剛ちゃん

雑学や小話０４

携帯電話

　
マクスウェルは次式で電波の存在を予言した。

数学は自然を記述するのにとても便利な言語です。
■式の意味
　交流回路のコンデンサー内の空間を考える。
　コンデンサー内の空間には変位電流が存在する。
　変位電流があるとその回りには磁界が生じる。
　→変化する磁界は変化する電界を作る。
　→変化する電界は変化する磁界を作る。
発振回路のコンデンサー内の空間では磁界と電界が交互に発生する。
この繰り返しがコンデンサー外の空間に電波として放出される。
＜電波の歴史
①マクスウェルが電波の存在を予言した。（１８６４年）
②ヘルツが実験で電波(電磁波)の存在を確認した。（１８８８年）
③マルコーニが船舶無線電信の商用化を実現した。（１９００年）
　尚、タイタニック号がSOS信号を打電したのはマルコーニ社製の無線機である。
＜電磁波
電波は可視光線と同じ電磁波の仲間である。
電磁波は周波数が低い順に電波・赤外線・可視光線・紫外線・X線・γ線がある。
伝送速度は全て光速である。（約３０万Km／秒）
電磁波はその周波数が多くなるほどエネルギーが高くなる。
式で書くと　Ｅ＝ｈ・ ｆ　　　　Ｊ－Ｓ（ジュール／秒）
ｈ：プランク定数（６．６３×１０の－３４乗）　ｆ：周波数　
可視光線より周波数の高い紫外線はお肌のしみの大敵である。
＜搬送波
電話の通話品質は周波数、およそ３００Ｈｚから３０００Ｈｚで設定される。
電波の速度は光速と同じ、約３×１０Λ８ｍ／ｓ
３００Ｈｚの波長は、３×１０Λ８÷３００≒１０００Ｋｍ
波長１０００Ｋｍの電波を放射したり、受信するアンテナは現実的ではない。
そこで、人の声を波長の短い搬送波に重畳させて電波の送受信をしている。
重畳方式は、振幅変調（ＡＭ）・周波数変調（ＦＭ）・位相変調（ＰＭ）がある。
さて、搬送波は振動数が高いのでスピーカーの機械的な動きはついて行けない。
よってAM変調の搬送波は包絡線状にスピーカを振動させる。
仮に、スピーカーが搬送波形通りに駆動しても人の耳には聞こえない。
＜アンテナ
ドコモｆｏｍａの２ＧＨＺ帯の搬送波なら、波長=３０万km／２ＧHz=１５cm
だから波長１５ｃｍの電波に共振するダイポールアンテナ（注）を携帯電話に内蔵している。
注：１／４波長ダイポールアンテナは、２分の１波長のモノポールアンテナを
　　さらにＵ字型に折り曲げて長さを４／１波長に短くしたアンテナである。

参考ＵＲＬ
http://www.tdk.co.jp/techmag/condenser/200803/index.htm
量子論

　ディラック
量子力学は多くの科学者によって作り上げられた。
（相対性理論がアインシュタイン一人で完成されたのとは対照的）
▲相対論を含む古典力学と量子論
古典力学（ニュートン力学）が扱う日常生活においては、
運動量や位置の大きさがプランク定数に比べて十分大きい。
よって、不確定度は相対的に小さくなり観測自体が問題になることはない。
相対性理論では運動量補正に光速Cを使っているが
日常生活での補正計算値は光速に比較して無視できるほど小さい。
しかし、極微的世界においては観測行為や観測対象（粒子）から独立した
空間や時間は否定され、観測対象（粒子）自体の存在も怪しくなる。
そこでは電子の位置は確率でしか表わされないとした。（不確定性理論）
量子力学はこうした古典力学で説明しきれない電子や原子核などの
微視的現象を説明するための物理理論である。
■おまけ
量子論と相対論は難しい２大物理理論なのに現代社会には欠かせない。
GPSや電子機器は、この理論なしには存在し得ない。
宇宙やビックバンの研究でもやはり研究の根拠である。
不確定性理論（確率）を嫌ったアインシュタインは
「神はサイコロを振らない」と反論した。
いわゆる相対論と量子論は相容れない２大理論なのである。
今、この２大理論を融合させる統一理論が科学者の間で模索されている。
　　恐るべし、２大物理理論！

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