弧理論(Ark Theory) 解説ブログ

昨日、ネットで見かけた中川雅仁氏（北海道教育大学 教育学部釧路校）という方の論文、「単極モーターの動作原理」というｐｄｆについて、紙にプリントして読みました。　当方、数学ができませんので計算内容は概略しかわかりません。議論の流れのみを見ています。　　管理人の解釈に誤りがあるかもですし、ご指摘いただけるとありがたいです。　以下は、氏の論文と対比させながらご覧ください。

単極誘導モーターの特性を実験で確かめてきた管理人の感想です。　　論文の結論は、計算結果から「単極誘導モーターの反作用について」、「磁石（と流れる電流）の磁場により単極モーターの金属部分に回転軸まわりの力のモーメントが働き、それによって回転するが、磁石には、金属板や導線に流れる電流からの力のモーメントは働か」 ず、　「導線部分には金属板部分に働く回転軸まわりの力のモーメントと、大きさは同じで向きが反対の回転軸まわりの力のモーメントが働く。」としています。　　管理人には、計算のみから上の結論を得たように思えず、事前にどなたかの実験結果を知った上で計算により実験結果に合う結論を得たのではないかと思います。もしくはご自身で確かめられた上で、計算されたと思います。　　なぜなら、管理人は実験で単極誘導（少なくとも単極誘導モーター）の現象において、「磁石が力学的に無関係」だと明確に意識するのに２年ほどかかっており、計算のみにより本件を得ることは困難だと思うからです。　（優秀な方なら最初から気づかれるのかも知れませんけれど、当方の感想です。）

中川氏は、単極誘導モーターを

図の様に

モデル化した上で、「電流の経路」を金属円板の一部Ｃ１と外縁部の接点から電池を含む回転軸までの経路Ｃ２とに分けています。その上で導線（経路Ｃ２）の受ける力のモーメントＮ２、並びに金属円板に働く原点Ｏのまわりの力のモーメントＮ１を求めています。　２つの力のモーメントは、大きさが等しく向きが反対であると計算により求めています。

その根拠とされる部分が「２．動作原理」の後半部分「ビオ・ザバールの法則云々」の前後なのですが、管理人には氏の言われることがよくわかりませんでした。　おそらく「実験系全体」では、回転モーメントの計は常にゼロであって、磁石を除く系の回転モーメントの計はゼロであるはずだから

Ｎ１＝－Ｎ２　　・・・・式１

となるはず。　と述べられているように読めます。　では、何が磁石をして金属円板と導線に力を生じさせているのかと突っ込みを入れたくなります。

ところで、管理人が注目したのは次の２カ所です。「３．力のモーメントの計算」ｐ１４２右側下付近の文章

引用１

導線（経路Ｃ2）に働くｚ軸のまわりの力のモーメントを求める。微少な長さの導線が磁場中にあるときに受ける力は、ｄＦ2＝－ＩＢm×ｄs であるから、経路Ｃ2に働く原点Ｏのまわりの力のモーメントＮ2は、

と　ｐ１４３左側上部付近の文章

引用２

金属板に働くｚ軸のまわりの力のモーメントを求める。　・・・・　すると、微少な面積の部分が磁場から受ける力は、ｄＦ1＝－Ｂm×iｄＳ となり、金属板に働く原点Ｏのまわりの力のモーメントＮ1は、

の２カ所です。（引用注：青字は管理人による。添え字の大きさや文字の強調が原文と異なります。）

青字の部分は、理解できません。いずれの引用でも、「金属板の部分」や「導線の微少な部分」が磁場から力を受けると「さらっと」書いていますが、氏は、無意識に「磁場が空間に固定されている」ということを前提に書いているということです。２つの引用を簡略化しますと

（１）　導線が　磁場　から力を受ける

（２）　金属板が　磁場　から力を受ける

（３）　１と２の力は磁場を橋渡しとして「大きさは同じで向きが反対」である　・・・・　式１

ということです。ところが磁場から力を受けるには磁場が空間の何かに固定されていなければ（１）と（２）は成立しません。従って（３）は成立しないということです。　（３）が成立するためには導線と金属板が直接互いに力を及ぼし合う以外に（３）であると言えないということです。

