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池田, 恵

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Title物性物理学の将来計画は何か : レオロジーの分野への提言(講義ノート)Author(s)池田, 恵Citation物性研究 (1969), 12(4): 273-278Issue Date1969-07-20URL http://hdl.handle.net/2433/87172RightType Departmental Bulletin PaperTextversionpublisherKyoto University物性物理学の将来計画は何か- レオロジーの分野への提言 -東大工 池 田(5月29日受理 )思§1.は しが き筆者は,既に基本的な考え方をのべた ところで もわかるとお り1,)栄だ確立 された方法論を持つ者ではなく,模索中の段階であ り,とて も物性物理学全般にわたっての洞察は遠 く及ばない ところで あり,以下はただ単に,Vオロジーを垣間見た感 じ方からの櫨雷であるにすぎない｡が,しかし,物性 というものの考え方や扱い方に一つの統一的な洞察を示すことになるので,何らかの意味 で,物性物理学の将来計画 とい うような大きな講産に関連することにもなると思 う｡そこで,この論文では,レオロジーに於ける筆者 自身の問題毎 とらえ方 と,これから党,どうい う事 を考えてい くべきなのかとい う一つの将来計画を自分なりにまとめておこうと思 う｡§2｡統一的立場の必要性既に的論3kl)で,筆者 自身のレオ ロジーの考え方として, rvオロジーの幾何学的研究｣とい う把壇の仕方をのべてきたOそこでは,物質の構 造 ･運動形鱒の無限階層性に合致する方法論の必要性 とい う観点から,Vオノーム蔑何学を中心 とする微分幾向学的洞察が,とりもなおさず,統一的立執 こなることが主張 された｡ 素粒子論の分野では,武谷三男,坂 口昌一といった方々が唯物弁証法をふ 変えた研究 をおしすすめることの整要性を主張してこられ,強力なbackl-borは となっていることは周知の とお りであるが,2)物 性 物 理 学 の分野では,そのことが余 り主張されていない ようである｡現代物理学では,素組子物理学 と物性物理学が互いに二大分野として認められ,前者は微視的な方向へと,素粒子の構造 ･連動形熊を追求 してい くのに対 し,後者はより巨視的な段階での物質の構造 ･運動形態を追求してい くとい う形で考えられている｡通常の研究者の頭の中では,■自分のやっている研究内容をひきくらべてみて,その-275-池田 恵両者の間に,一応の段落をつけようとするのが,これ又,常であるOしか し,もともとこ大分野 とはいえ明らかに連続的なも､のであ り,どこまでの段階が効果を及ぼすかを考える際に,より･微視的なものを打ち切 って省略する平均操作が何 らかの形で行なわれているわけで,方法論的には当然,連続.Lているのである｡だからこそ,物性物理学を唯物弁証法的に洞察 しなければならないし,そのための強力な方法論が必要なのである｡筆者が ｢幾何学的方法論｣を考えるに至ったのも,実に,そ うい う必要から生 まれ きた ところであり,一般的変形論の立場からの洞察を,従来り統計力学的方法と比較検討しながら,そして,特徴をうちだすことに留意 して,物性を研究するとい う方針を打ち出したわけで あ る .1)§5 ｡ レオロジーの現状分析世に流布している ｢レオ ロジ ｣ーと名のつ く書物を,特に日本人の著者のものを読んだ結果,感 じたことを書こうと思 う｡その内容は,考え方 としての線型粘弾性論 と非線型粘弾性論 との分類 ,物質としての東分子物質とその他の物質 とい う分類が存在するようで奉る.線型粘弾性論では,力学模型の線型組合わせの理論,スペグ tJt/解析などが主流を占め,非線型粘弾性論では,応力-変形一時間関係の非線型性を物理的条件で線型化する方策が練られている.