分類の根っこ 2026
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
150ルクス以下 展示物の表面で実際に測った照度が150ルクス以下
データロガーの温湿度データ カビ対策 湿度 65%以上 温度 20〜30℃ で急速に増殖
生物被害対策は、 燻蒸→冷凍に移行
古文書の判読には近赤外がよく使われる
補修 現状記録(写真・寸法・損傷図) 汚れ除去(乾式→湿式) 剥離止め(フレーキング防止) 補修紙による補填 裏打ち 補彩 可逆性材料の使用 修復後の記録
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
アテナイの学堂 ラファエロ画 中央にプラトンとアリストテレス
プラトンが、幾何学的命題の解き方=厳密な演繹体系を哲学一般に応用しようとしたのに対し、アリストテレスは、哲学一般に幾何学のような絶対的公理を見つけるのは不可能と考え、多くの人が納得する前提=エンドクサ を哲学の出発点にした。
何か価値あるものをめざす この行動の目的を明らかにする 最終的な目標が幸福 幸運に出会っても、それを有意義なものにする力 内的な力が必要
物質論的にはエンペドクレスの四元素説(土・水・空気・火)を受け継いで、四性質(熱・冷・乾・湿)を加え、地上界は四元素・四性質と直線運動で成り立ち 天上界は第五元素エーテルと円運動で成り立つと考えた
時間は、より先およびより後という観点から見られた運動の数
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
生を構成する外的なものにに関心を寄せながらも、礼賛しない
自然(ロゴス)に従う」ことを善とするが、 その自然とは 世界の構造そのもの であり、 人間社会の常識・慣習・役割も含まれる。
ストア派の徳は 正しい判断 徳に基づく社会的役割の遂行 相手を持ち上げるにしても、 場を和ませるにしても、 人間関係を円滑にするにしても、 情念ではなく理性で行う。
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
3つの欲求 1 自然で必要な欲求 健康、友情、生きがい 2 自然だが必要でない欲求 ぜいたく 3 自然でも必要でもない 地位 名声
1が重要 2は他人との比較が生ずる 3は他人の評価で左右される 2と3は苦悩のもと
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
「われ思う ゆえにわれあり」 すべてを疑っていくと、思考する自分がいる、ということのみが、疑えない事実である
数学的には デカルト座標 幾何学の問題を代数で解くことをめざす
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
フィヒテ 自我は自己自身を根源的に端的に定立する。自我が活動する時、その活動を阻害する抵抗に出会うであろう。それは自我でないもの、非我である。ゆえに 自我は自己自身の中に、可分的自我に対する可分的な非我を反定立する。
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
ライプニッツ モナド論・予定調和・最善世界説 神は無数の可能世界の中から「最も調和的で、最も善で、最も合理的な世界」を選んだ
数学的には、微積分の考案者 最小・最大を求める発想
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
ア・プリオリ: 「生まれながらにして持っているもの」に近い意味だが、正確には、経験に先立つ、経験に依存しない、経験がなくても成立する ということ
カントは理性をア・プリオリなものと考えたのか? 理性そのものをア・プリオリとしたのではなく、理性がもつ形式・構造(カテゴリーや原理)がア・プリオリである
物事を理解する共通のものさし 感性 感覚的に把握する能力 悟性 論理的に把握する能力 美の感覚も感性と悟性 共通のセンスを探る努力をしなくてはならない
美的判断は 感性と悟性が“自由に調和する”ときに生じる快 感性が対象の形・色・リズムを受け取り 悟性がそれを概念化せずに“自由に”働き 両者が調和することで「美しい」という判断が生まれる
友情は愛と尊敬の二つの感情によって結ばれる しかもその愛は相手を引き寄せ、尊敬は相手との距離を保つ力として働く
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
テーゼ(肯定) アンチテーゼ(否定) アウフヘーベン(止揚) 対立する正反対の主張があるとき、片方を切り離すのでなく、両者の真理を保存しつつ、より高い段階で統一すべき
世界歴史は自由意識の進歩である
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
世間の正しさに合わせた価値基準に無理に合わせなくてよい 価値基準を他人にゆだねない
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
この地平は経験においてさしあたっては潜在的に匿名でしか与えられていないが、われわれは注意を向けなおすことによってそれをどこまでも顕在化していくことができるのである。
しかもこの地平は相互に錯綜し、多層的に含蓄し基礎づけあいながら一つの全体的に地平をなすが、これこそが「世界」とよばれるものにほかならない。
したがって、すべての対象は世界のなかで経験され、また、すべての個別的な経験において世界はともに経験されている。
あるいはむしろ、世界はいっさいの個別的経験に先立って「いつもすでに」与えられており、これが個別的経験のありようを導いてくれるのだと考えるべきかもしれない。 (岩波新書 木田元 現象学 p.64)
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
人間を「現存在」と呼ぶ。 存在というものを意識しながら、自らもその存在を存在しなくてはならない存在。
被投的企投といった統一的な構造連関をもつ現存在の存在を可能ならしめているものは、実は時間性である。
過去-現在-未来を発現させ、それを統一的連関に組み込む仕方、もっと簡単に言いなおせば現存在がおのれの時間を生きる生き方を、その本来性にまで浄化しておかねばならない。 (岩波新書 木田元 現象学 p.97-98)
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
ベルグソン
純粋持続が真の時間として生きられるためには、つまりわれわれにとっての「こと」として生きられるためには、それは実際にはいっさいの空間性を免れた「純粋な」あり方にとどまっているわけにはいかない。
純粋持続がある種の空間性、もの性のうちに投影されて、「不純」になったおきにはじめて、そこから時間の実感が生まれてくる。(中公新書 木村敏「時間と自己」p.42)
・・・から・・・への移行を成立させる場所としてのいまは、それ自体のうちに移行的性格を含んでいる。(中公新書 木村敏「時間と自己」p.51)
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
バラバラの刺激を自動的にまとまりとして整理して知覚する働き 近接・類同・閉合などの法則によって、脳は世界を効率よく理解
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
視覚(色 形) 聴覚(波長 振幅) 嗅覚(化学物質) 触覚(痛覚 温覚) 味覚(化学物質 甘 塩辛 苦 酸 旨味) 辛さは痛さと熱さ
知覚は、感覚の意味づけ 450 nmの光→青い 440 Hzの音→ラの音 皮膚が0.3Nの圧力を受ける→硬い 70℃→熱い 味蕾が糖分子を受ける→甘い 嗅覚が2-フルフリルチオール分子を受ける→コーヒーの香り 物を見て、机、顔などと判断
知覚は、記憶がなければ成立しない
もののうごきなど 視覚特徴の抽出→統合 / 視覚を分割処理 運動 明暗 奥行 陰影 形態 モジュール構造 解析された像は2つの経路 腹側経路 何であるか→側頭葉・言葉 背側経路 ものがどこにあるか どう扱うか→頭頂葉・空間認識
ミュラーリヤー錯視(矢印) エビングハウス錯視(円に囲まれた円) パレイドリア現象(心霊写真 人面漁)
フレイザーのうずまき錯視 チェッカーシャドウ錯視 ログヴィネンコ錯視 ジャストロー錯視 ダイヤモンド錯視 エビングハウス錯視 フィック錯視 ポンゾ錯視 トロクスラー効果 静脈錯視 月の錯視 マサナヲ文字列による傾き錯視 シェパードトーン(音) 立体変身錯視 シマシマガクガク錯視
感覚ホムンクルス(体性感覚野)運動ホムンクルス(一次運動野)
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
記憶は、知覚 思考 認知 情動 動機付け 欲求をつなぐ心的基盤
宣言的記憶(陳述記憶)=海馬系 非宣言的記憶(手続き記憶)=大脳基底核・線条体 オペラント条件づけ(道具的条件づけ)=線条体 レスポンデント条件づけ(古典的条件づけ)=扁桃体・小脳 反射=脊髄
腹側被蓋野→海馬→偏桃体→側坐核→前頭前野 ドーパミン アセチルコリンは長期増強に重要 海馬のアセチルコリン シータ波発生
記憶固定化に関するシナプス間隙の受容体 グルタミン酸受容体(NMDA受容体 AMPA受容体)が重要
短期記憶(ワーキングメモリ)は前頭前野が中心。長期記憶の固定化には海馬が必須。長期記憶の保存場所は大脳皮質(視覚的記憶は後頭葉 聴覚的記憶は側頭葉 意味記憶・エピソード記憶は側頭葉 運動記憶は前頭葉・小脳・基底核 空間記憶は頭頂葉)
既視感は記憶の処理過程に関連 海馬(記憶の索引) 側頭葉(記憶の内容)この2つの回路が 一瞬だけズレて同時発火
恐怖・不安・怒りなどの情動ストレス 偏桃体→視床下部 → 下垂体 → 副腎皮質→コルチゾール
報酬記憶 VTA(腹側被蓋野)→ドーパミン →海馬・前頭前野に投射
覚醒記憶 青斑核 → ノルアドレナリン → 海馬・扁桃体
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
ここで取り扱うのは、注意の向け方 情報の選択
入力情報を取捨選択し、意識にのぼらせる段階。
脳波 P300電位 「気づいた」「意味を理解した」「予期していなかった刺激を認識した」
ノルアドレナリン=青斑核 → 全脳
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
論理的思考 段取り (計画立案)
対象物が有益か有害かを判断
善悪の判断 現象自体には善悪がない → 前提をつくる → 前提に照らして善悪判断 個人と前提が近いと(個人が前提を強く意識すれば)、判断が即時的で感情を伴う 同じ人が異なる前提で同一事象について異なる善悪判断することも 発達心理学や社会心理学にも関連
納得は 141.5(思考)と 141.6(情動)の“両方にまたがる
情動記憶はノルアドレナリンで強化
皮質=電気信号+興奮/抑制伝達(グルタミン酸・GABA) 基底核=ドーパミン依存の回路制御が極めて強い 辺縁系=情動物質(ノルアドレナリン・セロトニン・ドーパミン)が強く関与
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
注意で選ばれた情報を、意味づけ・概念化・判断する段階。
認知 同じものと違うものの判断 ~は~であるで言えること
パターン認識 特徴抽出 カテゴリ化 類推
刺激→ 知覚→身体反応(自律神経・筋緊張)→ 脳内表象(島皮質・体性感覚)→ 意味づけ(側頭葉)→海馬(記憶と照合)→ 判断・概念化(前頭前野) (その後、情動の、恐怖の流れや満足の流れがある)
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
ジェームズ・ランゲ説 悲しいから泣くのではなく、泣くから悲しいのである
刺激 → 自律神経系・内分泌系・内臓・筋肉の反応 → その身体反応を脳(島皮質・体性感覚野)が知覚 → 情動として経験される
喜怒哀楽 愛情 憎悪 恐怖 不安 劣等感 優越感 罪悪感 羞恥心 共感(認知的側面有り)
どういう状況で、どんな情動が起こるか 同じ状況でも、解釈が違えば情動が変わる
扁桃体は、感覚と記憶から、刺激に情動のタグ付け グルタミン酸(興奮)とGABA(抑制)産生
視床下部 → 下垂体 → 副腎皮質からコルチゾール→偏桃体(恐怖)→海馬(恐怖を長期記憶として固定)
満足 腹側被蓋野(VTA) ドーパミン産生 → 側坐核(NAcc) → 前頭前皮質(PFC)
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
レスポンデント動機付け 恐怖・快・嫌悪などの 情動状態
オペラント条件付け: 注目・逃避・感覚・アクセスなどの 機能
どういう状況で興味 好奇心が起こるか
未知・不確実・ギャップを埋めようとする内発的動機づけ 情報不足を解消しようとする認知的欲求
ドーパミン=腹側被蓋野(VTA) → 側坐核・線条体 → 前頭前野 (黒質からのドーパミンは別作用 )
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
一次的欲求=生理的・生物学的に備わった欲求 食欲 性欲 睡眠欲求 排泄欲求 体温調節欲求 痛み回避欲求 など
二次的欲求=経験・学習・社会文化によって形成される欲求 金銭欲 名誉欲 権力欲 美的欲求 安全欲求 所属欲求 自己実現欲求 好奇心・探求欲 など
マズロー 生理的欲求=食欲・睡眠などの生命維持 安全の欲求=社会的ではなく、より基礎的な欲求 所属と愛の欲求=社会的欲求の中心 承認の欲求=社会的欲求の上位段階
仏教5大欲求 1.食欲 2.財欲 3.色欲 4.名誉欲 5.睡眠欲
満足、不満は 141.72(動機づけ)または 141.6(情動)
一次的欲求=ホルモン+自律神経+視床下部
食欲 グレリン(胃から分泌:食欲↑) レプチン(脂肪細胞:食欲↓) ニューロペプチドY(NPY)(強力な食欲↑) オレキシン(覚醒+食欲) セロトニン(満腹感)
性欲 テストステロン エストロゲン ドーパミン(動機づけ) オキシトシン(親密性)
睡眠欲求 アデノシン(睡眠圧) メラトニン(睡眠リズム) GABA(睡眠誘導)
二次的欲求=前頭前野+報酬系(側坐核・VTA)+ 情動系(扁桃体) 起点は前頭前野、駆動力は報酬系、情動の色づけは扁桃体という三者協調モデル
承認欲求・所属欲求 オキシトシン(信頼・絆) セロトニン(社会的安定・安心) ドーパミン(承認の報酬)
達成欲求 ドーパミン(目標達成の報酬予測) ノルアドレナリン(集中・覚醒)
好奇心・探求欲 ドーパミン(探索行動) ノルアドレナリン(注意・覚醒) アセチルコリン(学習・記憶)
安全欲求(不安・恐怖) ノルアドレナリン(警戒) コルチゾール(ストレス)扁桃体の活動
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
141.72(動機づけ)=行動を“始めさせる原因”
141.8(意志・意欲)=行動を“維持し、方向づける統制機能”
脳内物質との関係で語られることも ドーパミンは好奇心 アクセル ノルアドレナリンは集中力 アクセル セロトニンは神経信号統合・安定化 ブレーキ
細かくは ドーパミンの好奇心は NDC 141.72 動機づけ ノルアドレナリンの集中力は NDC 141.4「注意・統覚」 セロトニンは神経信号統合・安定化は NDC 141.6(情動)+141.8(意志・意欲)の領域
セロトニン=縫線核 → 全脳
失敗、挫折もこの分野(意志・意欲)
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
クレッチマーの類型論
フィニアス・ケージの症例 前頭前野の障害
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
ピアジェ 感覚運動期→ 前操作期→ 具体的操作期→ 形式的操作期
0〜2歳:感覚運動期: 感覚と運動の統合 物を触る・振る・投げるなどの行動で世界を理解 因果関係の萌芽(押すと音が出る、など)
2〜7歳:前操作期: 表象を使う 言葉・イメージ・ごっこ遊び 他者の視点をまだ理解できない ものに心があると思う
7〜11歳:具体的操作期 量・数・重さ・分類・順序など理解 他者視点の理解
11歳以降:形式的操作期 「もし〜ならば」という仮説思考 メタ認知(自分の思考を客観視)
生まれてすぐ あらゆる発音を識別するが 生後6〜12か月の間 母国語の発音のみ識別・発音できるよう特化 母国語を効率よく習得する準備
ミラーニューロンの発達 6〜12か月で発達、2〜3歳で成人並み 表情・口の動き・息の風圧の模倣
サリー=アン課題 乳児は「動作は追える」が「所在の理解」はできない」
3〜5歳ごろ 絵本 “眼球運動の成熟”と“読むことへの慣れ”
7歳ごろに 前頭前野・側頭葉・頭頂葉のネットワーク統合 注意の持続 課題の切り替え 文脈の理解 社会的ルールの理解
8歳 ポジティブ/ネガティブの感情が強くなる ポジティブ感情:達成感 自尊心 仲間関係の喜び 興味の深化 ネガティブ感情: 不安 恥 劣等感 失敗への恐れ 仲間関係のストレス
絶対音感 8歳を過ぎると獲得は難しくなる
9〜10歳:背外側前頭前野DLPFC(戦略の中枢)が本格稼働し、複数ステップの戦略が可能
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
解離性同一性障害
夢遊病(睡眠時遊行症)
妄想 幻覚
自殺願望
ヒステリー
性的逸脱
サイコパス 反社会性パーソナリティ障害(ASPD)
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
視交叉上核SCNは“身体全体の時刻表を作り、各臓器の時計を同期させる司令塔 夜に松果体からメラトニン 朝にコルチゾール上昇 リズムは24時間より少し長い 青色光→メラトニン抑制 24時間に調整
アルファ波(α波)8〜13 Hz リラックス 後頭葉
ベータ波(β波) 13〜30 Hz 集中 ストレス 前頭葉
ガンマ波(γ波)30〜80 Hz 高度な認知 広範囲
デルタ波(δ波)0.5〜4 Hz 深睡眠 前頭葉
シータ波(θ波)4〜8 Hz 浅い睡眠(N1〜N2) 記憶形成 海馬
ノンレム睡眠は、シータ波→デルタ波 浅い眠りから深い眠りへ 海馬は記憶をリプレイ 記憶の選別 夢は断片的
レム睡眠は、シータ波+ベータ波 脳は覚醒に近いが、身体は深く眠っている。情動記憶、感覚記憶などを再構成し、夢はストーリー性がある 海馬→大脳皮質への記憶転送
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
トラウマ=強烈な心理的ショック(出来事)そのもの
PTSD=トラウマ後の精神疾患(情動・記憶の異常)
フラッシュバック=PTSDの症状の一つ
ADHD=発達神経学的な特性(注意・実行機能の障害)
ASD = 自閉スペクトラム症= アスペルガー症候群
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
フロイト: 眠っていても、心の中に動いている部分がある 自分の知らないところで活動している思考がある それを無意識と呼んだ 催眠は必ずしも必要でない 患者と話し合って、あるいは自由連想によって情動をよみがえらせることができる 無意識は意識に侵入しようとする それを常に抑える 夢を思い出さない
リビドー:性的エネルギー エス:それ 無意識にあるよくわからないものだが方向性を形づけるもの エスが自我に形を変える 意識を形成 自我(エスの衝動を 現実に適応するよう調整する機能) 超自我(親や社会の価値観が内在化したもの) 抑圧された無意識に問題の原因 これを顕在化
