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ミノフスキー粒子の考察

2011-05-16 05:36

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  SF考察カテゴリをどうにかしないとな(´・ω・`)

もともとブログ始めたのって、こういうSF考察(考証)がやりたいからだったはず。

ってかね、高校で物理を選択した理由が「ガンダムの考察がしたい!」からなんだよねww

動機が不純だけど、それぐらいがイインダヨ!グリ(ry


 というわけで、今回は「ミノフスキー粒子」の考察記事です。

正直、相当マニアック~な内容なんで「みのふすきー粒子?なにそれおいしいの?」っていう人向けではないです。

AMBACで回れ右することをオススメするのですよー

あと、まだ図もないし文もてきとーなんで読みづらいけど、あとで修正してやるっ!!


 まず、ミノフスキー粒子とはなんぞや?ってとこから・・・(詳しい解説はwikiで)

ミノフスキー粒子(以下ミノ粉)は「機動戦士ガンダム」シリーズに登場する架空の粒子。(※1)

宇宙世紀のガンダム世界は、こいつのおかげで成り立っていると言っても過言でないくらい活躍してます。

世界はミノ粉を中心に動いてます(※2)


 んで、ミノ粉の主な性質を箇条書きで挙げると

①静止質量がほぼ0

②正か負に帯電している→静電気力が働く

③粒子間にはΤ(タウ)フォースという斥力(反発力)が働く

④性質②と③により一定濃度以上で立体格子状に整列する→その立体格子状のミノ粉の場をIフィールド呼ぶ。

⑤Iフィールドを電磁的に圧縮するとsiki0.gif質量とエネルギーの等価性)に従って、

 圧縮に要したエネルギーが見かけ上ミノ粉の質量へ転化される。

⑥Ⅰ.Iフィールド以上の圧縮度でミノ粉を圧縮すると(⑤によりミノ粉の質量は増えている)、

   正負のミノ粉が融合しメガ粒子となる。

   要するに正のミノ粉+負のミノ粉=メガ粒子

 Ⅱ.正負のミノ粉が対になって融合するのでメガ粒子は電気的に中性。

 Ⅲ.ミノ粉がメガ粒子に融合する際、質量の一部が運動エネルギーへ変化する。

 Ⅳ.メガ粒子はIフィールドを介して、ミノ粉から斥力を受ける。

⑦ミノ粉が散布された空間を通過する電磁波(マイクロ波~超長波、高濃度ではそれ以外の波長域も)を減衰する。

⑧導電性物質には浸透しづらい。

⑨電子機器を誤作動させる。

ニュータイプの発する感応波(サイコウェーブ)に共鳴する。



とまあ、たくさんあるわけです。(※3,※4)


 で、話変わるけど、なんでこんな考察しようかと思ったのかっていうと、ビームの速さが知りたかったからなんだよねww

なんか、「ビームってかっこいいなぁあれって、どれくらいのスピードなんだろ?」的なノリww

なので、以降はビームの速さを求めようと足掻いてます。


 というわけで、宇宙世紀のガンダム世界のビームの発射原理も説明しないとだめだね

(宇宙世紀で使われるビーム砲は⑥のメガ粒子を発射するものが主流だから、それ以外はパスで)

イ.限界まで圧縮されたミノ粉が、融合してメガ粒子に。(⑥-Ⅰ)

ロ.その時、質量の一部が運動エネルギーに変化して、メガ粒子は高速で動きまわることになる。(⑥-Ⅲ)

ハ.Iフィールドと反発する性質を使って、動きまわるメガ粒子を目的の方向へ収束・加速(※5)して解放する。(⑥-Ⅳ)



はい、これがメガ粒子ビーム砲の発射原理でふ。簡単だお?(※6)


 で、疲れたけどこっからが本題ww

ビームの速さは「ロ」の運動エネルギーと「ハ」の加速によるんだけど、

ビーム兵器が開発された当初はビームの収束に手間取ってて、加速に手がまわらなかったと思うんだよね。(※7)
  