高分子物質では,大体分子論的 Vオロジーという形で論 じられ,大別 して孤立鎖及び網 目構造の粘弾性 とスペクトル解析 とlが主流であ り,その他の物質は,最近は余 り特徴的に取上げられるものがな く,それらの書物では一応モデ/レ的にのべられているが,詳 しく扱われていないようである｡大体以上の様に,通常の書物の内容はまとめられると思 う｡§4｡ 残 された問題どの書物をみても,結局,非線型性の複雑 さを強調して詳 しくのべることをさけるか,物理的平均化を試みて,その物て理的条件を吟味 している程度で,本質的非線型を保存 した形での議論は余 り行なわれていないようである｡そこで,非線型変形論,非線型粘弾性論の徹底的研究が,まず,残された間鼠の一つ と-2アト･>l物性物理学の将来計画は何かしてあげられ る｡これに対して,筆者の非ホ ロノーム変形論 とい うのは有効であると信ずる｡実験 との比較 とい う点で平均化され,ホロノームになってしまうことにならざるを得ないが,その辺の間複 も残 されたものの一つである｡次に,レオ ロジーとい うと高分子 レオロジーと決めてかかる人がいる くらい,扱 う物質の大部分は高分子物質である｡そして他の物質は,いわば工業的な立場での研究,例えば企業 とか,工学部の特定の学科 とかで扱われていて,主流ではない ことは確かで あるQその当 りに も一つの段落があるようであるOつ まり,正統派の人たちは高分子物性をや り,一寸はずれたところにいる人たちは,その他の興味ある物質を扱 っているとい うことに分けられているような感 じがする｡そこで問題 としては,高分子物質以外の物質を扱 うこととしてあげておいてもよいであろ うっ液体とも固体 とも判別 しに くいとい う点から筆者が興味を感 じているのさす,液晶問趨などで ある.それから,スペク トル解析が大巾に採用されていて,WLFの式をは･じめとする諸研究が試み られているわけであるが,それ一点ばか りでいいのかを問 う必要があろう｡特に,時間依存性の現象の複雑性はいちがいに把握-され うるものではないだろうし,時間とい うパラメータが本質的なことは確かだが,現象面に現われて くる段階では平均化されて しまっているわけで,その辺のから くりを explicitに究明する必要があるのではなかろ うか｡ それと最後にもうーっ｡それは統計力学的方法をのべてある書物では,必らず,粘弾性機構が不可逆過程であることをのべ,そ してそれを扱 うための不可逆過程銃､計力学が未完成であるために,例えは,摂動理.論などに頼るとい う主旨の断わ り等 きが常に見受けられ る｡従って,非線型粘弾性論 と相保 って,不可逆過程統計力学の確立 も残 された問題.になってくる｡この方面は,筆者は未だ不勉強で,聾者 自身の方輯論とどう結びついて くるの示判然 としないが,本質的に塵 間依存性である系の変形準から出発 しているわけだから,分布函数の段階では直接的に結びついて来ていないかもしれぬが,物質係数,応力ー変形一時間隣保の段階で紘,結びついて くると考えられるから,その当 りの解析が重要だ と思 ってい る｡AIM.fieinerらの書物 をみて もわかるとお り, もともとVオ ロジーという学問が,Hook?弾性,Newton粘性,St.Venant塑性からのずれを示す物質の力学的性質に着 目して成立 してきた ものであ り,それをより微視的に,■-275-地田 意特に高分子物質が興味の中心を占めるに至ってからは,液体論,溶液論5)と相喋 って,統計力学的方法が主流を占吟千 きているわけである.その力学的性質を研究するにしても,統計力学的方･港で も,Lもちろんi欠点があり,叉,同様に筆者の様な考え方にも限界があることは確かである.撃者が今感 じていろ点紘,次のことである｡即ち,統計力学的方法での平均操作についてであり,その方旗では,物質を構成する粒子 (分子)がすべて均一な同種賃頁の ものとみなし,特徴は,その間の作用力の大きさとか敏子の大きさとかに代表されているよう索あるoVそこで紘,一つの物理的特徴をもつ実体がその レベルその空酎 二保存きれた形の平均操作ではな く,バラバラに分解された上での平均操作であるよだから,粒子の配贋の仕方なぞが ,そして,その仕方の数の勘定が間趨 となるわけであるが,一つの物理的単位 としての実体は,その単位にまとまっているからこぞ意味があるので,バラバラにしては元 も子もな くなるではないか,我々の場合 ,実体は一つの単位 としてまとまって絶連 されるから,その点は有利である.