第337回 シーズン34 エピソード7

電場と位置エネルギー（前編）

図書室にて

僕「……そんな話をユーリとしていたんだよ。先週」

テトラ「……」

僕「どうしたの？」

テトラ「あ、いえいえ、ちょっと目まいがしただけです」

僕「えっ、大丈夫？」

テトラ「だ、大丈夫です。目まいというのは《もののたとえ》で……ええとですね。 《大きな世界》と《小さな世界》との行き来が激しかったので、まるでジェットコースターみたいで」

僕「？」

テトラ「電気のお話って、そういうところがありますよね……」

僕「ええと、テトラちゃんがいう《そういうところ》って何のこと？」

テトラ「はい、あのですね、電気のお話って、《電子》が出てきますよね。 電流は電子の流れというお話もありました」

僕「そうだね。流れの向きは反対向きだけどね」

テトラ「電子を考えているときはとても《小さな世界》を考えているんですが、 電子の数を考えるときは急に大きな数が出てきました」

僕「うんうん。ざっくり10の20乗というすごいオーダーになるからだね。想像を絶するくらい大きな数だと思う」

テトラ「地球上の人類が100億人いたとして、その一人一人が100億人のいる星をそれぞれ抱えていたようすを想像する……となると、 今度は急激に大きな数をイメージすることになりました。 これってかなりクラクラと来ますっ！」

僕「うん、わかるよ。電気なんて毎日使っているありふれたものなのに、 想像するのがむずかしいくらい、ものすごいことが起きているんだよね！」

テトラ「ですです。ライトのスイッチを入れるだけで、 とんでもない数の電子がわあああああああっと……」

僕「で、テトラちゃんは目まいがすると」

テトラ「はい、そうです。これは、地球の重力を考えたときとはまた違う感覚ですね……」

僕「地球の重力って？」

テトラ「重力があるところでボールを投げる。そのようすを考えたことがありました。 ニュートンの運動方程式を使って、ボールが放物線を描くことを示しましたよね？」

僕「そうだね。ニュートン力学」

【ＣＭ】

ユーリ「はいー！　さっそく出てきました《ニュートン力学》！　物理学の基本！　ボールを投げると放物線を描くのはなぜ？！　ユーリがその謎に挑戦するアドベンチャーはこちらから！！」

テトラ「（いまＣＭはスルーしても大丈夫でしょうか）」

僕「（大丈夫だよ）」

テトラ「《地上でボールを投げる》というのは、とても身近なお話です。 でも、物理法則を考えているうちに気がついたら《宇宙にロケットを飛ばす》お話になっていました。 あのときも《小さな世界》と《大きな世界》を行き来していたことになりますね（書籍参照）」

僕「なるほど、確かにそうだね。そこでいう《小さな世界》は僕たちのふだんの生活で、 《大きな世界》は地球や月や宇宙みたいな……」

テトラ「そうですっ！　ですから物理学って、電子のようなものすごく《小さな世界》から、 あたしたちの日常生活から、宇宙のようなものすごく《大きな世界》までを、 ぜーんぶ扱おうとしているんだと感じましたっ！」

テトラ「ところで、先輩のお話の中でまだよくわからないことがあります」

僕「なんだろう」

テトラ「電場のことです」

テトラちゃんの疑問（電場）

僕「電場？」

テトラ「はい。電気を帯びたものを配置すると、そのまわりに電場ができる……というお話がありましたよね（第334回参照）」

僕「うん、そうだね。電気力線を使って電場の向きと大きさを表したけど、そんなに難しかった？」

テトラ「難しいといいますか、《わかってない感じ》がするんです」

僕「どのあたりに引っかかるんだろう。電気力線？」

テトラ「いえ、はい、そうですね。 電気力線の図はわかりやすかったです。正電荷から負電荷に向かう曲線があって、 いかにも『ここには電場があるぞー』という感じはするんですが、 それは《感じ》だけで、あたしはそれが何なのか、ちゃんと説明できないんです……電場とは何でしょうか？」

僕「なるほど」

テトラ「電場は電気量とは違いますよね。速度や加速度とも違います……よね？　あたしは『電場とは何か』と聞かれても答えられないようです」

僕「うんうん、それはつまり電場の定義を押さえたいということだね」

テトラ「あっ、そうですね。《感じ》とか言ってないで、そう言えばいいんですね。そうです。 あたしは電場の《定義》を知りたいんです」

僕「いろんな表現の仕方があるけれど、ある位置における電場はこんなふうに定義できると思うよ」