繰り返します。　　磁場から力を受けるには磁場が空間に固定されている必要があります。　観測者と当該実験装置は、部屋に置かれています。部屋は地球に固定されています。地球は自転・公転し、太陽は銀河系を自転・公転しています。さらに大きな構造の内を移動しています。　磁場は一体何に固定されているのでしょう。

量子論で考えますと。　これが、電磁誘導ならば、「磁石を構成する原子のペアにならない殻電子」　と　「導体中の移動可能な電子」との相互作用であって、間を光子（フォトン）が行ったり来たりして力を伝えているという解釈が成り立ちます。　　　しかし、単極誘導モーターにおいて、中川氏の論文を量子論的に解釈するならば、導線内の電子と「何」との間に光子（フォトン）のやりとりをしているのか。また、金属板内の電子と「何」との間に光子（フォトン）のやりとりをしているのか、理解できません。

「続 間違いだらけの物理概念 (パリティブックス)」ｐ１２３～では、「磁力線の速度は定義できない」とされています。管理人は、同じ考えでいます。（だからといって、本の説明に納得していませんが）　宇宙で固定された物などありません。　なぜ、実験の結果を説明しようとするとき、「さらっと」観測者の視点を説明に都合の良い位置へと変えるのかとても疑問を持っています。（おそらく相対性理論が原因だと感じます。）

素粒子加速器もまったく同じに見えます。物理学が天動説に見えるのは管理人だけなのでしょうか。

過去記事に書いたとおり、単極誘導について研究すると、電場・磁場とは何か、ベクトルポテンシャルとは何か、運動とは何か、深く考えるようになります。ステファン・マリノフが地球の絶対速度を測ろうとした理由が単極誘導にあったろうと納得します。

追記

上記（１）（２）の「磁場」が「磁石の磁場」だというのであれば、次のように書けます。

（１’）　導線が　磁石　から力を受ける

（２’）　金属板が　磁石　から力を受ける

これだと（３）が成り立ちます。この場合だと、磁場は磁石に固定されていることが前提になります。　量子論的に解釈するならば、単極誘導モーターにおいて、導線内の電子と「磁石内のペアでない殻電子」との間に光子（フォトン）のやりとりをして力のモーメントが働き、また、金属板内の電子と「磁石内のペアでない殻電子」との間に光子（フォトン）のやりとりをして力のモーメントが働く。そして、２つの力は大きさが同じで向きが反対であるということになります。　　しかし、これだと論文の主旨である「単極モーターの反作用は磁石に働かない」と矛盾します。（２つの反作用が打ち消し合って、結果的に磁石に反作用が働かないとしても、力が働かないという主張となりません。）　ですから、導線内の電子と磁石の間に働く力のモーメントと金属板内の電子と磁石の間に働く力のモーメント、それぞれを実験にて「大きさが等しく向きが反対である」ことを証明する必要があります。

管理人の主張は、「少なくとも単極誘導モーターに生じる力において、磁石は力学的に無関係、孤立している」と考えています。　根拠として、２０１４年４月２８日 の記事「単極誘導モーターに生じる力は経路に関係しない」の後半部分を参照ください。　リンク先記事にあげた

グラフ

において、単極誘導モーターに生じる力（イ）では、細い線が弾かれる様子と（ア）（ウ）における弾かれる様子が異なっているからです。　実験のスローによる動画で確認したところ（ア）（ウ）では、細い線は弾かれる際に「たわんで」います。（イ）では、細い線はたわみがそれほど見られません。　説得力に今ひとつ欠けていますけれど、実験をした本人としては、（イ）と（ア）（ウ）は異なる現象であって、２つの現象が重ね合わさってグラフの結果が得られたと感じています。つまり、（ア）（ウ）で細い線が弾かれる反作用は磁石が受けており、（イ）で細い線が弾かれる反作用は、接点にある銅の小片が受けていると考えています。（当該実験で確認したわけでありませんけれど、その他の実験で確認したことを総合して判断ています。）