性的発達段階説 口唇期 肛門期 エディプス期(男根期) 潜在期 性器期
ユング: 夢分析 ユング 患者の夢にわけがわからなくてもついていく タントラヨガ 神話 個人の経験を超えた、人類共通の深層心理の領域がある 象徴を通じて心の全体性へ統合するプロセスを探求
アドラー: 劣等感コンプレックス 劣等感は「悪いもの」ではない 成長の原動力になる ただし劣等感を過度に恐れると、他者評価に依存、自分の人生を他人の期待で決めてしまう 他人が自分をどう思うか気にするのは時間の無駄 嫌われる有機
ロールシャッハテストは 無意識の投影
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
現代では、超心理学 心霊研究自体は、科学としては扱われない
透視、テレパシー、予知、念力 かつては、サイコロ、カードなどを使って、統計的仮説検定が行われた
多次元世界の中で、他人どうしがつながり、人が動植物や無生物ともつながる、という論理構成がなされた
地縛霊 浮遊霊 心霊写真 → パレイドリア現象(人の顔に見える) 光学現象(写真写り) レビー小体認知症(ものが人に見える) 集団ヒステリー(集団的錯覚) 金縛り(レム睡眠での麻痺)
どういう状況でどういう錯覚が起こるかは現行心理学の対象
体験は不完全さから生じる 宗教思想としての興味の対象
人工知能いたこ(死者の再現)は可能か?→声質・抑揚・話し方の癖の再現はかなり高精度で可能になった。しかし、方言の自然さや、故人特有の語彙・言い回しの再現”にはまだ難しさが残る。故人の会話データの収集いかんにもよる。
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
NDC 148.4 陰陽道* 易学 五行 九星術
天文+暦+方位+呪術+歴史(災害記録) 国家の吉凶判断に使う
藤原実資『小右記』、藤原道長『御堂関白記』、藤原行成『権記』に、陰陽師(=安倍晴明を含む安倍氏・賀茂氏)が儀礼判断に関与した記事が存在
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
本来、お寺にあって神社にないもの 仏像 仏塔 鐘楼 庫裡 木魚 線香 おりん 僧侶 お墓
本来、神社にあってお寺にないもの 鳥居 宮司・神主 神楽所 神輿庫
寺社共通のもの 狛犬 手水舎 おみくじ お守り 絵馬
神社は現世御利益を願う所 お寺は極楽往生を願う所 という考え方
政界で後継者候補からはずれた人、引退した人を、仏教界が受け入れる体制 神職から僧に転じた人も 鴨長明 吉田兼好
発心集 袋中上人絵詞伝 などには、神仏習合の中で僧侶が神の霊験と仏の教えの間で揺れる姿が描かれる
鎮守 寺院が現世で存続するためには、寺院内で神様に現生御利益を祈ることも必要
徳川家康 菩提寺は寛永寺と増上寺 徳川家康を祀る東照宮は神社
四字熟語での現世御利益の考え方 五穀豊穣 大漁祈願 商売繁盛 学業成就 良縁成就 夫婦円満 無病息災 延命長寿 家内安全 交通安全 一路平安 必勝祈願 天下泰平 子孫繁栄
飛鳥時代 聖徳太子 豪族ごとの氏属の神を否定 全国民を包摂する宗教として仏教を採用 「空」「無常」 執着を減らし、争いを抑える 外交的にも仏教が重要
朝廷の儀式は神祇祭祀+仏教儀礼+唐風儀礼 二官八省 神祇官を置き、神式も重要視 称徳天皇の舞は大陸系
平安時代 本地垂迹説 ほんじすいじゃくせつ
神道と仏教の間に存在するものとして 修験道 七福神
神社は現世御利益 お寺は極楽往生 という考え方の例外が起こる
熊野三山 出羽三山 極楽浄土を現世で再現 神道でも極楽往生を願うようになる
仏教の尊格 如来には極楽往生を願う 天部の仏様には現世御利益を願う 仏教でも現世御利益を願うことができるようになる
明治元年(1868年)神仏分離令 廃仏毀釈 仏教寺院破壊 僧侶強制還俗 → 1872年 明治政府が仏教弾圧を抑制 → 1878年~岡倉天心とフェノロサが仏教美術評価 → 共存へ
明治以降、結婚式は神式 葬式は仏式 が多くなる 宗教の機能分担が近代の結婚の風習に整合
異宗教との融合は、キリスト教やイスラム教のような一神教では起こりえないと考える傾向があったが、実際には普通に起こっている
キリスト教 ケルトのサウィン→ハロウィン、ラテンアメリカのグアダルーペ、韓国の風水、日本の隠れキリシタンの摩利支天信仰
ローマ帝国の神殿を司教座に置き換え ローマ神話の祝祭日をキリスト教の祝祭日に置き換える 冬至祭 → クリスマス(12月25日) 春の祭り → イースターの民俗 ローマの殉教者祭 → 聖人暦
イスラム教と他宗教の融合 ゾロアスター教(天使の体系 火の尊重)との融合、ヒンドゥー教のバクティとの融合、トルコのシャーマニズムとの融合、北アフリカのマラブーとの融合、中央アジアのテングリとの融合
占星術や占いとの融合は、キリスト教 イスラム教 ヒンドゥー教 仏教 神道など、ほぼすべての宗教で起こっている 天体観測=暦=農耕=祭祀=宗教 が一体だったため
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
アザーン:礼拝への呼びかけ アッラーフ アクバル(アッラーは偉大なり)アシュハド アンナ ムハンマド ラスールッラー(私はムハンマドがアッラーの使徒であることを証言します)特定の音階は義務ではないが、アラブ音階マカームでの詠唱が多い
(一例 レ ミ♭ ファ♯ ソ ファ♯ ミ♭ レ レ ミ♭ ファ♯ ソ ラ ソ ファ♯ / ファ♯ ソ ラ ソ ファ♯ ミ♭ レ レ ミ♭ ファ♯ ソ ラ シ♭ ラ ソ)
ビスミッラー:アラーの名において ビスミッラーヒル ラハマーニル ラヒーム (一例 レ – ミ♭ – ファ♯ – ソ – ラ – シ♭ – ド – レ)
ハラル:許可されている食べ物 ⇔ ハラム:禁じられている飲食物 豚肉(豚は不浄なので食べてはいけない) イスラム式で屠畜されていない肉 アルコール
ラマダーン(断食)は、新月の直後に現れる最初の細い三日月(ヒラール)が見えた時に始まる
スンナ派:1日5回礼拝 指導者観:共同体の合議で選ぶ アラブ系・トルコ系に多い
シーア派:1日3回礼拝 指導者観:アフル・アル=バイトの子孫 血統重視 イラン系に多い
礼拝はメッカの方向(カアバ)を向いて行う
アゼルバイジャンはトルコ系だが、シーア派・スンナ派が混在
イラク・シリア・バーレーン・レバノンはアラブ系だが、シーア派・スンナ派が混在
パキスタン・インド・バングラデシュ・マレーシア・インドネシアは、アラブ系でもトルコ系でもないが、スンナ派が多い
ウマイヤ朝(ダマスカス)→ アッバース朝(バグダード)→分裂
・エジプト:ファーティマ朝 → アイユーブ朝(サラディン) → マムルーク朝
・イラン・中央アジア:サーマーン朝 → カラハン朝 → ガズナ朝 → セルジューク朝 → イル・ハン国 → ティムール帝国→ オスマン帝国
・スペイン・北アフリカ:後ウマイヤ朝(コルドバ)→ ムラービト朝 → ムワッヒド朝
左手に剣 右手にコーラン ウマイヤ朝、アッバース朝など 実際には戦闘能力よりも、当時イスラムが世界最高水準の科学力・行政力・経済力を持っていたことが、イスラム世界の発展につながった 数学・天文学・医学・哲学が爆発的に発展
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
バラモン教の神: インドラ:雷・戦い・天界の王 ヴァルナ:宇宙秩序(リタ)・水 アグニ:火・祭祀 スーリヤ:太陽 ソーマ:神酒 ヴァーユ:風 プラジャーパティ:創造(後にブラフマー)
ヒンドゥー教の神: ブラフマー(創造)ヴィシュヌ( 維持) シヴァ(破壊) ラクシュミー(富) サラスヴァティー(知) ドゥルガー(力) ガネーシャ(障害除去) スーリヤ(太陽神)クリシュナ(牧牛神)ラーマ:(王の理想)
色・音・方角・性質”など、抽象概念を体系化し、分類し、階層化する力が非常に強い ヴァルナ(色)・グナ(性質)・ラーガ(音階)・ユガ(時間)
食物規範 牛肉は禁忌(牛は神聖なので殺してはいけない) ヴィシュヌ派は完全菜食
神道と同じく、生活宗教(現世御利益)の側面が強い 商売繁盛(ラクシュミー) 学業成就(サラスヴァティー) 健康・病気平癒(ハヌマーン) 子宝・安産(パールヴァティー) 交通安全(ガネーシャ)寺院での祈願・供物・儀礼が日常的
仏教と同じく、輪廻転生りんねてんしょう の考え方もある 魂(アートマン)は生死を繰り返す 行為(カルマ)が次の生を決める 解脱=ブラフマンとの合一
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
参拝作法 二礼二拍手一礼
神社の建物 鳥居 拝殿 本殿 境内社(摂社 末社) 神楽舎 神輿庫
神社建築様式(神明造・流造・春日造・八幡造)
祭神
愛宕社 → 火産霊命 ほむすび
出雲社 → 大国主命 おおくにぬし
厳島社 → 市杵島姫命 いちきしまひめ
稲荷社 → 宇迦之御魂神 うかのみたま 農耕・商業
恵比寿社 → 事代主命 ことしろぬし
鹿島社 → 武甕槌神 たけみかづち
春日社 → 藤原氏の氏神
香取社→ 経津主神(ふつぬし)
熊野社 → 熊野三山(本宮・速玉・那智)の神々
金刀比羅社 → 大物主神 おおものぬし
神明社(伊勢) → 天照大御神 あまてらすおおみかみ
住吉社 → 住吉三神(底筒男そこつつお・中筒男なかつつお・表筒男うわつつお) 航海安全
諏訪社 → 建御名方神 たけみなかた
浅間社 → 木花咲耶姫 このはなさくやひめ
多賀社 → 伊邪那岐命いざなぎ・伊邪那美命いざなみ
天神社(天満宮) → 菅原道真 すがわらのみちざね
東照宮 → 徳川家康
豊国神社 とよくに/ほうこく → 豊臣秀吉
白山社 → 白山比咩神 しらやまひめ
氷川社 → 素戔嗚尊 すさのお(武蔵国)
八坂社(祇園)→ 素戔嗚尊 すさのお
八幡社 → 応神天皇 おうじんてんのう
日吉社(山王) → 大山咋神 おおやまくい
妙見社 → 北極星 北斗七星
三輪社 → 大物主神 おおものぬし
八百万の神=日本神話の神が祀られることが多いが、本来何でも神になりうる 神社として祀る場合は、格式が必要
神社の格式(官社・式内社・大社・神宮)
式内社 平安時代 延喜式神名帳に“載っている神社
明治の社格制度は 官幣 国幣 府県社 郷社 村社
民間信仰の神(道祖神・荒神・地主神=土地の神・付喪神=道具の霊)
明神(みょうじん) 地域で奇跡・霊験が語られた神 朝廷が特に重視した神 武家が守護神として崇敬した神
権現(ごんげん)=“仏が仮の姿で現れた神”の称号
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
寺院の建物: 本堂/金堂 仏塔(五重塔・三重塔・多宝塔・宝篋印塔) 講堂(学問所) 方丈(禅宗住職居室) 山門 回廊 経堂 鐘楼 大師堂 開山堂 (墓地)
五大欲求: 食欲 財欲 色欲 名誉欲 睡眠欲 煩悩はさらに広い概念
六道: 地獄道、餓鬼道、畜生道、修羅道、人間道、天道
五戒: 不殺生 不偸盗 不邪淫 不妄語 不飲酒
戒(行動を整える) → 定(心が静まる) → 慧(真理を観る)
天台宗 最澄=伝教大師 法然・親鸞・栄西・道元・日蓮が比叡山で修行 根本中堂
真言宗 空海=弘法大師 高野山金剛峰寺 密教の加持祈祷 マントラ・護摩 大日如来 多宝塔
浄土宗 法然 知恩院 念仏:南無阿弥陀仏 念仏を修行として行う 阿弥陀如来 阿弥陀堂 西方浄土
浄土真宗 親鸞 本願寺 念仏:南無阿弥陀仏 他力本願 修行・戒律・祈祷を否定し、信心のみで救われる 阿弥陀如来 阿弥陀堂+御影堂
曹洞宗 道元 永平寺・總持寺 坐禅は壁に向かう 釈迦如来 仏殿+法堂(はっとう)+僧堂
臨済宗 栄西 妙心寺・建仁寺 坐禅は中央を向く 釈迦如来 仏殿+法堂(はっとう)+僧堂(禅堂)
日蓮宗 身延山久遠寺 法華経 題目:南無妙法蓮華経 祖師堂+大曼荼羅
仏教系大学
真言宗:高野山大学・種智院大学
浄土宗:佛教大学・
浄土真宗:龍谷大学(西本願寺)・大谷大学(東本願寺)
曹洞宗:駒澤大学 鶴見大学
臨済宗:花園大学 常葉大学
日蓮宗:身延山大学 立正大学
和宗:四天王寺大学
複数宗派連合:大正大学(天台+真言+浄土+時宗)
NDC 183.2 般若部*:金剛経,心経,大般若経,仁王経
仏説摩訶般若波羅蜜多心経
観自在菩薩行深般若波羅蜜多時照見五蘊皆空度一切苦厄舎利子色不異空空不異色色即是空
空即是色受想行識亦復如是舎利子是諸法空相不生不滅不垢不浄不増不減是故空中無色無受
想行識無眼耳鼻舌身意無色声香味触法無眼界乃至無意識界無無明亦無無明尽乃至無老死亦
無老死尽無苦集滅道無智亦無得以無所得故菩提薩埵依般若波羅蜜多故心無罣礙無罣礙故無
有恐怖遠離一切顛倒夢想究竟涅槃三世諸仏依般若波羅蜜多故得阿耨多羅三藐三菩提故知般
若波羅蜜多是大神呪是大明呪是無上呪是無等等呪能除一切苦真実不虚故説般若波羅蜜多呪
即説呪曰羯諦羯諦波羅羯諦波羅僧羯諦菩提薩婆訶 般若心経
NDC 186.8 仏像* 菩薩:観世音菩薩
尊格
如来 釈迦如来 阿弥陀如来 薬師如来 大日如来 毘盧遮那如来
菩薩 観音菩薩 勢至菩薩 文殊菩薩 普賢菩薩 地蔵菩薩 弥勒菩薩 虚空蔵菩薩
明王 不動明王 降三世明王 軍荼利明王 大威徳明王 金剛夜叉明王
天部 帝釈天 梵天 毘沙門天 弁才天 吉祥天 大黒天 歓喜天 伎芸天 ← ヒンドゥー教の神様
三尊像
阿弥陀如来 観音菩薩 勢至菩薩
釈迦如来 文殊菩薩 普賢菩薩
薬師如来 日光菩薩 月光菩薩
NDC 188.4 天台宗*
天台宗 最澄=伝教大師 法然・親鸞・栄西・道元・日蓮が比叡山で修行 根本中堂
NDC 188.5 真言宗[密教]
真言宗 空海=弘法大師 高野山金剛峰寺 密教の加持祈祷 マントラ・護摩 大日如来 多宝塔
梵字(悉曇)は、天台宗、真言宗の読経で使われるが、卒塔婆(そとば)、板碑(いたび)、供養塔、道標では、他の宗派でも使われる 以下カタカナ表記は実際には梵字(悉曇)で書かれる
梵字01
梵字02
梵字03
五大元素
キャ:空 カ:風 ラ:火 バ:水 ア:地 ← 卒塔婆に書かれていることが多い
マントラ
光明真言 オン アボキャ ベイロシャノウ マカ ボダラ マニ ハンドマ ジンバラ ハラバリタヤ ウム
大日如来 オン アビラウンケン バザラダトバン ← 卒塔婆に書かれていることがある
阿弥陀如来 オン アミリタ テイセイ カラ ウン
薬師如来 オン コロコロ センダリ マトウギ ソワカ
地蔵菩薩 オン カカカ ビサンマエイ ソワカ ← 街の地蔵堂に書かれていることがある
不動明王 ノウマク サンマンダ バザラダン カン
種字
大日如来:バン ← 卒塔婆に書かれていることが多い
阿弥陀如来:キリーク 観音菩薩:サ 勢至菩薩:サク (三尊形式) ← 板碑に書かれていることが多い
釈迦如来:バク 文殊菩薩:マン 普賢菩薩:アン (三尊形式)
薬師如来:ベイ 日光菩薩:ア 月光菩薩:シャ (三尊形式)
地蔵菩薩:カ (または イ)
不動明王:カーン (または カンマーン)
馬頭観音:カン
毘沙門天:バイ
庚申堂の青面金剛:フーン
鬼子母神:ロ
188.6 浄土教 浄土宗*
浄土宗 法然 知恩院 念仏:南無阿弥陀仏 念仏を修行として行う 阿弥陀如来 阿弥陀堂 西方浄土
「月かげの いたらぬさとは なけれども ながむる人の 心にぞすむ」の歌碑が多くの寺にある
徳川家の菩提寺は増上寺(浄土宗)と寛永寺(天台宗)の両方 知恩院(浄土宗)も厚遇
NDC 188.7 真宗[浄土真宗*]
浄土真宗 親鸞 本願寺 念仏:南無阿弥陀仏 他力本願 修行・戒律・祈祷を否定し、信心のみで救われる 阿弥陀如来 阿弥陀堂+御影堂
歎異抄は親鸞の弟子、唯円の著
室町時代 石山本願寺 蓮如上人 大坂の街づくり 干拓を進める
戦国時代 北陸地方を中心に、一向一揆
織田信長との講和の是非が東西分裂の前史 講和派 →豊臣秀吉の支援 → 西本願寺 抗戦派→徳川家康の支援→東本願寺
幕末 西本願寺は幕府との関係を維持 東本願寺は尊王攘夷派を支援
NDC 188.8 禅宗*:臨済宗*,曹洞宗*,黄檗宗*
曹洞宗 道元 永平寺・總持寺 坐禅は壁に向かう 釈迦如来 仏殿+法堂(はっとう)+僧堂
臨済宗 栄西 妙心寺・建仁寺 坐禅は中央を向く 釈迦如来 仏殿+法堂(はっとう)+僧堂(禅堂)
方丈: 禅宗寺院で住職が居住し、接客を行う建物
坐禅: 臨済宗では中央を向く 曹洞宗では壁に向かう
道元の難解な教えについて、ドイツ哲学(現象学)との類似性をみる研究あり
一休宗純: 大徳寺派中興の祖
鈴木大拙 臨済宗
NDC 188.9 日蓮宗*
日蓮宗 身延山久遠寺 法華経 題目:南無妙法蓮華経 祖師堂+大曼荼羅
「南無妙法蓮華経」は、独自の筆法で書かれる
法華経を唯一絶対の正法とする
鎌倉〜江戸〜近代まで一貫して、幕府・他宗派と緊迫関係にあった
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
新約聖書=ギリシア語 旧約聖書=主にヘブライ語 一部 アラム語
マルコ福音書は最古(西暦70年頃) マタイ・ルカ福音書は西暦80〜90年頃 ヨハネ福音書は西暦90〜110年頃 と推定される
「悪霊」の政治的暗喩説:レギオン(軍団)の数などを根拠にローマ側資料と照合、悪霊をローマ兵と解する説が近年強くなっている ルカでは、悪霊もローマ兵も両方登場
イスカリオテのユダを単なる裏切り者としない読み方が、近年強くなっている
福音書によって、ローマ帝国に対する批判の度合いが異なる ルカではローマ帝国への配慮がある程度みられる
黙示録の数字 象徴的意味(7=完全、12=全体、40=試練) 政治的暗号(666 ネロ・カエサルをヘブライ文字に変換して数値化)
7つの封印 7つのラッパ 7つの鉢 7つの教会
12はイスラエル12部族 12使徒
144,000(救われる者の象徴的完全数)=12×12×1000
303年~311年 ディオクレチアヌス帝 キリスト教徒を迫害
313年 コンスタンティヌス帝 ミラノの勅令 キリスト教を公認で、国教化ではない
325年 ニケア公会議 キリストの神性
380年 テオドシウス帝 キリスト教国教化 ローマ神話の祝祭日をキリスト教の祝祭日に置き換え ローマ帝国の神殿をキリスト教の司教座に置き換える
381年 コンスタンチノープル公会議 三位一体
初期キリスト教では、偶像禁止 キリストの死後、数百年たってから、次第にキリスト磔刑像 聖母マリア像が作られたり描かれたりするようになる
787年 第2ニケア公会議 聖像(イコン)崇敬が正統とされ、 キリスト像・マリア像の使用が公的に認められた。
1054年 正教会とカトリックが分裂
1517年 ルター 95か条の提題
1534年 英国国教会成立
1536年 カルヴァン派 キリスト教綱要
1633年 ガリレオ宗教裁判 実際はカトリックvsガリレオという単純なものではなく、カトリック内部にもガリレオを支持する者多数
1648年 三十年戦争終結 ウェストファリア条約でヨーロッパの宗教地図が確定
NDC 198.17 コプト教会* アビシニア教会
コプト教会はエジプト南部 コプト語圏 エジプトの人口の10%で、エジプト芸能界で活躍
エチオピア正教会はエチオピア アムハラ語圏
シバの女王 エチオピア正教会の王権神話の中心人物 イエメン説が有力 紀元前10世紀にイスラエルのソロモン王を訪問
NDC 198.19 正教会*[東方教会*]
国ごとに正教会がある 教皇は庁はない ギリシャ正教会 ロシア正教会 ルーマニア正教会 セルビア正教会 ブルガリア正教会 グルジア正教会 ウクライナ正教会 ハリストス正教会(日本)
日本国内の正教会の建築 ニコライ堂(東京 ジョサイア・コンドル設計) 生神女福音大聖堂(京都) 函館復活聖堂(函館) ビザンチン様式
NDC 198.2 カトリック教*[天主公教会]
頌栄(しょうえい) Gloria Patri, et Filio, et Spiritui Sancto. Sicut erat in principio, et nunc, et semper, et in saecula saeculorum. Amen.