以上,思いっ くま空に列記 してきたが,これらを考慮に入れて,次に,より大 きなレベノレでのレオロジーの今後の問題を考えてみたい｡95.Vオロジ-の将来計画大きな分野 としてq前節にのべた ものの中からは,非線型粘弾性論 と不可逆過程統計力学の確立,そして,高分子物質もさることながら,他の物質 も研究するとい う三点があげられ る｡Vオロジ-が登場して以来,分子論的 レオロジーとして,高分子物性がclose-upされてきているのが現段階であるが,.それを より根源的に考えてみるならば,液体論,溶液論をつつ くべ き問題.ともいえる｡そ､この段階宅は,粘性を中心 とした輸送現象理論とい う形で 資とめられている傾向にある､lo,しかし,粘弾性などを扱 う際は,不可逆過程輸送現象 として,何 とか線型化 しようとするから,非常に複雑な議論になる｡ その点の改良も含め,かつ,輸送現象論で扱い得る範囲を,Vオ ロジーの中に広める努力をすべ きで あるOそれは,とりもなおきず,不可逆過程統計力学の問題 と結びっいて くるわけである｡液体とも固体と.も判別 しに くい物性を追求するとい う意味では,相転移など- 27d-物性物理学の将来計画は何かの臨界現象をつついて然るべきだが,それ も従来の化学物理的 ap‡)roachをより巾広 くに確立させながら挑む必要があろ う｡そもそも鯛 転移の基準は何なのか とい った大局的な問題を考えてい くべきであろ う｡それか ら最後に,やは り力学的性質の特徴をいかに把撞するかという点への,強力な aljPrOaChの必要を感ずる.弾性,粘性,塑性の複雑な組合わせ といって も,どんな基準があるのか判然 としない し,組合わさり方を力学 モデ/レ的に考察するだけでは,物性論的立場からは,おそまつすぎるのではないか,そんな気がす る｡今 までのべてきたことは,大体,普通考えられるところとは思 うが,多 くの困難を含む巾広い問題だから,着実に究明 していかねはならぬ｡簡単にはいかないだろ うが,やは り精力的に挑むべきであ り,現状に落ち付いていてはいけないOこれからが問題だとい う意識 と,一寸 した偏 りをす ぐ異端とみなす くせは改めて,頭を柔らか くして研究 していかねばならないと思 う｡§&｡あ とが きレオロジーのすみずみ まで充分知 りつ くす ことは伸 々困難であり,筆者のこれからの問趨点と興味 ある問題に従 って書いたわけであるが,いわんとすることは くみ とっていただけたと思 うO 何 しろ ｢Vォ ロジーの幾何学的研究｣をはじめたばか りであ り,従ってその立場と有効性,正当性を声を大に して主張するまでには至 っていないのが残念であるが, ｢物性研究｣の読者諸氏 の御意見,御批判をあおぎっっ,少 しずつ詞みていきたいと思 っているo§7｡参 考 文 献1) 池田 雷,物性研究,31 (19691･117･2) たとえば 武谷三男,弁証法の渚問趨 (著作集1),効葦書房 (1968).坂田昌一,科学に新しい風を,新 日本新書 (1968).5) たとえば 山本三三三, レオロジー,横書店 (1964).′ト野木重治,レオロジー要論,碍書店 日957).中川鶴太郎,Vオロジー,岩波全書 (1965).中川鶴太郎,神戸博太郎, レオロジー,みすず (1959).-277-池田 恵4) M.Reiner,I.Deformationand_. Flow.H.TA,,Lewis &Co.Ltd.,Lend.C)n (1949).5) た とえば 原島 鮮,液体論 .岩波 全書 (1954).′下野 周,物性物理学講座,第 4番第 5章 .共立出版 (1965).I-27∈ト▲

物性物理学の将来計画は何か : レオロジーの分野への提言(講義ノート)

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