点粒子

点粒子、理想粒子^[1]または点状粒子(点状粒子と綴られることが多い) は、物理学で頻繁に使用される粒子の理想化です。その定義的な特徴は、空間拡張がないこと、つまり次元がないため空間を占有しないことです。^[2]点粒子は、特定のコンテキストでサイズ、形状、構造が重要でない場合はいつでも、任意のオブジェクトの適切な表現です。たとえば、十分に離れた場所から見ると、有限サイズのオブジェクトは点状のオブジェクトのように見え、そのように動作します。以下で説明する点質量と点電荷は、2つの一般的なケースです。点粒子が質量や電荷などの加法特性を持つ場合、数学的にはディラックのデルタ関数によって表現されることがよくあります。古典力学では、点粒子の「中心」を中心に回転するという概念は通常ありません。

量子力学では、点粒子の概念はハイゼンベルクの不確定性原理によって複雑化している。なぜなら、内部構造を持たない素粒子でさえも、ゼロではない体積を占めるからである。例えば、水素原子内の電子の原子軌道は、~の体積を占める。10 ⁻³⁰ m ³ 。それでも、内部構造が不明な電子やクォークなどの素粒子と、内部構造がクォークで構成されている陽子や中性子などの複合粒子との間には区別があります。素粒子は内部構造がないため「点粒子」と呼ばれることもありますが、これはここで説明する意味とは異なります。

点質点

質点（点状質量）とは、例えば古典物理学において、質量がゼロではないが、体積または線寸法が明示的かつ具体的に無限小（無限に小さい）である（またはそう考えられている、またはモデル化されている）物理的物体（典型的には物質）の概念である。重力理論では、拡張された物体は、そのすぐ近くであっても点のように振舞うことができる。例えば、ニュートンの重力によって相互作用が記述される3次元空間で相互作用する球状の物体は、互いに接触しない限り、その物体のすべての物質が質量の中心に集中しているかのように振舞う。^[3]実際、これは逆二乗則によって記述されるすべての場に当てはまる。^[4]^[5]

ポイントチャージ

質点と同様に、電磁気学では物理学者は点電荷は、電荷がゼロでない点粒子です。^[6]静電気学の基本方程式クーロンの法則で、2つの点電荷間の電気力を記述します。別の結果であるアーンショーの定理は、点電荷の集合は電荷の静電相互作用だけでは平衡電場は、点電荷からの距離がゼロに近づくにつれて無限大に増加します。これは、この限界ではモデルが正確でなくなることを示唆しています。

量子力学では

量子力学では、素粒子（「点粒子」とも呼ばれる）と複合粒子が区別されます。電子、クォーク、光子などの素粒子は、内部構造が不明な粒子です。一方、陽子や中性子などの複合粒子は内部構造を持っています。ただし、ハイゼンベルクの不確定性原理により、素粒子も複合粒子も空間的に局在していません。粒子の波束は常にゼロ以外の体積を占めます。たとえば、原子軌道を参照してください。電子は素粒子ですが、その量子状態は3次元パターンを形成します。

それでも、素粒子が点粒子と呼ばれることが多いのには十分な理由があります。素粒子が非局在化した波束を持っている場合でも、その波束は粒子が正確に局在化した量子状態の量子重ね合わせとして表すことができます。さらに、粒子の相互作用は、局在化した個々の状態の相互作用の重ね合わせとして表すことができます。これは複合粒子には当てはまりません。複合粒子は、正確に局在化した量子状態の重ね合わせとして表すことはできません。この意味で、物理学者は粒子の固有の「サイズ」について議論することができます。つまり、粒子の波束のサイズではなく、粒子の内部構造のサイズです。この意味で、素粒子の「サイズ」は正確にゼロです。

例えば、電子の場合、実験的証拠によれば、電子の大きさは10 ⁻¹⁸ m。^[7]これは、正確にゼロであるという期待値と一致しています。（これは、名前にもかかわらず、電子の実際のサイズとは無関係な古典的な電子半径と混同しないでください。）