グロリア パトリ エト フィリオ エト スピリトゥイ ソンクトー, セクテラティン プリンキピオ エヌンクエト センペレティン セクラセク ロールーム, アーメン
ローマに サン・ピエトロ大聖堂 教皇庁があり、世界のカトリックを統括
日本国内に 東京カテドラル聖マリア大聖堂(丹下健三設計)、聖イグナチオ教会、大浦天主堂(長崎 ゴシック様式)、函館元町教会 軽井沢聖パウロカトリック教会(アントニン・レーモンド設計) 聖フィリッポ教会 など
カトリック教徒が多い国は、南欧(スペイン・ポルトガル・イタリア・フランス)、アイルランド、ラテンアメリカ全域、フィリピン
日本のミッション系大学の内、カトリックの大学 上智大学 南山大学 清泉女子大学 聖心女子大学 白百合女子大学 藤女子大学
NDC 198.3 プロテスタント* 新教
ルター派(ルーテル教会)が多い国:ドイツ・北欧(スウェーデン、フィンランド、ノルウェー)
カルヴァン派(改革派)が多い国:スイス・オランダ・スコットランド・アメリカ東部(ピューリタン 清教徒)
英国国教会(アングリカンチャーチ):イングランド
アメリカ南部に バプテスト派 メソジスト派 福音派(宗派を超えた信仰スタイル)
日本のミッション系大学の内、プロテスタントの大学
長老派(カルヴァン派):明治学院 同志社
メソジスト派:青山学院 関西学院
聖公会(英国国教会系):立教
国際基督教大学ICUはプロテスタント系だが宗派なし
NDC 199 ユダヤ教*
シナゴーグ(会堂)でラビによる説教
食べてよい動物:反芻し、蹄が割れている(牛・羊など) 食べてはいけない動物:豚、ラクダなど 魚:ヒレとウロコがあるもののみ 肉と乳製品を同時に食べない
過越祭(すぎこしさい ペサハ ) エジプトの奴隷状態から解放された出来事を記念する祭り
死海文書 ファリサイ派・サドカイ派・エッセネ派の思想 旧約聖書の記述を裏付ける
エジプトの支配 → モーセ出エジプト記 → 士師時代 → 統一王国(サウル ダビデ ソロモン) → 南北分裂 → アッシリア・バビロニアの支配 → ペルシアの支配 → ヘレニズム諸国の支配 → ローマの支配
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
NDC 210.025 考古学* (日本)
縄文時代 青森市の三内丸山遺跡は最大集落 青森県のつがる市で遮光器土偶 新潟県の十日町市で火焔土器 新潟県の糸魚川で翡翠(ひすい)装飾品 東京都大森貝塚はモースによる最初の発掘 など
矢じり、刃物は黒曜石(こくようせき 火山ガラス)または、チャート(珪質岩)で 磨製石斧は蛇紋岩・閃緑岩で 打製石斧は安山岩・玄武岩で 装飾品はヒスイ・滑石で ←考古学と地質学の接点
主食はどんぐりと魚介類 地域差はある
縄文時代の年代推定は、縄文土器の編年(隆起線文・爪形文・火焔型など) 14C(炭素14)+テフラ(火山灰) +古年輪
弥生時代 佐賀県の吉野ヶ里遺跡(最大集落) 静岡県の登呂遺跡(水田)、高床式倉庫 奈良県の纏向遺跡 など
弥生時代の年代測定は、弥生土器・青銅器の編年 14C+テフラ+古年輪
古墳時代 年代測定は 須恵器・土師器・埴輪など副葬品の編年 14C+テフラ+古年輪
土師器(赤色)と須恵器(黒灰色)に2分化
土師器は手づくねで成形、野焼きで酸化焼成 700〜900℃、 須恵器はろくろで成形、登窯で還元焼成 約 1100〜1200℃
土師器は、多孔質で水に弱いが、多孔質ゆえ熱膨張率の差で割れることが少ない 煮炊きするうちに目詰まりで水漏れもなくなる
煮炊きには土師器が、長期の水の保存には須恵器が用いられる
甑(こしき)と甕(かめ) 下に甕 湯を沸かす 上に甑 米を蒸す
祭祀用の土師器、須恵器としては高坏(たかつき)が代表的
縄文 三内丸山(青森県)
弥生 吉野ヶ里(佐賀県) 纏向(奈良県)
古墳・飛鳥時代 全国古墳 飛鳥宮(奈良県) 難波宮(大阪府)
奈良・平安時代 平城宮跡(奈良県) 平安京跡(京都) 備前国府跡(岡山県) 伊勢国府跡(三重県) 多賀城(宮城県) 武蔵国府跡(東京都府中市) 常陸国府跡(茨城県) 平泉(岩手県)
鎌倉・室町時代 一乗谷(福井県) 草戸千軒(広島県)
NDC 210.088 史料 日記 古文書
正倉院文書 木簡(流通・税・官司の実務記録)
中右記(藤原宗忠) 玉葉(九条兼実) 御堂関白記(藤原道長)
鎌倉遺文 室町遺文
大鏡 今鏡 水鏡 増鏡 吾妻鏡
徳川実紀 御触書集成
村方文書(年貢・入会・水利)
大日本古文書 公家・寺社・武家の実務のために作成された文書
大日本古記録 公家・寺社・武家が日々の出来事を書き留めた記録
史料纂集
群書類従 続群書類従
NDC 210.35 奈良時代* 710―784 天平時代 729―790 律令制
公地公民制(土地は国家のもの) 班田収授法(6年ごとに口分田を支給) 戸籍・計帳(人民把握) 租庸調(税制) 国司・郡司制度(地方行政) 平城京の造営(中央集権の象徴)
奈良時代は律令制がもっとも整った時代 (⇔ 平安時代=律令制が徐々に機能不全に陥る時代 三世一身法・墾田永年私財法は、 律令制の根幹(公地公民)を揺るがし、 結果として律令制崩壊の大きな要因になった。
奈良時代に旧国名の確定 形式上は全国統治 実際には地域差が大きい(特に東北・南九州)
① 東海道(とうかいどう) 伊賀・伊勢・志摩・尾張・三河・遠江・駿河・伊豆・甲斐・相模・武蔵・安房・上総・下総
② 東山道(とうさんどう) 近江・美濃・飛騨・信濃・上野・下野・陸奥・出羽
③ 北陸道(ほくりくどう) 若狭・越前・加賀・能登・越中・越後・佐渡
④ 山陰道(さんいんどう) 丹波・丹後・但馬・因幡・伯耆・出雲・石見・隠岐
⑤ 山陽道(さんようどう) 播磨・備前・備中・備後・安芸・周防・長門
⑥ 南海道(なんかいどう) 紀伊・淡路・阿波・讃岐・伊予・土佐
⑦ 西海道(さいかいどう) 筑前・筑後・豊前・豊後・肥前・肥後・日向・大隅・薩摩 +壱岐・対馬
⑧ 畿内(きない) 大和・山城・河内・和泉・摂津
国司の役所が置かれた場所 備前国府(岡山市) 伊勢国府(三重県多気郡) 常陸国府(茨城県石岡市) 武蔵国府(東京都府中市)
NDC 210.36 平安時代 784―1192 平安初期 784―876
陸奥国 北上川流域の一部地域にアイヌ人統一国家 アテルイ王の国出現 桓武天皇が初代・二代征夷大将軍派遣 アテルイ王の国は滅亡
奥州藤原氏が支配した旧国名: 陸奥国(むつのくに)出羽国(でわのくに) 中心地は陸奥国・平泉(岩手県) 1189年 源頼朝による奥州合戦で滅亡
NDC 210.47 戦国時代* 1467―1568
戦国大名 南部 最上 伊達 上杉 蘆名 佐竹 武田 北条 朝倉 織田 徳川 浅井 尼子 毛利 三好 長曾我部 大友 龍造寺 島津
キリシタン大名: 大友宗麟(豊後) 大村純忠(肥前) 有馬晴信(肥前) 高山右近(摂津) 小西行長(肥後)黒田官兵衛(播磨)
1560年 桶狭間の戦い 織田信長vs今川義元
1561年と1564年 川中島の戦い 織田信長vs上杉謙信
NDC 210.48 安土桃山時代* 1573―1600
1575年 長篠の戦い 織田信長vs武田勝頼
1582年 賤ヶ岳の戦い 豊臣秀吉vs柴田勝家
1584年~1585年 小牧・長久手の戦い 徳川家康vs豊臣秀吉
細川ガラシャ 明智光秀の娘で細川忠興の妻 キリシタン
NDC 210.52 江戸初期* 1600―1709
1614年 大坂冬の陣 1615年 大坂夏の陣
外様 加賀・前田家・薩摩・島津家・仙台・伊達家・長州・毛利家・土佐・山内家 藤堂家(津、今治) 浅野家(広島、赤穂) 上杉家(米沢) 佐竹家(秋田) 鍋島家(肥前) ほか
御三家(有力親藩) 尾張 紀伊 水戸
藤堂高虎(伊賀 伊勢):築城の名手 今治城・伊賀上野城・膳所城・篠山城を築城 / 加藤清正(肥後):石垣の名手 熊本城 / 上杉鷹山(米沢):財政再建の天才
イギリス人 ウィリアム・アダムズ 旗本に昇進 数百国領有 家康の側近に
1641年 鎖国体制の陥穽 通信の国:朝鮮と琉球 通商の国:オランダと清
徳川綱吉 生類憐みの令 捨て犬のために中野に大規模な犬小屋を設置
街角の高札、治安・宗教・火事・喧嘩・賭博・キリシタン禁制・刑罰
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
ゲルマン人の大移動 西ローマ帝国滅亡
西ゴート族(ゲルマン系) 多数派のローマ人と融合 → スペイン人(ラテン系)
東ゴート族・ランゴバルド族 (ゲルマン系) 多数派のローマ人と融合 → イタリア人(ラテン系)
フランク族(ゲルマン系) 多数派のローマ人と融合 → フランス人(ラテン系) ドイツ人(ゲルマン系)
アングル族・サクソン族(ゲルマン系) → イギリス人(ゲルマン系)
古ノルド族(ゲルマン系) → 一部はノルマン人(バイキング)に → ノルウェー人 スウェーデン人 デンマーク人 アイスランド人 (ゲルマン系)
ケルト族(ケルト系) 語順VSO 中央ヨーロッパ BC800 ハルシュタット文化 → アイルランド人 スコットランド人 ウェールズ人
カタルーニャ人 ガリシア人(ラテン系) → スペイン自治州
ブルガール(トルコ系)+スラヴ人 → ブルガリア人(言語はスラヴ化)
マジャール(ウラル系) → ハンガリー人(非スラヴ フィノ・ウゴル系)
アヴァール → スラヴ人の国家形成を促進
カール大帝(シャルルマーニュ)が西ヨーロッパを統合 西フランクはフランスに 東フランクはドイツに
イギリス:ノルマン → プランタジネット → テューダー → ステュアート → ハノーヴァー → ウィンザー
フランス:メロヴィング → カロリング → カペー → ヴァロワ → ブルボン → 革命・帝政 → 共和政
ドイツ:東フランク → 神聖ローマ帝国(ハプスブルク家が皇位独占、諸侯連合体 バイエルン公国 ザクセン選帝侯国 プロイセン公国 ハンブルク・ニュルンベルクなどの自由都市 ケルン・マインツなどの司教領) → ビスマルクがドイツ統一 プロイセン・オーストリア
イタリア:諸国分裂(ローマ教皇領 ヴェネツィア共和国 フィレンツェ共和国 ジェノヴァ共和国 ナポリ サルデーニャ ミラノ) → ビットリオ・エマヌエレが統一 イタリア王国
スペイン:後ウマイア朝 →アラゴン・カスティーリャ → ハプスブルク → ブルボン
東ヨーロッパは オーストリア・ハンガリー帝国 リトアニア・ポーランド帝国 オスマン帝国
ハプスブルク帝国の支配(オーストリア ハンガリー チェコ スロバキア クロアチア)
オスマン帝国の支配 ブルガリア セルビア ギリシャ ボスニア
リトアニア・ポーランド帝国 リトアニア ポーランド
NDC 232.4 古代ローマ* 共和政時代 509―27BC
元老院:重要事項の審議(戦争・和平の方針 属州の統治方針 財政・予算の決定 宗教儀礼の大枠 など)
執政官:外交 軍事 元老院の議事主導
法務官:裁判
按察官:都市行政(道路・上下水道・公共建築) 商取引の監督(計量・品質・不正取引の取り締まり) 奴隷の公正取引のための告示(按察官告示)
市民(兵役後男子):選挙権 穀物受給権 財産所有権を有し、ローマ法の保護を受ける 納税義務なし
市民の子は25年の兵役で完全な市民権(選挙権・被選挙権含む)を獲得 25年の兵役とはいっても戦争がある年だけ召集
市民(女子):財産所有権あり ローマ法の保護を受ける 選挙権なし 納税義務なし 兵役義務なし 穀物受給は、兵役後男子の夫を通じて得る 未亡人や家父長が死んだ娘には後見人による代理受給
市民(兵役前男子):財産所有権 ローマ法の保護を受ける 選挙権なし 納税義務なし 穀物受給権なし 兵役義務は17歳から 年齢は時代によって変化 父母が死んだ場合、穀物は後見人による代理受給
ローマ法の保護を受けるというのは、主にトラブルが起こった時に民事裁判を受ける権利 女子・子供は、家父長、後見人の代理を通じて保護を受ける
解放奴隷:主人の遺言や功績報酬による解放があった 財産所有権あり ローマ法の保護を受ける 選挙権・穀物受給権なし 納税義務なし 兵役義務なし
解放奴隷の子:市民になるが、選挙権は完全ではない
奴隷:財産所有権なし、選挙権なし、穀物受給権なし ローマ法の保護を受けないが、主人の財産としての保護は受ける 納税義務なし 兵役義務なし
属州民:地方自治に参加する権利あり 兵役義務なし 穀物配給権なし 財産所有権あり ローマ法の保護を受ける 納税義務あり
属州民が税を負担し、ローマ市民が兵役を負担する 相続税、関税、間接税(商業税)はローマ市民、解放奴隷も負担
軍事土木・輸送インフラ(街道整備・橋梁建設など)は主に市民兵が担い、 都市建築を主に奴隷・解放奴隷が担う 属州の産物をローマ市に集める交通が発達
クレーン・滑車 石材加工、モルタル アーチ・ヴォールト 装飾 設計
属州でない征服地からは、奴隷を供給、建造物を移築 (開明的な市民社会という側面と、凶暴な軍事国家という側面)
神殿 公会堂 浴場 水道橋 住宅 劇場・円形闘技場 都市の道路・下水道
ポエニ戦争(紀元前264〜146) スキピオ(ローマ) vs ハンニバル (カルタゴ)
ウェレス裁判(紀元前70年) キケロが検察官として属州総督ウェレスを訴追
NDC 232.8 古代ローマ* 帝政時代 27BC―476AD
皇帝と官僚が実権を握る 皇帝は、終身、半世襲制 特定の家系から選抜、軍の支持、元老院の形式的承認で選ばれる
軍の支持を得られなくなった皇帝は、処刑、暗殺、自殺などの末路をたどる
市民は選挙権を失う 穀物受給権は存続 兵役は、次第に志願兵・職業軍人化
1世紀中頃(ネロ帝時代)には、トリマルキオのような巨大資産を持つ解放奴隷が台頭 同時に、都市の一般市民は国家の無料配給(パン)と娯楽(サーカス)に依存する貧困層へと没落
西暦79年 火山でポンペイ市滅亡
NDC 238 @ロシア*[@ソビエト連邦 @独立国家共同体](ロシアから独立した国々を含む)
ロシア ウクライナ ベラルーシ モルドバ
ロシア キーウ大公国の一部 → 分裂諸公国(ノヴゴロド・ウラジーミル=スーズダリなど) → キプチャック汗国(モンゴルの支配) → モスクワ大公国 → ロシア・ツァーリ国(シベリア進出) → ロシア帝国 → 1911ソ連 → 1991ソ連崩壊 15共和国に分かれる → ロシア連邦 民族的には東スラブ系
ウクライナ キーウ大公国 → リトアニア → ポーランド=リトアニア共和国(右岸=ドニエプル川西岸はポーランド、左岸=ドニエプル川東岸ばリトアニア) → 17世紀アレクセイ 18世紀エカチェリーナ2世 ロシア併合 → ソ連 → 独立 民族的には東スラブ系
ベラルーシ キーウ大公国の一部 → リトアニア→18世紀 エカチェリーナ2世 パーヴェル ロシア併合→ソ連→独立 民族的には東スラブ系
モルドバ オスマン帝国→ 19世紀 アレクサンドル1世 ロシア併合→ソ連→独立 民族的にはラテン系ルーマニア人 沿ドニエストルはロシアの支配
バルト三国 18世紀 ピョートル大帝 19世紀 エカチェリーナ2世 パーヴェル1世による併合
エストニア:ドイツ騎士団 → スウェーデン → ロシア→ソ連→独立 民族的にはフィノウゴル系
ラトビア:ドイツ騎士団 → ポーランド=リトアニア → スウェーデン → ロシア→ソ連→独立 民族的にはバルト系
リトアニア:リトアニア大公国 → ポーランド=リトアニア → ロシア→ソ連→独立 民族的にはバルト系