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前々回と前回で電磁誘導と単極誘導における相互作用の働きの違いと、新しい単極誘導モデルについて記しました。　その続きです。

研究を続ける中で、単極誘導は宇宙の根幹に深く関わる現象だと感じていました。　なぜならあらゆる現象の中で、本質的に回転運動を示す現象は他に見当たらないからです。　　レシプロエンジンでもロータリーエンジンでもタービンでも電磁誘導を用いたモーターでもすべて収縮膨張過程（運動）を回転運動に変えているだけです。唯一、マグネトロンが近いです。（マグネトロンにおける電子の回転の反作用を磁石が受けているかどうかご存じの方、ご教示いただけるとありがたいです。）

管理人は、毎日単極誘導の現象について考えてきました。いろいろ確かめた結果、単極誘導は電磁気現象に収まらないとわかってきました。

同じ物事がある日を境にまったく違う印象に変わることがあります。　　これまで、どこにも書きませんでしたが、単極誘導モーターの実験を繰り返す内に、「単極誘導」の現象は「化学に近い」という印象を持つようになっていました。

昨日の記事を書き上げてからも、頭の中を整理していると「これではまるで触媒反応ではないか」と思いました。　改めて単極誘導を示すと

図１

の様になります。（簡易な図で申し訳ないです。）

軸対称な磁石近傍に位置する複数の電子が運動するとき、磁石に対して回転する方向に力が働きます。働く力は電子間で起きますので量子力学的には電子間で光子（フォトン）をやりとりしていることになります。（注：磁石と光子をやりとりしている訳ではありません。）そして磁石が原因ではありますが、磁石は力学的に無関係な立場にあります。

何か、似た現象があると気づきませんか。それが触媒です。　　むしろ「触媒は、物質の原子核が近傍の電子間に相互作用を起こさせる遠隔的な能力」の一現象なのではないかとさえ思います。言い換えると単極誘導現象の一側面が触媒反応だということです。

触媒について、wikiによれば、「特定の化学反応の反応速度を速める物質で、自身は反応の前後で変化しないもの」とのことで、なぜそのような現象が起きるのかwikiを読んでも理解できませんでした。

前に書いたとおり、単極誘導の現象は、原子核が近傍電子間に相互作用を起こさせる能力（注：むしろ「反応」と表現した方がよいかも知れません。）ですので、強磁性体でなくても、原子核の向きによって起きるのではと考えます。ですから、ある種の結晶で起きるかも知れません。そう考えると、触媒を設計する際には、触媒反応を起こさせる物質の原子核の配置（向き）を考慮すれば、より高機能な触媒が作れるようになるかも知れません。

上記のように考えると、森羅万象：宇宙を複雑なものにしているのは、単極誘導かも知れません。　つまり、「原子核から距離をおいてイベント（相互作用）を起こすこと」が事情（物理現象）を複雑にしている様に思います。　我々は、イベントが雰囲気（周りの環境）により強くなったり弱くなったりしていることに気づかないのかも知れません。

原子核が持つ遠隔的な能力は一体何なのか。電磁場でもない。ポテンシャルでもない。勿論、核力でもない。　弧理論の考え方を適用すると、もっと基本的な空間（Ｍ軸）が持つ能力のように感じます。　　実に興味深いです。

誰も当然のこと営んでいる日常生活は「力の相互作用」で成り立っています。　よく知られているように基本相互作用は、以下の４種類あります。

• 核力である強い相互作用
• 核力である弱い相互作用
• 電磁相互作用
• 重力相互作用

の４つです。　そのうち電磁気における相互作用の現象を２回に分けて取り上げます。　今回は「電磁誘導における相互作用」について記し、次回に「単極誘導における相互作用」を取り上げます。

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動画１　電磁誘導における作用と反作用（２０１４年１０月１７日）

は、電磁誘導での力学的作用と反作用を示したものです。

写真１

のように、永久磁石を上から吊り下げたコイルに出し入れします。　磁石の往復運動によりコイルを貫く磁力線が時間的に変化します。するとコイルに誘導起電流が流れ、隣のガルバノメーターの針が振れます。