というわけで、簡単に考えるためにもビームの速さは「ロ」によるものが支配的としまふ。


 最初に、無限に離れた2つの異なる符合の電荷を帯びたミノ粉を用意します。

それぞれのミノ粉の初期質量をm(∞)、電荷を±e(電気素量)(※8)として、

外から力を加えて(外力を加えて)二つの粒子を融合させることを考えるんですがぁ、

その前に②、③の二つの力を考えないといけませんねー。

必要な外力が②、③の力によって変わるからでふ。

 二つのミノ粉は異なる符号の電荷を持つのでクーロンの法則から②の静電気力は引力で、大きさは

数式1

と表されます。(k:クーロン定数,r:ミノ粉間の距離)


一方、③のΤフォースは斥力(という設定)で、大きさは

数式2

と表されることにします。(τ:Τフォース定数,r:ミノ粉間の距離)(※9)


そして、忘れてはならない万有引力!(※10)

⑤の性質からわかる通り、融合させようとするとミノ粉の質量が増えていくのでこれを忘れてはいけません。多分w

万有引力の法則から引力で、その大きさは

数式3

と表されます。(G:万有引力定数,m(r):距離rでの一つのミノ粉の質量,r:ミノ粉間の距離)


この3つの力が働くと2つのミノ粉はどうなるのでしょう?

ミノ粉を圧縮するのにエネルギーが必要なことや、ミノ粉は放置すると拡散してしまうことなどから、

ある程度、粒子どうしが近づくまでは斥力(Τフォース)が優勢だと考えられます。

数式4

さらに近づけて、Iフィールドバリアー程度の圧縮度

(このときの粒子間距離をr i とするとミノ粉の質量は陽子程度m(r i)=mになっているそうです))

を超えて圧縮すると、⑤に従って質量が大きくなり同時に(ⅲ)の万有引力が急激に大きくなる。

そして、ついに引力と斥力がつりあい

siki5.gif

さらに外力を加えると、一転

siki6.gif

と引力のほうが大きくなって自然と融合に向かうんじゃまいか?


なので、最初((ⅳ)式で表される)ミノ粉を近づけるには引力方向に大きさ

siki7.gif

の外力を加えなければならないと考えるのです。


 ここで、距離rまで「2つ」のミノ粉を近づけるのに要したエネルギーをE(r)とすると⑤より

siki8.gif

(c:光の速さ)となるので、これをm(r)について解いてに(ⅴ)式に代入すると

si9.gif

となりますねーおk?

(無限遠を基準にとったときの距離rでのポテンシャルエネルギー)=(無限遠から距離rまで近づけるのに外力がした仕事)より

F外力のrをRに書き換えて、

siki10.gif

とこんなふうに、距離rまで近づけるのに要したエネルギー(無限遠を基準にとったときの距離rでのポテンシャルエネルギー)

が求められまふっ(※11)

あー長い長い


 さらに、ここで引力と斥力がつりあう((ⅴ)式で表される)ときを考えようではないか、諸君w

つりあいのとき粒子間距離をr、質量をm(r)とすれば、(ⅴ)式が満たされるとき(ⅶ)式より外力は0なので、(ⅸ)式から

siki11.gif

となりますねー。(※12)


 ほいで、ちょこっと近づけると引力のほうが大きくなっていって((ⅵ)式で表される)融合に向かう。(※13)

融合したとき⑥-Ⅲに従うから、運動エネルギーに変化する欠損質量をmとすると、

(メガ粒子の質量)=(正負のミノ粉の質量)ー(欠損質量)=2m(r)ーmだぬ。

ここで、ビームの速さが一般に亜光速って言われてることから、逆に運動エネルギーを得たメガ粒子も亜光速で動いてる

と考えるべきでしょ。

亜光速を扱うので相対的な効果もこみこみで、

融合前後の瞬間の(質量の持つエネルギー)+(運動エネルギー)のエネルギー保存を考えまふ。

相対論では速さvで運動している、質量mの物体のエネルギーは

sikid.gif

で与えられるので、融合後の質量2m(r)ーmのメガ粒子の速さvとすると

融合前       融合後
sikie.gif

よりメガ粒子の速さ(ビームの速さ)は

siki12.gif

で表されまふーーーつかれたーーー

(ⅺ)式からm(r)は物理定数のみを含んだ定数なので、

(ⅻ)式から欠損質量mがビームの速さを決めるとわかる。(※14)