ザカフカース 19世紀 パーヴェル1世 アレクサンドル1世 ニコライ1世による併合
アゼルバイジャン ペルシア帝国(サファヴィー朝 → カージャール朝)+半独立の汗国→ロシア→ソ連→独立 民族的にはテュルク系
アルメニア オスマン帝国とペルシア帝国(サファヴィー朝 → カージャール朝)→ロシア→ソ連→独立 民族的にはアルメニア系
グルジア グルジア王国(ジョージア王国)→ロシア→ソ連→独立 民族的にはカルトヴェリ系
中央アジア 19世紀 ニコライ1世 アレクサンドル2世による併合 ブハラ・ヒヴァ・コーカンド汗国併合
ウズベク ブハラ・ヒヴァ・コーカンド汗国 → ロシア→ソ連→独立 民族的にはテュルク系
カザフ カザフ・ハン国→ ロシア→ソ連→独立 民族的にはテュルク系
キルギス 独立山岳部族 部分的にコーカンド汗国→ ロシア→ソ連→独立 民族的にはテュルク系
タジク ブハラ汗国(ウズベク人の支配)→ ロシア→ソ連→独立 民族的にはイラン系
トルクメン 独立部族連合→ ロシア→ソ連→独立 民族的にはテュルク系
ロシア領 16世紀 イヴァン4世 19世紀 アレクサンドル1世 ニコライ1世による併合
タタール カザン汗国 アストラハン汗国 → 16世紀 ロシア → ソ連 → ロシア連邦内・タタール共和国 民族的にはテュルク系
ヤクート → 16〜17世紀 ロシア → ソ連 → ロシア連邦内・サハ共和国 民族的にはテュルク系+ツングース系(エヴェンキ人)
ブリヤート → 16〜17世紀 ロシア → ソ連 → ロシア連邦内・ブリヤート共和国 民族的にはモンゴル系+ツングース系(エヴェンキ人) モンゴル人と意思疎通可能
チェチェン・イングーシ 19世紀ロシア → ソ連 → ロシア連邦内・チェチェン共和国 と イングーシ共和国 民族的にはナフ系
ソ連スターリン時代の強制移住
遠隔地への強制移住 クリミアタタール チェチェン イングーシ カルムイク
局地的強制移動 ヤクート ブリヤート
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
「ニジェール・コンゴ」「アフロ・アジア」「ナイル・サハラ」「コイサン」の4大語族
アスクム王国 1〜10世紀 エチオピア帝国 13世紀〜20世紀 ゲーズ文字文献あり アフロ・アジア語族セム語派 → 現在のエチオピア エリトリア の アムハラ語 ティグレ語話者につながる
カネム=ボルヌ帝国 9世紀〜19世紀 アフロアジア語族 サハラ語派 アラビア文字文献あり → 現在のナイジェリア北部~チャド カヌリ語話者につながる(ハウサ族とは異なる)
グレート・ジンバブエ 11〜15世紀 ニジェール・コンゴ語族バントゥー系 口承のみ → 現在のジンバブエ ショナ語話者につながる
古代エジプト 紀元前3100年〜紀元前30年 アフロ・アジア語族エジプト語派(旧ハム語族) ヒエログリフ(象形文字)文献あり → 現在のエジプト・コプト人につながる
スワヒリ都市国家 10〜16世紀 ニジェール・コンゴ語族バントゥー系 アラビア文字文献あり → 現在のタンザニア ケニア モザンビーク北部 スワヒリ語話者につながる
ソンガイ帝国 15世紀〜16世紀 ナイル・サハラ語族ソンガイ語派 アラビア文字文献あり → 現在のマリ北部・ニジェール西部 ソンガイ語 ザルマ語話者につながる
ベニン王国 13〜19世紀 ニジェール・コンゴ語族 口承のみ → 現在のナイジェリア南部 エド語話者につながる(ヨルバ・イボ族とは異なる)
マリ帝国 13世紀〜16世紀 ニジェール・コンゴ語族マンデ語派 アラビア文字文献あり → 現在のマリ、ギニア、セネガル、ブルキナファソ の バンバラ語・マンディンカ語・マリンケ語などの話者につながる
イギリスから独立した国 エジプト、ケニア、ウガンダ、タンザニア、ナイジェリア、ガーナ、南ア、ジンバブエ、ボツワナ、レソト、エスワティニ、ザンビア、マラウイ、シエラレオネ、ガンビア、モーリシャス、セーシェル
フランスから独立した国 アルジェリア、モロッコ、チュニジア、セネガル、マリ、ブルキナ、ニジェール、コートジボワール、ベナン、トーゴ、ギニア、チャド、中央アフリカ、コンゴ共和国、ガボン、ジブチ、コモロ、マダガスカル
ポルトガルから独立した国 アンゴラ、モザンビーク、ギニアビサウ、カーボベルデ、サントメ・プリンシペ
ベルギーから独立した国 コンゴ民主共和国、ルワンダ、ブルンジ
スペインから独立した国 赤道ギニア、西サハラ(モロッコが80%実効支配)
イタリアから独立した国 リビア、ソマリア、エリトリア (エチオピアも一時占領)
ドイツから独立した国 ナミビア(南アフリカ領を経て独立)
古代エジプト 紀元前26〜25世紀 首都メンフィス(カイロ) クフ王・カフラー王 / 紀元前16世紀 首都テーベ アメンホテプ1世(カルナック神殿)
紀元前14世紀 首都アマルナ アメンホテプ4世 王妃ネフェルティティ ツタンカーメン / 紀元前13世紀 首都ペルラムセス ラムセス2世(アブ・シンベル ルクソール神殿)
紀元前4世紀 アレキサンダー大王の支配 首都アレキサンドリア プトレマイオス朝 紀元前1世紀クレオパトラ ローマ帝国領 4世紀 ビザンツ帝国
7世紀イスラム帝国 アッバース朝→ファティマ朝→アイユーブ朝(サラディン)→マムルーク朝→オスマン帝国→フランス領→オスマン帝国→イギリス領
ナイジェリアは、アフリカで最も人口が多い国 ハウサ族はイスラム教スンニ派 イボ族はキリスト教(英国国教会+カトリック) ヨルバ族はオリシャ ビアフラ内戦1967~1970年
オリシャは、中米(特にハイチ)のブードゥー教の主要な源流 20世紀まで、オリシャは原始的宗教と考えられきたが、近年その風俗習慣は、生薬学的観点、疫病対策的観点(数学SIR分析)から注目を集めている
マダガスカルは、内陸部マラガシ人はアウストロネシア系、沿岸がニジェール・コンゴ系 マラガシ人は南赤道海流でインドネシアからやってきたと考えられる(遺伝学 言語学 民俗学) 赤米の棚田が広がる
南ア・ジンバブエ・ナミビア 先史:コイサン狩猟採集 → 紀元前後 バントゥー系農耕民族の拡大(ズールー・コサ)→ 11〜15世紀グレート・ジンバブエ王国 → 17〜19世紀コサ諸王国 → 19世紀ズール-王国 → ボーア戦争(1899–1902)イギリス vs オランダ
1910南ア連邦 アパルトヘイト(1948–)人種隔離政策法制化 → 1965年ローデシア独立 → 1980年ジンバブエ黒人政権 → 1990ナミビア独立 → 2008年ジンバブエのインフレ → 1994マンデラ政権 黒人・白人平等
2008年のジンバブエのインフレでは、月間インフレ率 79.6億% 100兆ジンバブエドルが発行された
南アの公用語11言語(ズールー語・コサ語・アフリカーンス語・英語など) コイサン(旧ブッシュマン→サン・旧ホッテントット→コイコイ)は、ナミビアの少数民族
1976年 中国によって、タンザニア-ザンビア間に、タンザン鉄道開通 銅とコバルトを、ローデシアと南アフリカ(当時白人政権)を経由せずに、港まで搬送
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
メソアメリカ文明(中米古代文明)
紀元前1200〜前400年 オルメカ
紀元前2000〜16世紀 マヤ 完全な文字を持つ
紀元前1世紀〜6世紀 テオティワカン
10〜12世紀 トルテカ
14〜16世紀 アステカ
マヤ コパン遺跡(ホンジュラス)に 巨大ピラミッド群
テオティワカン 太陽のピラミッド・月のピラミッド
ケツァルコアトルは、特にアステカ・トルテカ・テオティワカンで崇拝された「羽毛を持つ蛇の神」。
モンテスマ2世は、実質的にアステカ最後の王 コルテスと遭遇
スペイン領 グアテマラ ホンジュラス エルサルバドル ニカラグア コスタリカ パナマ
イギリス領 ベリーズ
NDC 259 @西インド諸島* (カリブ諸国* 大アンチル諸島 小アンチル諸島)
スペインから独立した国 キューバ ドミニカ共和国
イギリスから独立した国 ジャマイカ バハマ セントクリストファー・ネイビス アンティグア・バーブーダ ドミニカ国 セント・ルシア セントビンセント・グレナディーン バルバドス グレナダ トリニダード・トバゴ
フランスから独立した国 ハイチ
プエルト・リコ スペイン領→アメリカ領
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
マサチューセッツ:英国国教会に反発したピューリタンが1620年メイフラワー号で到着 (カルヴァン派だが長老派ではない)
コネティカットとロードアイランド: ピューリタンの神権政治にに反発したグループ
ニューヨークとニュージャージー: オランダ→イギリス→アメリカ 多民族・多宗派
バージニア(ジェームズタウン): 投機的発展 下級貴族 水夫など ノースカロライナ サウスカロライナが分離 サウスカロライナにはバルバドスからプランター が移住
ペンシルベニア: 領主国家 クエーカー教徒 宗教に寛容
メリーランド: 領主国家 カトリックの避難地
デラウェア: 領主国家 スウェーデン→オランダ→イギリス→アメリカ 多民族・多宗派
ニューハンプシャー: 漁業 木材の交易 ピューリタンだがそれほど神権政治ではない
ジョージア 緩衝地帯
北部でバプテスト派 南部でメソジスト派、アメリカ13州連帯の機運が高まる
フレンチ=インディアン戦争(英vs仏・先住民) → 印紙法・タウンゼンド諸法・茶法 → 独立戦争(米vs英) → 1812年戦争(米vs英・ケベック) → 1848年米墨戦争 → 1861年〜1865年南北戦争 → 1898年米西戦争
イギリス領→アメリカ領: 1783年 独立戦争 オハイオ・インディアナ・イリノイ・ミシガン・ウィスコンシン・ミネソタ東部
フランス領→アメリカ領: 1803年 ナポレオンから一括購入 ルイジアナ、アーカンソー、ミズーリ、アイオワ、ミネソタ南部、 ノースダコタ、サウスダコタ、ネブラスカ、カンザス、オクラホマ、 コロラド東部、モンタナ東部、ワイオミング東部
スペイン領→アメリカ領: 1819年 フロリダ購入 1898年 米西戦争で プエルトリコ フィリピン
スペイン領→メキシコ領→アメリカ領: 1845年 テキサス独立国を併合 1848年 米墨戦争で カリフォルニア、ネバダ、ユタ、アリゾナ、ニューメキシコ、 コロラド西部・南部、ワイオミング南部
ロシア領→アメリカ領: 1867年 ロシアから購入 アラスカ
独立王国→アメリカ領: 1898年 ハワイ アメリカ人プランターの政治経済支配
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
南アメリカの古代国家は文字を持たないが、インカでは、縄を使った記録方法(キープ)がある 色・長さ・結び目の位置で情報を符号化 人口・税・貢納・軍事・倉庫管理など行政記録に使用
特徴的な遺跡
インカ マチュピチュ 隙間のない石組み (インカ帝国の首都はクスコ)
ナスカ 地上絵
モチェ 太陽の神殿・月の神殿
インカ帝国の言語はケチュア語 現在もペルー・ボリビア・エクアドルで放される
ティワナク の言語はアイマラ語 現在もボリビア・ペルーで話される
東部先住民文化のグアラニー語 現在もパラグアイで話される
ティワナク ワリ チャビン モチェ ナスカ インカ の遺跡で興味深い陶器、楽器の出土あり しかも文明ごとに造形思想がまったく違う
ティワナク 幾何学文様・神像 パンパイプ・骨笛
ワリ 抽象的・規格化 骨笛・太鼓
チャビン シャーマニズム的 幻覚的宗教模様 貝のトランペット・骨笛
モチェ 性行為・戦争・病気などを立体で表現・肖像壺 太鼓・ラトル・骨笛
ナスカ 多色彩・平面的模様 骨笛・太鼓
インカ 標準化陶器(アリバロ・ケロ) ケーナ・サンポーニャ・太鼓
チムー 黒光り=権力・抽象 モチェ伝統の儀礼音楽 骨笛 太鼓
ピサロ ペルー征服 ボリバル ボリビア征服
ポルトガルから独立した国 ブラジル
スペインから独立した国 アルゼンチン ボリビア チリ コロンビア エクアドル パラグアイ ペルー ウルグアイ ベネズエラ
イギリスから独立した国 ガイアナ
オランダから独立した国 スリナム
フランス領 仏領ギアナ
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
歴史の原動力は 生産力と生産関係(物質的生活)
階級闘争が歴史を動かす
アウフヘーベンの考え方はヘーゲルから承継するが、歴史の主体は精神ではなく、物質的生産関係であるとする
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
法医学(性別 年齢 死因 死亡時刻 損傷の解析) 死亡日時 死斑 死後硬直 腐敗の進行
DNA鑑定 指紋・掌紋・足跡 血痕パターン分析 凶器・工具痕の解析 毒物・薬物鑑定 微物鑑定(繊維・土砂・花粉・ガラス片)
情報科学: スマホの位置情報(GPS) 監視カメラ映像解析(顔認証・歩容解析) SNS・通話履歴・メッセージ 防犯カメラの時系列解析
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
契約に約因が必要とは? 当事者間の合意の他、相互に何らかの対価が交換されなければ法的拘束力がない
コモンローとエクイティ
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
自由権
1. 精神の自由(内心・思想・表現の領域) 思想・良心の自由(19条) 信教の自由(20条) 政教分離(20条・89条) 表現の自由(21条) 学問の自由(23条)
2. 人身の自由(身体の安全・適正手続) 身体拘束の禁止(18条) 適正手続(31条) 令状主義(33〜35条) 黙秘権・弁護人依頼権(38条) 冤罪防止、適正手続
3. 経済活動の自由(生活・財産・職業) 居住・移転の自由(22条) 職業選択の自由(22条) 財産権(29条)
二重の基準論:精神の自由は強く保護され、経済の自由は弱く保護される 営業規制など 公共の福祉による制限による制限
三菱樹脂、政治運動を理由に企業採用拒否 思想良心の自由 憲法の私人間適用
津地鎮祭、玉串料 公費支出が問題に 政教分離原則 目的効果基準
家永教科書 教科書検定での修正
チャタレー夫人の恋人事件 わいせつ文書と表現の自由
経済活動の自由 営業許可(薬事法 公衆浴場法) 建築規制 関税定率法
憲法9条 統治行為論の判例 国会・内閣が憲法上広い裁量を持つ領域について 裁判所が違憲審査を控える 砂川事件(安保条約の合憲性) 苫米地事件(衆議院解散の適否) 長沼ナイキ事件(自衛隊の合憲性)天皇の国事行為の政治性
夫婦同氏制か夫婦別氏制かについて、最高裁が国会で審議すべきとした判決は、統治行為論ではない 合憲と判断
憲法14条(法の下の平等)違反で、失効した民法・刑法の条文 嫡出子・非嫡出子の相続分差別(民法900条4号但書) 女性の再婚禁止期間(民法733条) 存続殺重罰 刑法200条
免田事件 袴田事件 再審無罪 死刑存廃議論
尊厳死は患者本人の意思、医療行為控える 延命だけの医療を拒否する 安楽死は身体的精神的苦痛から患者を解放するため積極的に死をもたらす 尊厳死は一定条件のもと認める 安楽死は
1996年優生保護法廃止 母体保護法へ リプロダクティブ権 生殖に関する自己決定権
賭博 どぶろくづくり 喫煙 ストーカーの規制 合憲