参照

テスト粒子
ブレーン
電荷（物理学）（一般的な概念、電荷に限定されない）
素粒子物理学の標準モデル
波動粒子二重性

注釈と参考文献

注記

^ Ohanian, HC; Markert, JT (2007).エンジニアと科学者のための物理学. 第1巻（第3版）.ノートン. p. 3. ISBN 978-0-393-93003-0。
^ Udwadia, FE; Kalaba, RE (2007).解析ダイナミクス: 新しいアプローチ.ケンブリッジ大学出版局. p. 1. ISBN 978-0-521-04833-0。
^ Fowles, Grant R; Cassiday, George L.解析力学. §6.2 均一な球と粒子の間の重力.
^ ニュートン、I. (1999)。プリンキピア：自然哲学の数学的原理。コーエン、IB、ホイットマン、A. 訳。カリフォルニア大学出版局。p. 956 (命題75、定理35) 。ISBN 0-520-08817-4。
^ I. Newton、A. Motte、J. Machin (1729)、p. 270–271。Newton、I. (1729)。自然哲学の数学的原理。Motte、A.、Machin、J. 訳。Benjamin Motte。pp . 270–271。
^ Snieder, R. (2001).物理科学のための数学的手法のガイドツアーケンブリッジ大学出版局pp. 196–198. ISBN 0-521-78751-3。
^ 「電子の磁性を精密に捉える」 2006年10月4日。

文献

C. Quigg (2009)。「粒子、初等」。Encyclopedia Americana。Grolier Online。2013-04-01にオリジナルからアーカイブ。2009-07-04に取得。
SL Glashow (2009)。「Quark」。Encyclopedia Americana。Grolier Online。2013-04-01にオリジナルからアーカイブ。2009-07-04に取得。
M. アロンソ、EJ フィン (1968)。『基礎大学物理学第 3 巻: 量子および統計物理学』。アディソン・ウェズレー。ISBN 0-201-00262-0。

さらに読む

Cornish, FHJ (1965). 「古典的放射理論と点電荷」. Proceedings of the Physical Society . 86 (3): 427–442. Bibcode :1965PPS....86..427C. doi :10.1088/0370-1328/86/3/301.
Jefimenko, Oleg D. (1994). 「一定速度で移動する電荷点の電界と磁界の直接計算」. American Journal of Physics . 62 (1): 79–85. Bibcode :1994AmJPh..62...79J. doi :10.1119/1.17716.

外部リンク

ウィキメディア・コモンズの点粒子に関連するメディア

[1] Ohanian, HC; Markert, JT (2007).エンジニアと科学者のための物理学. 第1巻（第3版）.ノートン. p. 3. ISBN 978-0-393-93003-0。

[2] Udwadia, FE; Kalaba, RE (2007).解析ダイナミクス: 新しいアプローチ.ケンブリッジ大学出版局. p. 1. ISBN 978-0-521-04833-0。

[3] Fowles, Grant R; Cassiday, George L.解析力学. §6.2 均一な球と粒子の間の重力.

[4] ニュートン、I. (1999)。プリンキピア：自然哲学の数学的原理。コーエン、IB、ホイットマン、A. 訳。カリフォルニア大学出版局。p. 956 (命題75、定理35) 。ISBN 0-520-08817-4。

[NewtonMotteMachin1-5] I. Newton、A. Motte、J. Machin (1729)、p. 270–271。Newton、I. (1729)。自然哲学の数学的原理。Motte、A.、Machin、J. 訳。Benjamin Motte。pp . 270–271。

[6] Snieder, R. (2001).物理科学のための数学的手法のガイドツアーケンブリッジ大学出版局pp. 196–198. ISBN 0-521-78751-3。

[7] 「電子の磁性を精密に捉える」 2006年10月4日。