でも、ミクロの世界で自然に起きることだから欠損質量も定数だろうと考えると、

ビームの速さは加速しなければ、どのメガ粒子ビーム砲からでたビームも速さは一緒ってことになるね

結局、詳しいデータがないから具体的な数値が求まるわけじゃないんだよねwwごめんねw

まあ、数遊び程度でやってみた感じだからね。

※1  ライバルはコ○マ粒子やG○粒子、ゼッ○ル粒子

※2  MSが作られた理由もミノ粉のせいでレーダーが使い物にならなくなって有視界戦闘になったせいだし(建前ね)、

    ガンダムが使ってるビームライフルもビームサーベルも、もっと言えば動力源(核融合炉)もミノ粉なしでは動かないし、

    ホワイトベースも空を飛べないし、大気圏突入(ミノフスキーエフェクトによる)もできません。


※3  こういった性質は「もう一つのミノ粉理論」(異端だけど)で詳しく説明されている。

※4  アクシズが押し返されたのは、地球全体に漂うミノフスキー粒子がサイコフレームを通して、

    アムロ・レイの感応波に共鳴し(⑩)Iフィールドを発生させ、導電性のアクシズに反発力を与えた(⑧)からとか・・・

    「ミノフスキー力場共鳴仮説」

※5  ガンダムのビームライフルには第一から第三までの加速リングと収束リングがあるお。

※6  Iフィールドで収束・加速ができる上に、中性粒子(⑥-Ⅱ)だから地磁気では曲がらない、

    エネルギー効率が85%以上で破壊力十分、

    実弾兵器に比べ弾速が速く命中率が高い、またペイロードの節約になる、

    とか従来のビーム兵器や実弾兵器にはないメリットがあります。
 
※7  ゴックやザクレロなんかがビームの収束に手間取ってたね。

    ハサウェイではビームの初速が1年戦争時の2倍だそうな。加速する余裕がでたんだと思う。

※8  ミノフスキー・イヨネスコ型熱核反応炉内で

    正のミノ粉とプラズマの電子(-e)、負のミノ粉と重水素原子核(+e)、負のミノ粉2つとヘリウム3原子核(+2e)

    が擬似原子を作るという記述から、ミノ粉の電荷は電気素量に等しい。

    炉内のミノ粉の質量が陽子程度っていう条件とボーア条件から原子半径も求められるよw 

※9  逆二乗の法則が成り立つと仮定している。

※10 万有引力抜きで考えるとリンク先の【 859 】みたいになって、上手く考えられなくなる。

※11  (ⅹ)式の両端辺をrで微分してE(r)を求めようとしたんだけど

    sikic.gif

    っていう非線形微分方程式になってお手上げww

※12 ちなみにm(r i)=m<m(r)なので、

    sikia.gif

    とΤフォース定数の下限(?)は実際に求められる。

    また、距離rまで近づけるのに要したエネルギーは

    sikib.gif

    となる。

※13 ポテンシャルエネルギーが下がる代わりに、運動エネルギーが上がって二つのミノ粉が勝手に近づいていくんだお。

    現象也の予想だけど融合前のポテンシャルエネルギーと運動エネルギーはミノ粉の融合時に使われるんじゃないか?

    基底→励起状態とか気化熱みたいな感じで?

※14 欠損する質量の割合が大きいほどビームは速くなるね

参考サイト
ガンダム入門塾

呟く男

参考文献
機動戦士ガンダム公式百科事典

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コメント

  1. ムッツリーニ | URL | -

    難しすぎて目が回りましたw

    現象也さんてガンダム好きだったんですねー
    物理を選んだ理由はガンダムを考察したいからですかw
    最高の理由ですねw

    そして、現象也さんて頭良いんですねー
    羨ましいでゴワスww


  2. 大臣@Reputeless | URL | RFdrWhiI

    17才がこんなに賢いはずがない

  3. 現象也 | URL | -

    Re:ムッツリーニさん

    もっとわかりやすく書けるようにがんばりまふ^^


    一番好きなアニメを挙げろって言われたら、多分ガンダムが挙がりますよー。

    あとは、どれもある程度好きみたいな感じかなー。


    都会で一人暮らししたかったのも、深夜アニメがうつ(ry


    どうなんでしょうww

    へんな方向には結構切れ者かもw

  4. 現象也 | URL | -

    Re:大臣さん

    原案は大学入る前から考えてたりww

    だれもやらないだけで、できる人はいるような希ガス。

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