プライバシー権 三島由紀夫「宴の後」事件 政治家のプライバシー 京都府学連事件 警察がデモ参加者撮影 市の前科照会
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
善意:事情を知らない 悪意:事情を知っている 一般的な善悪ではない
無権利者と登記 登記を有する無権利者から、第三者が不動産を譲り受けた場合、第三者の保護について
偽造書類で登記の保存登記を行った無権利者からの譲受け → 第三者は(善意・悪意とも)保護されない 偽造者が親族であるかないかを問わない 登記の公信力否定(民法177条の限界)
強迫取り消しで無権利者となった者からの譲受け → 第三者は(善意・悪意とも)保護されない 取消しの効果(民法121条)
解除で無権利者になった者からの譲受け → 第三者は(善意・悪意とも)保護されない 取消しの効果(民法121条)
詐欺による取り消しで無権利者になった者からの譲受け → 善意の第三者は保護される 民法96条3項(詐欺取消しの第三者保護)
未成年取り消しで無権利者となった者からの譲受け → 善意の第三者は保護される 民法21条(制限行為能力者の取消しの第三者保護)
登記移転を怠った無権利者からの譲受け → 第三者は(善意・悪意とも)保護される 民法177条(対抗要件)
他の人の時効取得によって無権利者になった者からの譲受け → 第三者は(善意・悪意とも)保護される 民法177条(対抗要件)
無権利者から抵当権設定を受けた抵当権者と、本人との関係 → 無権利者が抵当権設定登記をしている場合、真の所有者は抵当権者に対抗できず、抵当権は有効に成立する
表見代理の3類型 代理権授与表示(109条) 権限外観(地位・職務)(110条) 代理権消滅後(112条)
権限踰越(113条)は外観がない場合 無権代理であり、表見代理の範疇には入らない 本人は拘束されない
善意 に加え 無過失も要件とされるのは、10年時効取得と即時取得
ただし、 即時取得では 善意・無過失とも推定される 短期取得時効では、善意は推定されるが、無過失は推定されない
20年時効取得では、善意・無過失は不要 占有が平穏・公然であれば足りる
債権者代位権=債務者が無資力であることが要件(423条) 債権者代位権は、債務者が第三債務者に権利を行使しないとき
債権者取消権=債務者が無資力になる“危険”が要件(424条) 債務者が贈与・不当な安売りなどをしたとき
NDC 324.3 民法>担保物権*
質権と抵当権の違い
質権は、登録制のない動産に設定 占有を質権者に移す 債務者が使用できない 期限到来で売却 債務を上回る額は債務者に返す
抵当権は、不動産や登録制のある動産(自動車・船舶・航空機など)に設定 債務者が使用できる 対抗要件登記 一番抵当、二番抵当などの順位がつけられる 期限到来で競売(けいばい) それまでは債務者が使用できる
NDC 324.52 民法>契約*:贈与,売買,交換,貸借,雇用,請負,委任,寄託,組合,終身定期金,和解
委任と請負の違い 委任は行為を約束 (結果は約束しない) 請負は結果を約束(完成が義務)
売買の危険負担 債権者(買主)負担(旧法 2017改正前)→債務者(売主)負担(現行法)
請負の危険負担 完成前は請負人が危険を負担 完成後・引渡し前は注文者が危険を負担
売買の特別法 消費者契約法 PL法(製造物責任法)
消費貸借の特別法 利息制限法
賃貸借の特別法 借地借家法
請負の特別法 品確法
委任の特別法 各士業法
雇用の特別法 労働契約法 労働基準法
NDC 324.6 民法>親族*
家事審判で頻出するのは、親権(818〜821、834〜837)、監護・面会交流・養育費(766)、婚姻費用(760)、扶養(877)、後見(7〜20)、遺産分割(907)、氏の変更(791)。
性別変更(性同一性障害)は、民法ではないが家事審判の重要領域
DNA検査の発達 強制認知の訴え 嫡出否認の訴え 嫡出子・非嫡出子の差別の廃止で、ほぼ血縁関係に沿って相続が起こるようになっているが、
子が強制認知の訴えを起こさない、父親が嫡出否認の訴えを起こさない、親子関係不存在確認を誰も起こさないことにより、血縁とは異なる相続関係が生まれる余地が残っている
NDC 324.7 民法>相続*
法定相続分 民法900条
配偶者+子 配偶者:1/2 子:1/2を人数で等分
配偶者+直系尊属 配偶者:2/3 直系尊属:1/3を人数で等分
配偶者+兄弟姉妹(けいていしまい) 配偶者:3/4 兄弟姉妹:1/4を人数で等分
配偶者がいない場合は、① 子 → ② 直系尊属 → ③ 兄弟姉妹 の順位で、同順位者間で等分
遺言で、法定相続分と異なる相続分を指定できるが、遺留分を侵害することはできない
法定相続の半分 子がない時は配偶者1/3 兄弟姉妹の遺留分はゼロ
配偶者+子の場合 配偶者:1/4 子:1/4を按分
配偶者+直系尊属のとき 配偶者:1/3 直系尊属:1/6を按分
配偶者+兄弟姉妹のとき 配偶者:1/6 兄弟姉妹:ゼロ
子のみが相続人の場合: 1/2を按分
直系尊属のみが相続人の場合: 1/3を按分
侵害額請求権は、相続開始+侵害を知った時から1年(短期) 相続開始から10年(長期)
長子のみ単独相続の遺言 遺言としては有効 被相続人の死亡で確定 あとは遺留分侵害額請求するか、時効が成立するか
民法907条2項:相続人全員の合意があれば、遺言と異なる遺産分割も可能
遺産を全額、身内でない人に贈与する遺言も、有効で、遺留分侵害請求は可能
相続と登記
売買で不動産を購入したが、登記を得る前に、売主が死んだ場合 → 相続人は第三者でなく包括承継人 第三者は保護される 民法896(包括承継は第三者ではない)
売買で不動産を購入したが、登記を得る前に、売主が死に、登記を有する相続人が第三者に売却した場合 → 登記の先後よる(善意・悪意を問わない) 民法177条(対抗要件)
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
権利証 旧制度:登記済証=前回の登記申請で提出した書類に法務局が「登記済」のスタンプを押したもの / 現行制度:登記識別情報 12桁
売買(売主): 登記識別情報(旧制度 権利証)+本人確認書類+印鑑登録証明書(+委任状) / (買主): 売買契約書写+本人確認書類+ 固定資産評価証明書(固定資産税を課税している市区町村)(+住民票)
相続: 戸籍関連+遺産分割協議書+印鑑登録証明書+相続人の本人確認書類+固定資産評価証明書(固定資産税を課税している市区町村)
登録免許税の負担は、慣例では買主
虚偽の登記に対しては、公正証書原本不実記載罪(刑法157条)
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
戸籍: 出生 婚姻・離婚 親子関係 養子縁組 死亡 氏(名字)・本籍 → 人の身分関係を一生にわたり記録する 相続・婚姻・パスポート
住民登録(住民票 住民基本台帳法 マイナンバーカード): 現住所と世帯関係を記録する台帳。 行政サービス(選挙・保険・年金・就学 など)の基礎となる。外国人含む。
本籍=戸籍が置かれている場所 / 住所=実際に住んでいる場所
戸籍も住民登録も市町村役場が扱うが、担当部署が別
出生届・婚姻届・離婚届・死亡届 → 戸籍係(戸籍法) / 転入届・転出届・転居届 → 住民記録係(住民基本台帳法)
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
NDC 325.243 会社の機関*:株主,株主総会,重役,取締役,取締役会,監査役,監査役会
所有と経営の分離
株主総会権限: 取締役・監査役の選任・解任 / 定款の変更 / 剰余金の配当(利益処分) / 合併・会社分割・事業譲渡などの重要な組織再編 / 役員報酬の決定 / 会計監査人の選任
取締役会権限: 代表取締役の選定・解職 / 事業計画・予算の決定 / 重要な業務執行の決定(投資・設備・資金調達) / 内部統制システムの整備 / 子会社設立・支店設置 /大口取引・契約締結の承認
剰余金の配当に関して、上場企業はほぼすべて、定款の定めで、取締役会で配当を決める
役員報酬に関しては、上場会社ではほぼすべて、枠は株主総会、配分は取締役会
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
NDC 326.2 刑法各論* 犯罪の類型
罪刑法定主義: 構成要件と刑罰を法律に明確に書く(国会で可決 刑法典以外もOK) 遡及処罰禁止 類推解釈禁止
国家法益: 内乱罪(77) 外患誘致罪(81) 外患援助罪(82) 未遂・予備罪(83〜) 公務執行妨害罪(95) 職務強要罪(95②) 逃走罪(97〜) 犯人蔵匿罪・証拠隠滅罪(103〜) 偽証罪(169) 虚偽告訴罪(172) 賄賂罪(収賄・贈賄)(197〜198)
公共法益: 騒乱罪(106) 放火罪(108〜110) 失火罪(116) 出水罪(溢水罪)(119〜) 往来妨害罪(124〜) 通貨偽造罪(148〜) 文書偽造罪(154〜) 有価証券偽造罪(162〜) 電磁的記録不正作出罪(161の2) わいせつ罪(174〜175) 賭博罪(185〜) 礼拝所不敬罪(188) 死体損壊等罪(190)
個人法益(生命・身体・自由・名誉・財産)
生命: 殺人罪(199) 自殺関与・同意殺人罪(202) 堕胎罪(212〜)
身体: 傷害罪(204) 傷害致死罪(205) 暴行罪(208) 過失傷害罪(209) 業務上過失致死傷罪(211)
自由: 脅迫罪(222) 強要罪(223)略取・誘拐罪(224〜229) 住居侵入罪(130)強制性交等罪(旧強姦罪)(177〜) 強制わいせつ罪(176) 不同意性交等致死傷罪(181)
名誉: 名誉毀損罪(230) 侮辱罪(231) 信用毀損罪(233) 業務妨害罪(偽計・威力)(233〜234) 秘密漏示罪(医師・弁護士などの守秘義務)(134)
財産: 窃盗罪(235) 強盗罪(236) 事後強盗罪(238) 詐欺罪(246) 恐喝罪(249) 横領罪(単純・業務上)(252〜253) 遺失物等横領罪(254) 背任罪(247) 器物損壊罪(261) 文書毀棄罪(258〜) 盗品等関与罪(256)
特別法(刑法典以外) 軽犯罪法 薬物・銃刀・暴力関係 道路交通法 公職選挙法 公害防止法 入管法 商法特別背任 インサイダー取引 粉飾決算 脱税 密輸 など
殺人 傷害致死 過失致死 は、個人の内心が構成要件に関わる → どうやって判断? → 態様(刺殺 銃殺 絞殺 薬殺 高所突き落とし など) 攻撃部位が生命に危険な部位か 行為後逃走 救護行為 動機 発言 など
窃盗,強盗,詐欺,恐喝,横領,背任,特別背任(商法)の違い
窃盗=こっそり取る / 強盗=暴行・脅迫で奪取 / 詐欺=だまして相手に渡させる / 恐喝=脅して相手に渡させる(反抗可能な脅し) / 横領=預かっている物を勝手に自分の物にする / 背任=任務に反して財産を害する / 特別背任=会社役員などが背任する
警察: 一般犯罪全般(殺人・傷害・窃盗・放火・性犯罪・交通犯罪・・・) → 現行犯逮捕 被害届 自首 職務質問 現場検証 事情聴取 目撃情報収集 鑑識・科学捜査(指紋・DNA・防犯カメラ・・・)
検察特捜部: 贈収賄・選挙違反・企業犯罪・大型脱税・インサイダー取引 など 知能犯 → 書類捜査中心
麻薬取締官(マトリ): 薬物事犯(覚醒剤・大麻・麻薬)
国税局(マルサ): 脱税 → 帳簿・取引記録
入管: 不法入国・不法滞在・偽造在留カード
税関: 密輸・銃器・薬物・偽ブランド品 → 空港・港湾
海上保安庁: 密輸・密航・海賊・海難事故 → 海上
NDC 326.55 少年鑑別所* 少年院*
少年審判の特徴
対象:20歳未満の犯罪少年・触法少年・不良行為少年
犯罪少年=刑罰法令に触れる行為をした 14〜19歳
触法少年=刑罰法令に触れる行為をした 13歳以下
不良行為少年=犯罪ではないが、非行傾向が強い 14〜19歳
警察・検察 → 家庭裁判所へ送致 → 調査官=社会・家庭・生活史の調査 → 鑑別が必要な場合 鑑別所=必要な場合の専門鑑別(心理・医学・行動)→ 家庭裁判所が処遇決定(保護観察 少年院送致 試験観察 不処分 必要に応じて入院措置)
法律:少年法
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
弁論主義: 争いのある事実について、証拠調べが行われ、争いのない事実については確定する
原告がまず主張、被告が否認すれば、原告に立証責任 被告が抗弁すれば、被告に立証責任 原告が再抗弁すれば原告に立証責任
実体法がどのようなケースでどう擬制するかを念頭に置いて主張、抗弁をする必要がある
訴訟費用は勝敗の割合で決まる 請求額を多くすると、認容率が訴訟費用の負担割合に影響 弁護士費用の負担割合には直接影響しない
既判力 確定判決の主文と、主文を導くために行われた要件事実の認定が、後の裁判を拘束する
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
調停前置で「訴訟」に進む事件(別表第1事件) 代表例: 離婚 離縁 認知 親子関係不存在 嫡出否認 これらは 調停 →(不成立)→ 訴訟
調停が不成立になると「審判」に移行する事件(別表第2事件) 代表例: 親権者変更 監護者指定 面会交流 養育費 婚姻費用 遺産分割 離婚 親子関係 相続 後見 家事審判 家事調停 これらは 調停 →(不成立)→ 審判
最初から「審判」で行う事件(非訟事件) 代表例: 成年後見開始 氏の変更 性別変更(性同一性障害) 財産管理人選任 遺産分割の一部の手続 これらは 審判のみ
家裁調査官が、親権・監護権の適否 面会交流の可否 子の意思(子どもの意見聴取) DV・虐待の有無 夫婦関係の破綻状況 後見開始の必要性(高齢者・障害者)を調べる
家事審判の主な種類 成年後見開始・保佐・補助の審判 行方不明者の財産管理人選任の審判 親子に関する審判 親権者変更 監護者指定 面会交流 子の引渡し 相続に関する審判 遺産分割審判 特別代理人選任 戸籍に関する審判 氏名変更 性別変更(性同一性障害の審判) 年金分割の割合を定める審判
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
捜索、差押え、通常逮捕で、令状が必要 現行犯逮捕、緊急逮捕では令状が不要
緊急逮捕とは 重大犯罪の被疑者 犯人が誰か明確に特定できている 逃亡のおそれが高い 証拠隠滅のおそれが高い 逮捕後は速やかに逮捕状を請求
自白の任意性 自白が強制・拷問・脅迫・長時間取調べなどによるものなら、証拠能力を否定する。
違法収集証拠排除 令状なしの捜索・差押え 逮捕の要件欠如 など
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
利子率上昇 利子率低下 インフレ デフレ 円高 円安 賃金上昇 賃金低下 投資増加 投資減少 限界消費性向増加 税率 は、どう関係するのか?
利子率上昇で海外投資家が円買い、円高 利子率低下で海外投資家が円売りで円安
円高で輸入有利、輸出不利 円安で輸入不利、輸出有利
2%インフレ率 賃金上昇の環境をつくれるか
利子率 物価(インフレとデフレ) 為替レート(円高と円安) 賃金 投資 限界消費性向 税率 何が原因で何が結果?
