞やラジオによって虚構が作られ国民は信じ込まされ戦争に巻き込まれた。世界は物語によって動かされていると言っても過言ではないだろう。物語がこのような謀略に使われるのではなく、人々を楽しませたり自らを成長させるためのものであり続けてほしいものだ。
世界には無数の物語が存在する。ある時は心ふるわせる話で人に楽しみを与えるがそれだけではなく、物語はそれを聞く人に新たな世界を体験させたり人間を変える重要な働きをする。しかし良いことばかりではない。独裁者の演説から生まれた物語によって人々を迫害や戦争に向かわせたり、大日本帝国の躍進を報道する当時の殆どの新聞やラジオによって虚構が作られ国民は信じ込まされ戦争に巻き込まれた。世界は物語によって動かされていると言っても過言ではないだろう。物語がこのような謀略に使われるのではなく、人々を楽しませたり自らを成長させるためのものであり続けてほしいものだ。
AT車とMT車 ― 2019年04月21日
高齢者によるAT車の暴走事故が後を絶たない。AT車は運転を楽にしてくれたが危険性はMT車に比べて増加したように思われる。昔、MT車を運転している時に脇道から突然自転車が飛び出した経験がある。咄嗟に急ブレーキをかけてぶつからずに済んだが、その時アクセルにも僅かに右足が掛かっていてエンジンが吹き上がった。しかしMT車の運転ではブレーキをかけるときに同時に左足で必ずクラッチを踏む。これはブレーキを踏むだけだとエンストを起こすためで、MT車を運転していれば必ず身についている。MT車ではブレーキと同時にアクセルが押されてしまってエンジンが吹き上がってもクラッチを切っているからエンジン動力は駆動輪には伝えられず、車はブレーキで止まったままで暴走することはない。しかし、もしこれがMT車でなくAT車だったら、ブレーキと同時にアクセルに足が掛かってしまった場合、車は止まらず前方に進んで事故になっていただろう。AT車のアクセルとブレーキを右足で切り替えながら踏む場合、両方のペダルに足が掛かる可能性は少なくともゼロではない。特に急ブレーキをかけなければならないような緊急状況では両方に足が掛かる危険性は増加する恐れがある。もともと足元を勘で操作しているわけだから緊急時にミスが起こっても不思議ではない。また高齢者は運動感覚や筋力も衰えているのでさらにそのような操作ミスが増えるのかもしれない。AT車で発生している暴走事故は、もしMT車だったら発生していなかったかもしれないと考えると残念なことだ。AT車の暴走事故で、アクセルとブレーキを踏み間違えたと言われることが多いが、以上のような両方踏んでしまう事故も多く隠れているのではないかと思う。これは例えば急ブレーキ時に電磁クラッチを切るような構造にすればAT車でもMT車並の安全性を担保できる。MT車では起こり得なかったことがＡＴ車では潜在的に起こり得る。車メーカーは早く完全な暴走抑止装置を開発して欲しいと願う。
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