動画１のように、磁石の往復運動をコイルの揺れに同期させることができます。これは磁石の運動エネルギーが磁力線を介してコイルに伝わるからです。コイルに伝わった運動エネルギーの一部がコイルに誘導起電流を生じさせるのです。この実験について、力学的な相互作用を含むエネルギー収支を考えて、等号を用いて表すと、概ね

磁石の運動エネルギー＝コイルの揺れ運動＋誘導起電流　　　・・・・式１

といえます。　ただし、コイルの揺れ運動には、吊り線の機械的抵抗と空気抵抗並びに銅線の内部抵抗による損失なども含んでいます。　磁石の運動エネルギーの一部が誘導起電流に変換されたといえます。　ここで大事なのは、永久磁石とコイルを含む実験系は、力学的な相互作用機構に含まれているということです。

ここで、物質の磁性について記します。（注:以下は管理人の理解ですので、厳密でありませんし誤りがあるかも知れません。ご指摘いただければありがたいです。）

写真１で用いた永久磁石はネオジム磁石です。ネオジム磁石はオネジム、鉄、ホウ素を主な成分とする希土類磁石です。

すべての物質は物性として「磁性」を持っており、常磁性体、強磁性体、反強磁性体、反磁性体に分けられます。この性質は

図１

の様に、磁石を近づけたときの反応の仕方により区分されます。　物質の磁性の主な原因は

図２　磁性の源は電子にあるより

の様に、物質を構成する原子の中の殻電子の配列により決定します。上記サイトより引用。

 そもそも物質が磁性をもつ原因は、物質中の電子にあります。高校の化学で習った原子の構造を思い出してください。原子核を中心にして、そのまわりを原子番号に等しい個数の電子が回っています。もっと詳しく見ると、電子は右回りか左回りに自転をしていて、これを「スピン」といいます。量子力学的には、右回りの電子を「上向きスピン」、左回りの電子を「下向きスピン」と呼びます。上向きスピンと下向きスピンは、お互いを打ち消し合いますが、打ち消す相手がいない場合、その物質は磁性をもちます。例えば、鉄の中のFe原子は26個の電子のうち、平均として上向きスピンが約14個、下向きスピンが約12個あり、差し引き約2個、上向きスピンが多く存在します（図２）。（注：図番号は管理人が変更）

量子力学では、物質は「質量を持ち大きさがゼロで位置を持つ」いわゆる質点とされます。電子のスピンといっても、何かが回転しているわけでないとされます。なぜなら大きさがゼロの質点が「回転」することに意味はないからです。「スピン」は数学的な演算子だとされています。

基本相互作用の話に戻ります。動画１の実験は、電磁相互作用の一例です。電磁相互作用を起こすのはゲージ粒子である光子（フォトン）だとされます。

物理学は、近接作用で組み立てられています。　　動画１の実験において、式１の右辺、誘導起電流は磁石を構成する原子にある殻電子とコイルに存在する電子の相互作用だと解釈されます。つまり、上記の

• 磁石　と　コイル　の力学的な相互作用は

量子力学的な解釈として

• 電子（磁石の殻電子）と電子（コイルの銅線内電子）の間における光子（フォトン）のやりとりである

わけです。　繰り返しますと、光子（フォトン）は電磁気的な「力を伝達する粒子」ですから、磁石とコイルの間に力学的な作用と反作用が生じるのです。　　光子（フォトン）は、電気力、磁気力も含むすべての電気磁気現象の担い手だということです。（近接作用として力を伝える粒子）

上記の電磁誘導の相互作用は

図３

の様に示せます。　磁石とコイル間の相対的な運動により、磁石を構成する原子の殻電子（の内ペアを組まない電子）とコイルを構成する原子間に存在する導体内を自由に動ける電子が光子（フォトン）を吸ったり吐いたりすることによって（力を伝達する）というイメージです。　（注：へたくそな図３で申し訳ないです。）

もう一度繰り返しますと、動画１の実験は、電子－電子間の相互作用だということです。その力の担い手が光子（フォトン）ということです。　　　　　次回は、単極誘導における相互作用について記します。