NDC 331.2 経済学説史* 経済思想史*
スミス → 新古典派(マーシャルら) → 大恐慌 → ケインズ → 新古典派総合(サミュエルソンら) → 石油ショック → マネタリスト(フリードマン) → バブル崩壊 → 行動経済学
アダム・スミス: 神の見えざる手 利己心=悪ではなく、利己心が社会にとって有益な結果を生むことがある
個人は自分の利益を追求する 商人は利益を得たい 労働者は高い賃金を得たい 消費者は安く良いものを買いたい
競争が生まれる 商人同士が価格や品質で競争 労働者同士が技能で競争 企業同士が技術革新で競争
結果として社会全体が豊かになる 価格が下がる 品質が上がる 生産性が向上する 資源が効率的に配分される
マーシャル
需要曲線 価格が高い → 買いたい量が減る 価格が低い → 買いたい量が増える → 右下がりの曲線
供給曲線 価格が高い → 売りたい量が増える 価格が低い → 売りたい量が減る → 右上がりの曲線
ケインズの乗数効果は「投資の増分 ΔI」と「限界消費性向 c」で説明できる。
ΔY = k ⋅ Δ I Y:国民所得 k:乗数 I:投資
乗数k=1/(1−c)
ΔY=(1/(1−c))×ΔI
Y=C+I+G+Nx 国民所得恒等式の中での表現 Y:国民所得 C:消費 I:投資 G:政府支出 Nx:純輸出(輸出額-輸入額) に C=C₀+cY を代入 C₀(シーゼロ)は基礎消費 所得がゼロでも行われる消費
Y=C₀+cY+I+G+NX
Y - cY=C₀+I+G+NX
Y(1-c)=C₀+I+G+NX
Y=(C₀+I+G+Nx)/(1-c) 乗数k=1/(1−c)が、C₀:基礎消費 I:投資 G:政府支出 Nx:純輸出 にかかる どれか増えると国民所得が増える
税率 t を入れた乗数(1/(1−c(1−t)))で式を構成することも可能
ヒックス サミュエルソン (新古典派総合)
IS-LMモデル: 財市場(IS曲線)と貨幣市場(LM曲線)の均衡を通じて、利子率と国民所得の関係を分析する。
ISは“財市場ショック”で動く(G・I・C・NX) LMは“貨幣市場ショック”で動く(M・P) M:名目貨幣供給 P:物価水準
IS右→景気拡大、IS左→景気後退 LM右→金利低下・景気拡大、LM左→金利上昇・景気後退
通貨供給が増加すると、LM曲線が右にシフトし、利子率が低下し、投資が増加し、最終的に総需要が増加 (物価が上昇)
通貨供給が減少すると、LM曲線が左にシフトし、利子率が上昇し、投資が減少し、最終的に総需要が減少 (物価が下落)
IS曲線 右へ(拡大)G↑, I↑, C↑, NX↑ 左へ(縮小)G↓, I↓, C↓, NX↓ 結果 右→Y↑・i↑、左→Y↓・i↓ i:利子率
LM曲線 右へ(拡大)M↑, P↓ 左へ(縮小)M↓, P↑ 結果 右→i↓・Y↑、左→i↑・Y↓
フリードマン (マネタリスト): 財政政策(政府支出や減税)による景気刺激の効果は弱い 金融政策こそが有効であると主張
ケインズ派: 財政政策が景気を決める ⇔ マネタリスト: 金融政策が景気を決める
マネタリストの基礎は 貨幣数量式 MV=PY M:貨幣供給量 V:貨幣の流通速度(ほぼ一定と仮定) P:物価 Y:実質GDP
マネタリストは“利子率 → 投資”という経路を重視せず、 貨幣供給が名目GDPを直接決めると考える。
インフレを高めても失業率は一時的にしか下がらない 長期では 失業率は自然失業率に戻る
フリードマンは「裁量的金融政策」を否定し、 貨幣供給を一定の割合で増やすルールを提案
フリードマンのルールは、古いお札の回収=新札発行 という単純な更新ではなく、マネーサプライを毎年一定の割合(k%)で増やす 般的には 3〜5%程度
ベースマネーを毎年 k%増やすように、公開市場操作(国債買入)を行う
モデル 数式 意味
貨幣数量式 MV = PY 名目GDPは貨幣供給で決まる
自然失業率モデル u = u_n + α(π − π^e) 長期の失業率は政策で変えられない
貨幣ルール ΔM = k 金融政策はルール化すべき
LM重視 M/P = L(Y,i) 金融政策が景気を決める
1980年代までの主流は 人間は合理的に判断する 市場は常に正しい価格をつける バブルは起こり得ない
日本の不動産バブル崩壊(1991) アジア通貨危機(1997) ITバブル崩壊(2000) リーマンショック(2008)
バブル崩壊後、経済学は“合理的な市場”から“非合理な人間・心理”へと大きく転換した。 群集心理 過度の楽観 損失回避 追随行動
「合理的な人間」を前提にした政策は機能しない / 金融緩和しても投資しない / 不況時に消費が回復しない / 住宅市場が冷え込む / 企業が過剰にリスク回避する
ナッジは行動経済学の応用で、 人間の非合理性を前提に政策を設計する
退職年金の自動加入 → 老後の貯蓄行動を自然に誘導
住宅ローンに関する知識の普及 → 返済計画の健全化・過剰借入の防止
税金支払いの行動設計 → 税務コンプライアンスを高める
貯蓄行動の設計 → 計画的な資産形成
IS-LM曲線: 財市場の均衡(IS曲線)と貨幣市場の均衡(LM曲線)の交点を用い、国民所得や利子率の変動を解析します[7]. IS-LM曲線と適正供給量の影響 IS曲線が右にシフトすると、財政政策や投資拡大による経済成長を反映します。一方、LM曲線の動きは、貨幣供給量の変化や金利政策を反映します[5][6]. 両曲線の交点での均衡点から、物価水準や供給量の適正さが影響を受け、特にインフレーションやデフレーションの可能性が解析できます[6][9].
為替レートの変動は、輸出入に影響を与え、総需要に変化をもたらす。
利子率の低下: 利子率が低下すると、投資が増加 総需要を押し上げ、経済全体の生産と所得が増加 物価水準が上昇する可能性
利子率の上昇: 利子率が上昇すると、投資が減少 総需要を減少させ、経済全体の生産と所得が減少 物価水準が低下する可能性
物価水準が変動すると、実質貨幣供給量(名目貨幣供給量を物価水準で割ったもの)が変化し、LM曲線がシフトします。具体的には、物価水準が上昇すると実質貨幣供給量が減少し、LM曲線が左にシフトします。これにより、利子率が上昇し、投資が減少し、総需要が減少するというフィードバック効果が生じます3。
AD-ASモデル(総需要・総供給モデル): このモデルは、総需要(AD曲線)と総供給(AS曲線)の交点で物価水準と実質GDPが決定されると考える。
通貨供給の増加は、総需要を増加させ、物価水準の上昇を引き起こす。
円安は輸出を増加させ、総需要を押し上げる一方、輸入物価の上昇を通じて物価水準に影響を与える
Jカーブ効果: 為替レートの変動が貿易収支に与える影響を説明するモデル。
円安が進行すると、短期的には貿易収支が悪化することがありますが、時間が経つにつれて輸出が増加し、貿易収支が改善する
ハロッド・ドーマー 保証成長率 (Gw): 資本が完全に利用される成長率 限界貯蓄性向 (s) を資本係数 (v) で割ることで求められる。
ジニ係数
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
NDC 331.19 経済数学 経済統計* 計量経済学*
レオンチェフ 産業連関分析 産業間の取引を行列(マトリクス)で表現 各産業が他産業からどれだけ投入を受けるかを数値化 経済全体を 線形方程式の体系 としてモデル化
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
NDC 331.86 国富 国民所得*[国民経済計算*] 社会会計 GNP*
三面等価の原則 産出面 支出面 所得面 どれでも算出できるが、政府が早く知ることができるのは支出面
産出面: 産出した付加価値の合計(農業製造業サービス業)
支出面: 家計企業正負海外 財サービス購入に使った支出の合計
所得面: 労働 自営業者 企業の所得の合計
Y=C+I+G+Nx Y:国民総生産GDP C:消費 I:投資 G:政府支出 Nx:純輸出(輸出額-輸入額)
試験では「Y=国民所得」と説明されることがある しかし経済学的には Y=GDP であり、国民所得NI にするには調整が必要
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
会社として、株式 社債 銀行借り入れをどう使い分けるのか?
株式:返済不要だが、株主が増えて経営権が薄まる 株主に配当
社債:返済は必要だが、銀行より低金利で長期資金を調達しやすい。信用力の高い大企業向け 社債権者に利息
銀行借入:手続きが早く柔軟。短期資金や緊急資金に便利だが、金利は社債より高め。担保、保証が必要なことが多い 銀行に利息
短期運転資金(仕入・給与) → 銀行借入 / リスクのある新規事業 → 株式(返済義務がない) / 安定した事業の拡大 → 社債・銀行借入(返済必要)
担保付き社債: 不動産・設備などを担保にする 企業が倒産しても担保から返済される 投資家にとって安全性が高い
劣後債: 返済順位が低い 金利は高め 銀行・保険会社の資本規制でよく使われる
転換社債: 一定条件で株式に転換できる 金利は低め
新株予約権付社債: 社債+株式購入権 投資家は利息を受け取りつつ、株価上昇の利益も狙える
変動金利債: 金利が市場金利に連動 金利上昇局面で有利
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
オペレーションズ・リサーチ OR 制約下で最適な意思決定を行うための数理最適化
線形計画法・整数計画法 確率が用いられないことが多い → が多い
待ち行列 在庫管理 需要予測 リスク管理 などでは、確率が用いられる 417 確率論 数理統計学
ORは何を関数化するか 「目的関数」と「制約条件」をどう定式化するかが重要
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
流動比率・自己資本比率・資本回転率などは、何が分かるのか? → 流動比率・自己資本比率・資本回転率は、それぞれ「安全性」「安定性」「効率性」を示す指標
流動比率=流動資産 / 流動負債 × 100 : 1年以内に支払う負債を、手元の資産で返せるか 資金繰りの安全性
自己資本比率=自己資本 / 総資本 : 企業がどれだけ“自前の資本”で経営しているか 財務の安定性
資本回転率=売上高 / 総資本 : 投下した資本がどれだけ売上を生むか 経営効率
棚卸回転率=売上原価 / 平均棚卸資産 : 在庫が1年間に何回入れ替わったか を表す指標
バブルの予兆: 投資が本業のキャッシュフローを超える / 負債比率の急上昇 / 売上は伸びているのに利益が減る / 在庫の増加 / 投資の回収ができていない など
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
勘定 と 勘定科目
資産:現金預金 売掛金 備品・・・
負債:買掛金 借入金・・・
純資産:資本金・・・
収益:売上 受取利息・・・
費用:仕入 水道光熱費 支払利息・・・
仕訳の方法: 資産の増加は借方 負債の増加は貸方 資本(純資産)の増加は貸方 収益の発生は貸方 費用の発生は借り方 / 資産の減少は貸方 負債の減少は借方
資本金100万円でお店を開いた
(借方) 現金預金 1000,000.- (貸方) 資本金 1000,000.-
備品を50万円で購入した
(借方) 備品 500,000.- (貸方) 現金預金 500,000.-
商品を10万円で仕入れ、4万円は現金で支払い、6万円は掛とした
(借方) 仕入 100,000.- (貸方) 現金預金 40,000.- 買掛金 60,000.-
商品を11万円で売り上げ、6万円を現金で受け取り、5万円を掛とした
(借方) 現金預金 60,000.- 売掛金 50,000.- (貸方) 売上 110,000.-
水道光熱費2万円を支払った
(借方) 水道光熱費 20,000.- (貸方) 現金預金 20,000.-
銀行から10万円を借り入れた
(借方) 現金預金 100,000.- (貸方) 借入金 100,000.-
銀行に借入金100,000.-を返済し、利息千円を支払った
(借方) 借入金 100,000.- 支払利息 1,000.- (貸方) 現金預金 110,000.-
仕入 繰商 繰商 仕入
減価償却費 減価償却累計額
(借方)(貸方)
(借方)(貸方)
(借方)(貸方)
(借方)(貸方)
貸借対照表B/L 借方に資産 借方に資本(純資産) 負債を集計、差額を当期純利益(当期純損失)として計上
損益計算書P/L 借方に費用 貸方に収益を集計、差額を当期純利益(当期純損失)として計上
B/Lの当期純利益(当期純損失) と P/Lの当期純利益(当期純損失) が一致
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
景気がよい=経済活動が活発で、所得・雇用・投資が増えている状態 景気が悪い=経済活動が停滞し、所得・雇用・投資が減っている状態
企業の売上が増える → 利益が増えるので設備投資も増える → 雇用が増える → 失業率が下がる 賃金が上がりやすい → 家計の消費が増える
企業の売上が減る → 投資を控える 雇用が減る → 失業率が上がる 賃金が上がりにくい → 家計の消費が減る
GDP(国内総生産)が増えていれば景気がよい
景気循環の要因: 需要の増減→在庫調整→投資の増減 / 金利の増減→投資の増減 / 石油危機や自然災害、戦争 / 心理的要因 将来が不安 → 消費を減らす
コンドラチェフ 技術革新による波を発見 50年 / シュンペーター 技術革新による波を理論化 50年 / クズネッツ: 人口動態と建設投資の波 20年 /
蒸気機関・繊維産業(1780–1830) 鉄道・鉄鋼(1830–1880) 電力・化学(1880–1930) 自動車・石油(1930–1970) IT・デジタル(1970–2020) AI・バイオ(2020–?)
ハイパーインフレの例 ドイツ・ヴァイマル共和国、1923 月間 29,500% / ギリシャ 1944 月間 11,300% / ハンガリー 1946 月間 13.6京% / ユーゴスラビア 1994 月間 3億1300万% / ジンバブエ 2008 月間 79.6億% / ロシア ソ連崩壊後 1992〜1994 月50% ハイパーインフレまでは達していない / ベネズエラ 2018〜 年率 130,000%
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
金利が「上がる」と何が起きるか(利上げの影響)
家計:借金が高くなる、貯金が有利になる 住宅ローンの返済額が増える カードローン・自動車ローンも高くなる 貯金や定期預金の利息が増える → 消費が減りやすくなる
企業:資金調達コストが上昇 借入金の利息が増える 設備投資が減りやすい → 企業活動が慎重になる
政府:国債の利払い負担が増える 日本のように債務が大きい国では特に影響が大きい → 財政が圧迫される
株式市場:株価は下がりやすい 企業の利益が減る 将来価値の割引率が上がる → 株価は下落しやすい
為替:円高になりやすい 日本の金利が上がると、円を持つメリットが増える → 円高方向に動きやすい
不動産:価格が下がりやすい 住宅ローン金利上昇で需要が減る → 不動産価格が下落しやすい
金利が「下がる」と何が起きるか(利下げの影響)
家計:借金が安くなる、貯金は不利に 住宅ローンが安くなる 消費が増えやすい 預金の利息は減る → 消費が活発化しやすい
企業:投資がしやすくなる 借入コストが下がる 設備投資・新規事業が増えやすい → 景気を押し上げる
政府:利払い負担が軽くなる 国債の利息が減る → 財政が楽になる
株式市場:株価は上がりやすい 企業の資金調達が楽になる 割引率が下がり、株価の理論値が上がる → 株価上昇につながりやすい
為替:円安になりやすい 日本の金利が低いと、円を持つ魅力が下がる → 円安方向に動きやすい
不動産:価格が上がりやすい 住宅ローンが安くなり、需要が増える → 不動産価格が上昇しやすい
日銀 金利政策
コール市場 金融機関同士が超短期の資金を貸し借りする市場 日銀⇔市中銀行・証券会社
日銀の公開市場操作がコールレートを誘導 / 国債買オペ(資金供給) → 金利が下がる / 国債売オペ(資金吸収) → 金利が上がる
なぜ、長期の国債を売り買いするだけで、超短期のコールレートが動くのか?
国債の代金を日銀当座預金で決済するため、銀行の日銀当座預金残高を直接増減させる。 買いオペ=銀行の当座預金が増える / 売りオペ=銀行の当座預金が減る。
コールレートはこの当座預金の需給で決まるため、長期国債の売買でも短期金利が動く。
公定歩合=日銀が銀行に貸すときの金利(金利政策) 金融政策としての役割を失ったのは1994年、制度として廃止されたのは2006年
預金準備率=銀行が日銀に預ける義務の割合(準備率政策)金融政策としての役割を失ったのは1991年 制度は存続
公開市場操作=国債の売りオペ買いオペ 貨幣流通量操作→1990年代から、コールレート誘導へ役割転換
2013年以降、日銀は、コールレート操作とはほぼ無関係に、国債を大量購入、コールレートはゼロ近辺で固定
日銀当座預金という電子的な貨幣創造機能 国民が使えるお金(マネーストック)ではない インフレにはなっていない しかし、ベースマネーとマネーストックの乖離は世界最大級に
(仕訳) 国債(日銀にとって資産) / 当座預金(日銀にとって負債)
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
ペイオフ=預金保険制度: 各銀行に預けたお金が 1,000万円+利息まで保証される制度 銀行が破綻した場合の話
NISA(ニーサ): 非課税枠 年360万円まで(つみたて投資枠:120万円/年 成長投資枠:240万円/年 ) 総額1800万円まで すべての金融機関を通じて1口座 複数の金融機関でできない 損失発生の可能性はある
上場先: 東証プライム 東証スタンダード 東証グロース など 日経平均株価は東京証券取引所に上場する225銘柄を対象 TOPIXは東証プライムが作る市場全体指数
格付会社 Moody’s(ムーディーズ) S&P(Standard & Poor’s) Fitch Ratings(フィッチ) など
ヘッジ: 投資において、将来の価格変動リスクを回避したり、軽減したりするための手法 逆サイドのリスクを持つ取引を行うことによって、リスクを回避
投資先: 株式(Equity) 債券(Bond)不動産(Real Estate) コモディティ(Commodity 金・銀・石油・農産物など) 先物・オプション(Derivatives) 外貨・為替(FX) 私募・オルタナティブ(Alternative) インフラ・実物資産 保険・年金(パッシブ資産) 暗号資産(Crypto) 現金・短期資産(Cash & Cash-like) 美術品などコレクション
株価変動の要因
基本は業績 今、それほど高くないが、将来値上がりが期待されるもの 今、高いが、将来値下がりが予想されるもの つまり、現在価格と将来予想のギャップが売買の源泉
日銀の公開市場操作がコールレートを誘導 / 国債買オペ(資金供給) → 金利が下がる / 国債売オペ(資金吸収) → 金利が上がる
日本の利子率上昇で海外投資家が円買い、円高 / 日本の利子率低下で海外投資家が円売りで円安
金利が下がると株価は上昇し、金利が上がると株価は下落する傾向 社債金利 国債金利 銀行貸し付け金利を含む
為替(円高・円安)と貿易 円高で輸入有利、輸出不利 / 円安で輸入不利、輸出有利 しかし輸出産業も、エネルギーや原材料仕入れの問題も
円高のときに海外資産(米国株・米国債など)を買うと有利 円安のときに日本資産(日本株・日本債)を買うと有利だが、ドル円表記で、円高では円の数字が小さく 円高では円の数字が大きくなるので注意
実際下記のとおり投資家心理が動くかは不明だが
技術革新 → 旧技術依存型↓ 新技術依存型↑
補助金 → 再エネ、EV、環境関連 補助金増加で↑ 補助金減少で↓
消費税 → 建設 ブランド品 増税で↓ 減税で↑
国際関係悪化 → 渡航制限で 観光業、航空関連に影響 サプライチェーンが関わる産業に影響
コロナ禍 → 多くの産業は打撃を受けたが、アクリル板 テレワーク関連 ネット通販 医療・衛生用品 家電 ゲーム インスタント食品など、業績が伸びた産業も
石油 → 燃料、プラスチック・化学繊維・ゴム / 石炭 → 火力発電・鉄鋼 / 天然ガス → 都市ガス / 結局、製造業全般に影響
レアアース → 磁石・モーター(Nd, Dy, Sm)、蛍光体(Eu, Tb, Ce, Y)、超伝導(Y, La)、YAGレーザー(Y)、光ファイバー増幅(Er)、化学工業補助剤(Ce, La)
レアメタル → 耐熱材・超合金(Ni, Cr, W, Mo, Ta, Nb, Hf, Re)、電池(Li, Co, Ni)、半導体(Ga, Ge, In)、超伝導(Nb、Bi) 化学工業(Mo, W, V, Nii, Co)
貴金属 → 触媒・電子部品(Au, Ag)・電極(Pt) 排ガス浄化(Pt, Rh, Pd) 化学工業(Pt, Rh, Pd)
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
歳入政策: 税率変更 税控除枠変更 社会保険料
社会保障: 子育て支援 低所得者支援 障害者支援 高齢者支援 医療費補助
公共サービス: 教育 防衛 治安 環境対策
経済対策: 企業補助金 雇用対策 地方創生
災害対策: 震災復興 感染症対策
公共投資(インフラ): 道路・橋・港湾・空港 防災インフラ(堤防、耐震化) デジタルインフラ(光ファイバー、マイナンバー) エネルギーインフラ
財政投融資: 税金ではなく、郵貯・年金などを原資にする 住宅金融支援機構(フラット35)など
国債政策
地方財政政策 地方交付税(使途自由の財源)
国際財政政策(ODA・国際金融)IMF 世界銀行 アジア開発銀行
規制・制度改革
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
シャウプ勧告: 1949年にGHQの税制使節団が日本政府に提出した税制改革案で、戦後日本の税制の基本構造(所得税中心・地方税強化・累進課税)
所得税・相続税・贈与税は超過累進課税 階段状に部分課税
NDC 336.983 収得税:所得税,法人税
所得税: 所得税額 = 課税所得(総所得 - 各種所得控除額) × 税率 − 調整上の(速算表の)控除額
各種所得控除額:扶養控除 社会保険料控除 生命保険料控除 医療費控除 基礎控除 配偶者控除 など
扶養者がいなくなると 扶養控除消滅 税額増
195万円まで:5% 控除額0円 / 195万超〜330万円:10% 控除額97,500円 / 330万超〜500万円:20% 控除額427,500円・・・
源泉徴収
給与は源泉徴収後に年末調整・確定申告で精算するため、還付の可能性がある。
年末調整 扶養控除・社会保険料・生命保険料・住宅ローン控除 を所定の様式に記入
確定申告 源泉徴収票や、医療費の領収書を持っていく
退職金は源泉徴収で課税が完結するため、原則として申告不要で、戻ることはほぼない。
株式の売却 配当金 利息 金融機関で源泉徴収 20.315%
不動産の売買は、不動産業者は「支払調書」を税務署に提出 本人(売主 買主)が申告 売主は所得税・住民税を 買主は不動産取得税を払う
海外との行き来で注意点も
法人税
法人税額= 課税所得 × 法人税率 − 税額控除額 / 普通法人(原則):23.2% 中小法人(資本金1億円以下): 所得800万円以下 → 15%(軽減税率) 所得800万円超 → 23.2% だが、
会計上 BS(貸借対照表)で資産-負債-純資産から算出される純利益または純損失 PL(損益計算書)で収益-費用から算出される純利益または純損失とが一致
税務上の益金・損金と、会計上の純利益・純損失とは、微妙な違いがあるので、調整が必要
損金不算入: 交際費限度超過額 / 寄附金の限度超過額 / 減価償却の超過額 / 引当金の過大計上 / 役員給与のうち、定期同額でない部分 / 罰金・科料・過料 法人税本体
益金不算入: 受取配当金 / 補助金で取得した資産 / 国庫補助金 / 固定資産売却益の特例(交換の特例など)
NDC 336.985 財産税:相続税*,贈与税*,地価税
相続税: 課税遺産総額 = 課税価格合計 − ( 3000 万 + 600 万 × 法定相続人 ) 法定相続分で按分して超過累進課税
相続税は 1000万まで10% 控除額0円 / 1000万超〜3000万は15% 控除額50万円 / 3000万超〜5000万円 20% 控除額200万円・・・
不動産評価額 相続税は路線価 (⇔ 固定資産税は固定資産税評価額) どちらも実勢価格の70〜80%程度
相続税納付期限は10か月以内 相続でもめているときも、一旦お金を用意して相続税を払う必要がある
相続登記や、凍結された被相続人の預金の解除のために、遺産分割協議書+印鑑登録証明書 (あるいは遺言) +被相続人の死亡後の戸籍謄本 が必要
保険金 法定相続人 × 500万円の非課税枠 銀行預金のようには凍結されないのがメリット
贈与税: 贈与税額=(贈与額 − 基礎控除110万円)× 税率 − 調整上の(速算表の)控除額
200万円以下 10% 0 / 300万円以下 15% 10万円 / 400万円以下 20% 25万円 ・・・
110万円は受贈者基準であることに注意 複数人から総額110万円以上の贈与を受ける場合注意
暦年贈与:年110万円まで贈与税がかからないが、被相続人死亡前7年以内の相続人への贈与は相続税に戻されることに注意
NDC 336.987 消費税* 間接税 物品税
消費税: 消費税は、消費者が売主に払い、売主が国に払う
売上に含まれる消費税額と仕入れで支払った消費税額を集計 差額を計算
法人税と同時に申告
インボイス制度 税務署から登録番号(T+13桁)が付与される 請求書が仕入税額控除に使える
NDC 336.988 地方税*
固定資産税: 土地・家屋・償却資産(事業者の機械・設備)に対して、市区町村が毎年課す税。 課税標準 × 1.4%(標準税率) 所有者(登記名義人)に課税
不動産評価額 固定資産税は固定資産税評価額 公表されない (⇔ 相続税は路線価 公表される) どちらも実勢価格の70〜80%程度
住宅が建っている土地は 大幅に軽減 / 家屋の評価 木造 → 減価が早い 鉄筋コンクリート → 減価が遅い
固定資産税納付書は、単なる支払い書類ではなく、不動産の状況を把握するための“重要な情報源”
不動産の所在・地番を確認できる / 相続関係を調べる入口資料 / 売却・賃貸の準備資料
住民税 住所地の市町村と都道府県に納税 所得割+均等割が特別徴収(給与天引き)
所得割:前年の所得 ×(市町村税6%+都道府県税4%)=合計10% (累進課税ではない)
均等割:定額(市町村3,500円+都道府県1,500円=合計5,000円)
住民税は、今年の所得に関して翌年課税 今年ふるさと納税を行えば、翌年の住民税減額
住民税は、前年の所得に基づくため、退職後も翌年6月までは支払いが続く (⇔ 所得税はストップ)
扶養者がいなくなると翌年の住民税増
事業税と法人住民税
事業税: 事業を営む者に対して、都道府県が課す 法人にも個人事業主にも課税 業種ごとに税率が異なる
住民税は所得税類似 だが 事業税は法人税類似でもない 法人住民税が法人税に類似
法人住民税:法人税に上乗せ 税率は自治体ごとに異なる 標準税率あり 都道府県1.0%+市町村7.2%=8.2%
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
時系列(経年変化)、空間系列(地域比較)に加工してグラフ化 → 研究(原因と結果の究明など)・政策立案に利用
統計の政策利用については、白書化されている場合が多い エビデンスベース(政策の正当性) アカウンタビリティ(説明責任) 省庁間の共通認識
GDPの材料 生産統計 商業統計 家計調査 企業統計 労働力調査 輸出入統計 建設投資統計 財務省法人企業統計 など ①統計を「生産・支出・所得」の3面に分類する ②重複を除いて「付加価値」だけにする ③名目→実質化 ④三面等価で整合させる
GISはその統計を地理空間上で可視化・分析する技術。 地図 地域境界 人口分布 産業立地 インフラ 土地利用 交通網 などの 空間情報と統計情報を結びつける
相関の調査 350内 統計データ間の相関 451.2 気象観測データとの相関 369.3災害 災害救助や453.2地震誌 地震調査との相関 680 運輸 交通との相関
人口密度との関係 産業分布 高齢化率 公共施設の配置 災害リスク マーケティング 地域別GDP
主成分分析(PCA):総合指標に圧縮 クラスタリング:似た特徴のものに分類 SHAP値:機械学習でどの要因が結果にどれだけ寄与したかを可視化
498.6 疫学 防疫 では、作用機序の解明に先立って、原因と結果の推定に役立てる
417 確率論・数理統計学は、 140.75 実験心理学 361.9 社会調査 498.81 健康診断 健康管理 509.66 品質管理 などの分析の数学的基礎 を提供 商品サンプル、アンケート調査、心理学実験 診断データなど、独自データに基づくことが多い
マーケティングではPOSデータ 災害研究では地方自治体の河川データ、地盤データなど、一般には公開されていないデータを利用する場合も多い 研究者は正規の手続きを踏んで入手し、利用条件を守る
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
役割同一性: 自分はこの役割を担う人間だという自己認知
役割同一性が強いほど、その役割に沿った行動が安定する
役割に付随する規範が自己の価値観として内面化される
複数の役割同一性が競合すると葛藤が起きる
周囲の期待と自己の役割同一性が一致すると行動がスムーズになる
マートン 個人は複数の地位に応じて複数の役割期待を背負う
ゴフマン 社会生活を「舞台」と捉え、人は役割に応じて「演技」をする
集団
デュルケム:集団=社会的事実の源泉(規範・連帯)
ヴェーバー:集団=意味に基づく社会的行為の連鎖
ミード:集団=自我形成の場(役割取得)
マートン:集団=地位・役割の体系(役割集合)
ゴフマン:集団=相互作用の舞台(演技・印象操作)
会話トランスクリプト(会話スピード イントネーション 音の強弱 録画機材 しぐさ) → 社会的役割・規範の可視化 権力関係 役割期待 規範 距離感 感情の調整
ナラティブ分析 語られた物語の構造・意味・文脈を分析し、語り手が世界や自己をどう構成しているかを読み解く
差異のある諸個人がどのように社会を作るか どのような序列が存在するか 情報格差
社会解体論 地域社会の共同体機能が弱まると、規範が崩れ、犯罪が増える ショー&マッケイ
アノミー理論 社会の規範が弱まり、目標と手段の不一致が生じると逸脱が発生する 正当な手段が全員に開かれていない デュルケム マートン
文化的接触理論 犯罪は学習される。犯罪的価値観を持つ人々との接触が多いほど逸脱が増える サザーランド
ラベリング理論 社会が「逸脱者」というラベルを貼ることで、本人がその役割を内面化し、逸脱が固定化する ベッカー、レメート
割れ窓理論 小さな無秩序(割れた窓)を放置すると、周囲の規範が弱まり、犯罪が増える ウィルソン&ケリング
メイヨーのホーソン実験とは: 1920〜30年代にホーソン工場で行われた労働研究 作業条件(照明・休憩・賃金)を変えて生産性を測定 結果:条件よりも「注目されている」「尊重されている」ことが生産性を上げた 人間関係・集団規範・コミュニケーションが決定的 これを ホーソン効果 と呼ぶ
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
テンニース: コミュニティ研究 ゲマインシャフト(血縁・地縁・友情など自然発生的な結びつき)とゲゼルシャフト(契約・利害・目的に基づく結びつき)
マックス・ヴェーバー: 社会的行為の意味 ① 目的合理的行為 ② 価値合理的行為 ③ 感情的行為 ④ 伝統的行為
近代社会の合理化を象徴する中心的制度として官僚制を位置づけた
デュルケム: 社会は個人を超えた社会的事実 / 社会構造がどのように個人の行為を規定するかを明らかにすること つまり、 社会 → 個人 という因果方向を重視
近代社会の鍵 分業の発展 集団の連帯(機械的連帯 → 有機的連帯) 規範の統合 社会的統制
トマス: 人は状況を定義し、解釈し、その定義に基づいて行為を選択する
マートン: 個人は複数の地位を持ち、それぞれの地位に応じて異なる役割期待が生じる
ミード: 子どもが社会的自我を形成する過程として ① プレイ段階(特定の他者の役割期待) ② ゲーム段階(不特定多数・全体の役割期待)
マッキーバー: 社会を“関係の網”として捉え、 コミュニティ(共同体)とアソシエーション(結社)を区別し、 社会構造の基本概念を体系化
ジンメル: 都市社会学 大都市の匿名性 刺激過多による冷淡さ 金銭経済による人間関係の形式化 個人化・分化の進展
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
国民年金=全国民の基礎年金 定額
厚生年金=会社員・公務員の上乗せ年金 給与比例で労使折半
共済年金=かつての公務員年金(2015年に厚生年金へ統合)
老齢年金は、加入期間合算、給付額が変わる 受給資格原則10年
障害年金・遺族年金 雇用保険(失業給付) 健康保険(協会けんぽ・組合健保)
扶養者がいなくなっても、保険料は変わらない
長期無給休暇:保険料(年金・健康保険)は発生、会社立替→本人支払い かなり高額 月5〜7万円
中途退職:国民年金(第1号)に加入し、保険料を市区町村に納付
IDECO(イデコ): 公的年金(国民年金・厚生年金)に上乗せする形で使う制度 掛金が全額所得控除になる 60歳まで引き出せない
NDC 364.4 健康保険* 国民健康保険*
退職日の翌日から健康保険は使えない 国民年金に加入 or 家族の扶養者になる or 任意継続する
扶養から外れる者も、別途加入が必要
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
平成の変更点
鎌倉幕府成立年: 1192年 → 1185年 に変更
日本最古の貨幣: 和同開珎 → 富本銭
素粒子: 陽子、中性子、電子が素粒子 → 電子は素粒子だが、中性子、陽子は素粒子ではない 素粒子はレプトンとクオークとゲージ粒子 電子はレプトンの一種 陽子、中性子はクオークから構成される
惑星: 水金地火木土天海冥 → 冥王星は惑星ではない
生物: 動物、植物、微生物 → 真核生物(動物 植物 菌類 原生生物)と原核生物(真正細菌 古細菌)
小学校5,6年から英語教育
高校で情報科 プログラミング データサイエンス
その他いろいろ
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
往来物:寺子屋で使われた教科書
廻船往来: 北前船・菱垣廻船・樽廻船 船の構造・船員の役割・航路の知識・開運取引に必要な証文(船積証文 荷受書など)・運賃の計算
算術往来: 加減乗除・度量衡・金銀の計算・商売の勘定
十二月往来: 年中行事・季節・挨拶
消息往来: 手紙の書き方に特化
商売往来: 実務(注文書 依頼書)・掛け売り・計算・商人倫理・商品知識(米・酒・味噌・醤油 布・呉服・綿・麻 油・紙・炭 薬種 各地の名産)
女子往来: 女子教養・礼儀・家事
庭訓往来: 手紙文例+道徳+歴史+地理 南北朝~江戸時代
地理往来: 国名・郡名・村名・交通路・距離・物産・名所
農業往来: 農作業の年間サイクル 肥料の作り方 農具の使い方(鍬・鋤・鎌・唐箕) 水利・灌漑の知識 村の掟・年貢の仕組み
風月往来: 季節・和歌を含む手紙文例
明衡往来: 公家の子弟向け 最古の往来物 宮廷儀礼・官職名・身分秩序の説明・手紙文例
藩校: 水戸藩:弘道館 会津藩:日新館 長州藩:明倫館 熊本藩:時習館 岡山藩:花畠教場(閑谷学校) 仙台藩:養賢堂 庄内藩:致道館 佐賀藩:弘道館(佐賀) 津藩:崇広館 米沢藩:興譲館
私塾: 蘭学・医学系:適塾、鳴滝塾 / 政治思想:松下村塾 / 漢学・儒学系:咸宜園、蘐園塾、玄同館 / 町人学問系:懐徳堂
文部省唱歌
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
ヨーロッパ 中世~ルネサンス リベラルアーツ7科 言語にかかわるもの:文法 修辞学 弁論術 数にかかわるもの:算術 幾何 天文 音楽 ピタゴラス派を実現する音楽
英語圏の大学のカレッジ制: 寮、教会、図書館、食堂から成る単位 単科大学や学部とは異なる概念
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
恵比寿: 神道起源 漁業の神 烏帽子と釣り竿と鯛
大黒天: ヒンドゥー教起源 マハーカーラ 大国主(おおくにぬし)と融合 頭巾と袋と打ち出の小槌
福禄寿: 道教起源 長頭と巻物と鶴
毘沙門天: ヒンドゥー教起源 クベーラ 戦いの神
布袋: 禅宗起源 太っ腹と袋
寿老人: 道教起源 長頭と白髭と巻物と鹿
弁財天: ヒンドゥー教起源 サラスヴァティー 水の女神 音楽の女神 宝冠と琵琶
弁才天 毘沙門天 大黒天 は、仏教の天部の仏様と共通
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
幾何学の系譜 ピタゴラス → エウクレイデス(=ユークリッド)(プトレマイオス朝エジプト)「原論」 → バヌー・ムーサ3兄弟アラビア語に翻訳 サービト・イブン・クッラなどが注釈・改良 (アッバース朝) → 12世紀トレド翻訳 ラテン語化(スペイン) → → パリ大学・ボローニャ大学
代数学の系譜 インド代数学(マウリヤ朝 グプタ朝) → フワーリズミー(アッバース朝 アルゴリズムの語源) → 12世紀トレド翻訳(スペイン) → フィボナッチ(13世紀 イタリア)
天文学の系譜 プトレマイオス(ローマ帝国属州エジプト アレクサンドリア) → キンディー バヌー・ムーサ3兄弟 イブン・ハイサム トゥーシー (アッバース朝) → 12世紀トレド翻訳(スペイン) → パリ大学・ボローニャ大学 → コペルニクス チコ・ブラーエ ケプラー ガリレオ ニュートン
医学の系譜 ヒポクラテス(古代ギリシア) ガレノス(ペルガモン ローマ帝国) アーユルヴェーダ(マウリヤ朝 グプタ朝) → イブン・シーナ(10〜11世紀 アッバース朝) 「医学書カノン」 ユーナニ医学 アルコールによる薬効成分抽出体系化 → 12世紀トレド翻訳(スペイン) → サレルノ大学(イタリア) → パリ大学・ボローニャ大学
イスラムにおける科学の集大成を経て 中世ヨーロッパの修道院・大学へ
音楽の系譜 ピタゴラス → プトレマイオス「ハルモニア論」 → ボエティウス(ローマ末期) → 中世ラテン世界 (アッバース朝ではキンディーが取り上げたがメインルートではない)
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
エウクレイデス = ユークリッド (プトレマイオス朝エジプト アレクサンドリア) 幾何学の命題を集積
プトレマイオス (ローマ帝国属州エジプト アレクサンドリア プトレマイオス朝ではない) 天動説を前提に、天文学を幾何学で記述
フワーリズミー (アッバース朝) インド代数学(ゼロを使った十進数 方程式) を取り入れ、イスラム世界での実用書にする
弁論術師キンディー(アッバース朝) 古代ギリシャの弁論術で宮廷の権威に エウクレイデスの原論 プトレマイオスのアルマゲストの知識を駆使
翻訳家バヌー・ムーサ3兄弟(アッバース朝) よりよい写本を求め、キリスト教徒の協力で入手、翻訳 エウクレイデス・アルキメデス・アポロニオスの幾何学書を再編成
ガウス
正規分布 誤差論と最小二乗法の原理から確率密度関数を導き出す → NDC 417.8 誤差論 最小自乗法
ガウスの法則=電場は電荷から湧き出す どんな電荷分布でも成立 (⇔ クーロンの法則は点電荷の場合の特殊解) (1785 クーロンの法則 1800 ボルタ電池 1820 アンペールの法則 1835 ガウスの法則(電気) 1860–65 マクスウェル方程式) →NDC 427 電磁気学
整数論 平方剰余の相互法則 mod 計算の基礎 など → NDC 412 数論[整数論]
ガウス曲率 曲面の分類 など → 414.7微分幾何学
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
古代インドで発展 → アッバース朝 フワーリズミーによる要約 → 中世ヨーロッパの大学
2次方程式 → 解の公式 x = -b±√(b^2-4ac) / 2a
3次方程式 → カルダーノの公式
4次方程式 → フェラーリの公式
5次以上 → 一般の解の公式は存在しない(ガロア理論の結論)
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
線形写像(回転・拡大・射影) → 画像処理(NDC 547.48情報科学)の基礎 回転 拡大・縮小 / 射影(遠近法・透視変換) / フィルタリング(ぼかし・エッジ検出) / PCA・SVD 画像圧縮や特徴抽出
重ね合わせの式 ケット ∣𝜓 ⟩ = 𝛼 ∣0 ⟩ + 𝛽 ∣ 1 ⟩ → 007.1(情報理論)量子コンピュータ
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
ガロアが、20歳の時、決闘で死んだ、という話で有名 20歳までに群論の基礎を築いた
いろいろな「操作」を抽象化して、 その共通ルールを調べる数学
結晶構造 / 分子の対称性 / バンド構造・フォノン / 相転移・欠陥構造 / リー群 → 量子化学・量子物性
数値計算 グラフェン カーボン フォトニック結晶など
群:1つの演算だけを持つ「操作の構造」
環:足し算と掛け算の2つの演算を持つ「計算の構造」
体:環のうち、割り算までできる「数の構造」
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
コラッツ数 偶数なら2で割る 奇数なら3倍して1で足す を繰り返すと1になる
素数 mod 合同式 a ≡ b(mod n ) c ≡ m^e(mod n) RSA暗号 楕円曲線暗号 → NDC 007.609データ管理
公開鍵暗号 しめるカギは公開 あけるカギは秘密 / 公開鍵nが素数pとqの積であることは一意に決まるが、コンピュータで解くのは難しい
しめるカギ(暗号化)=公開鍵 (n, e) nは素数pとqの積 e(公開指数)=通常 65537 / あけるカギ(復号)=秘密鍵 d 秘密鍵 d は p と q から計算される(φ(n) を使う)
ログイン: ユーザー端末:秘密鍵 d を使って署名を作る / サイト側:公開鍵 (n, e) を使って署名を検証する。
署名は逆 しめるカギは秘密 あけるカギは公開
フェルマーの最終定理 x^n+y^n=z^n nが3以上の場合 この式を満たすxyzは存在しない
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
微分 df(x)/dx 積分 ∫f(x)dx 2人の数学者 ニュートン ライプニッツ 記号はライプニッツ由来
日本では関孝和(江戸時代) 微分について、ニュートン ライプニッツと同時期
円⇔球の表面積⇔球の体積
加速度⇔ 速度⇔ 距離 時間微分・時間積分
超越数: 代数方程式(多項式方程式)の解にはなれない / 一般の関数方程式の解としては現れる 𝑒^𝑥 = 2 , sin 𝑥 = 1/2 / コンパスと定規で作図できない / eとπは超越数か→超越数である エルミート リンデマン
ニューラルネットの学習 神経ネットワーク最適化 微分(勾配)+線形代数(行列)
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
オイラー e:自然対数の底・ネイピア数 と i:虚数単位 と π:円周率 と 三角関数(cos, sin)が 単一の構造の中で統合される
e^(iπ) = -1 / e^(iθ) = cos θ + i sin θ / 複素平面へ拡張 解析学の基礎
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
ウェーブレット → 信号処理 画像処理 数値解析 特徴量抽出 工学寄りのウェーブレットは 421.5 数理物理学・物理数学 が妥当
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
常微分方程式(ODE): 時間だけで変化する量を扱う 空間に広がらない。位置による違いがない
偏微分方程式(PDE): 時間+空間で変化する量を扱う 拡散・伝播・保存則など、場の変化を記述する
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
常微分方程式の応用例
NDC 331 経済学 ソロー成長モデル IS-LM の動学化
NDC 334 人口 単純な人口成長
NDC 413 解析学 ロジスティック方程式
NDC 421.4 統計力学(非線形力学) カオス
NDC 429 原子物理学 放射性崩壊
NDC 498.6 疫学・防疫 SIRモデル 感染者数の時間変化 流行のピーク予測
NDC 528 建築設備 物の温度変化
NDC 541 電気回路 RLC回路 建
NDC 548.3 自動制御工学 オートメーション ロボット 姿勢制御 速度制御
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
足し合わせるとゼロになる 足し合わせると比例式になる 入りと出が等しくなる などの条件に見合うような現象を見つけて、それに数学を当てはめる 本質に近い 保存、拡散、伝播の仕組みを数学化
1. 保存: 質量保存 エネルギー保存 電荷保存 流体の連続の式 ∂ 𝑢/ ∂ 𝑡 + ∇ ⋅ 𝐹 ( 𝑢 ) = 0 これは (増加量)=(流入)−(流出)
2. 拡散: 熱が広がる、水が染み込む 濃度が均一化する 濃いところから薄いところへ流れる 例:熱方程式 ∂ 𝑢 /∂ 𝑡 = 𝑘 ∇2 𝑢
3. 伝播: 振動・音・電磁波など 波動方程式 変化が隣へ伝わる構造 ∂ 2 𝑢 / ∂ 𝑡 2 = 𝑐^2 ∇2 𝑢
・MHD方程式 → NDC 427.6 電磁流体力学 NDC 444 太陽 太陽物理学 NDC 427.9 地磁気 NDC 539.13 核融合
・シュレディンガー方程式(Kohn–Sham 方程式) → NDC 421.3 量子力学 量子論 NDC 431.19 量子化学
・ナビエ–ストークス方程式(運動量保存)+連続の式(質量保存) → NDC 423.8 流体力学 液体力学 NDC 491.12 解剖学>循環器 NDC 501.23 応用流体力学 NDC 534 流体機械 流体工学(水車 タービン ポンプ 風車 送風機) 510 建設工学 土木工学 NDC 515 橋梁工学 NDC 517.1 水理学:河相論,水位,水量 NDC 518.8 都市計画 NDC 524 建築構造 NDC 524.92 耐風構造 NDC 528 建築設備 設備工学(エアコンなど) NDC 537.1 自動車の設計・製図 自動車材料・部品 NDC 551.2 船体抵抗と推進 NDC 538.1 航空理論 航空力学
・ナビエ・ストークス方程式+連続の式+熱伝導方程式+固液相変化+固化モデル → NDC 451.1 NDC 566 金属加工 製造冶金 鋳造
・ナビエ・ストークス方程式+連続の式+熱力学方程式+水蒸気の拡散方程式+気体の状態方程式+放射伝達方程式 → NDC 451.28 天気予報
・ビオットの連成方程式(応力・変形・間隙水圧・流れ 同時作用) → NDC 511.3 土質力学 土質工学
・ブラック–ショールズ方程式 確率過程+熱伝導方程式 → NDC 338.01 金融理論・学説 信用理論・学説 NDC 426.3 熱伝導 熱交換 熱放射 対流
・マクスウェル方程式 → NDC 427 電磁気学 NDC 542.12 発電機 NDC 542.13 電動機[モータ]NDC 541.66 磁性材料:永久磁石,電磁石,コイル[線輪]NDC 547.53 アンテナ
・連続体力学の3本柱(釣り合い・構成・幾何) → NDC 423.7 弾性体力学 塑性力学 NDC 501.32 工業基礎学 材料力学 NDC 501.34 工業基礎学>構造力学 NDC 510 建設工学 土木工学 NDC 515 橋梁工学 NDC 524 建築構造 NDC 524.91 耐震構造 537.1 自動車の設計・製図 自動車材料・部品 NDC NDC 552 船体構造・材料・施工 NDC 538 航空宇宙工学
・生体モデル → NDC 491.3 数理生物学・生体モデル
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
時間信号 → 周波数成分(振幅+位相)に分解する変換 音・振動・電磁波など、波として表せるもので使える f(ω)=∫[-∞→∞]f(t)e^(-iωt)dt
複雑な波形の波も、フーリエ変換によって、いくつかの正弦波に分解される Y=Asin(2πft + φ) A:振幅 f:周波数 φ:位相
音の場合、周波数は音色 振幅は音の大きさ → NDC 424 振動学 音響学 NDC 453.11 数理地震学 NDC 501.24 振動工学 音響工学 超音波工学 NDC 524.96 防音構造 遮音 建築音響学
光の場合、周波数は色 振幅は光の強さ スペクトル分析 / FT-IRとNMR → NDC 433 分析化学 / 天体の発光スペクトル → NDC 440 天文学 宇宙科学
X線CTからラドン変換 X線検知器から3次元画像の構成 → NDC 492.43X線診断学
信号解析 (変調 多重化 ノイズ除去 OFDM) → NDC 547 通信工学 電気通信
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
中学で習うユークリッド幾何学 平行線の錯角が等しい 三角形の内角の和が180度 三角形の重心 中線は 2:1 に内分する 多角形の内角の和 (𝑛−2)×180度 接線は半径と直交する 相似条件3つ 2角が等しい 2辺の比とその間の角が等しい 3辺の比が等しい・・・
ユークリッド 曲率0 / 非ユークリッド 双曲幾何(鞍型) 曲率負 / 非ユークリッド 球面幾何 曲率正
幾何学の応用 ロボットの姿勢空間は球面幾何 NDC 548.3 自動制御工学 オートメーション ロボット / ネットワークは双曲幾何でモデル化 NDC 547.48 データ通信 / コンピュータグラフィックス NDC 548.9642 コンピュータ グラフィックス
代数を道具として幾何学を研究するのが代数幾何学 多項式で定義される多様体 円や楕円など 特異点が自然と出る 群・環・体が関わる → NDC 411.8 代数幾何学
微分を道具として幾何学を研究するのが微分幾何学 曲率が関わる 微分可能な滑らかな多様体 → NDC 414.7 微分幾何学
フラクタル 自己相似・特異分布
形そのものを扱うとき → 幾何学のフラクタル コッホ曲線 シェルピンスキー三角形・四面体 カントール集合 マンデルブロ集合 ジュリア集合 (画像検索すると模様が出てくる) → NDC 414幾何学
自然現象のゆらぎ・相転移 臨界現象・スケーリング → 統計力学のフラクタル → NDC 421.4統計力学
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
リーマン幾何学 → アインシュタイン 一般相対性理論(時空の幾何)質量が時空を曲げ、その曲がりが重力として現れる 空間が曲がるので光も曲がる 重力が強い場所でも時間が遅れる
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
オイラーの多面体定理 頂点の数 v、辺の数 e,、面の数 f について v-e+f=2 → トポロジーの先駆け
ポアンカレー予想 境界を持たない連結かつコンパクトな3次元多様体は、任意のループを1点に収縮できるならば、3次元球面 S3 と同相
3次元多様体の分類 3次元球(S³) 3次元トーラス(T³) 双曲空間(H³) そのほかの多様体 宇宙の形を問う議論に
トポロジカル最適化(構造設計) → NDC 501.3(構造力学・構造設計)
トポロジカル絶縁体 → NDC 428.4(固体電子論・物性物理)
トポロジカルフォトニクス → NDC 425.4(物理光学・波動光学)
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
コイン 1/2 2項分布 → 平均 1/2、分散 1/4 の正規分布に近づく サイコロ 各目1/6 多項分布 → 平均3.5 分散35/12の正規分布に近づく 離散分布も正規分布で近似できる ドモアブル 中心極限定理
連続量の正規分布 テストの点数 体重 身長 血圧 心拍 視力 聴力 反応時間 加工誤差 製品寿命 歩行速度・・・ / ガウスが確率密度関数を導出
まだパターン認識が完璧でなかった頃の初期の人工知能 イヌの写真5枚 ネコの写真5枚 混ぜ合わせ、1枚ずつ見せていく 10枚見せて、全部当たる確率は? まず素直に「イヌかネコかを毎回当てずっぽうで答える」と仮定すると: 各枚ごとに当たる確率: ( 1/2 )^10 = 1/1024 ≈ 0.00098 なので、 約 0.1%。 もし「イヌ5枚・ネコ5枚だと知っていて、10枚見終わった時点で5枚をイヌ、5枚をネコとラベリングするという条件なら、10枚のうち5枚をイヌとする組み合わせ数: 10!/(5!*5!)=252 その中で完全正解は1通りだけで、 1/252 ≈ 0.004 この場合は 約0.4% 。
乱数表 標本の無作為抽出など
パスカルとフェルマーのやりとり 3勝したら掛け金もらえる 2勝1敗で勝負中断することに 掛け金どう分ける? ゲームを続けていたらどうなるか 2:1でない 3:1で分ける
モンティホール問題 3つからどのドアを選ぶか 1つ入ってないこと見せる 変更してもよい 変更した方が有利? 変更した方が当たる確率2倍 そう思えないが 開けられた後で確率変わる
マルコフ過程は、次の状態がどこに行きやすいか、を示す マルコフ過程では、未来は「現在の状態」だけで決まる
ランダムウォークは特別なマルコフ過程 変化は「一定の確率で左右(または上下)に動く」
ベイズ統計:未来の確率は「新しい情報」で更新される 事後確率の更新 事後確率を更新しているものの正体が不明確な場合 仮説の確率を評価
カルマンフィルタ: ノイズだらけの観測から、本当の状態を推定するための数学的アルゴリズム 確率論・線形代数・ベイズ推定を使うが NDC 548(制御工学)への分類が多い
コーヒーにミルク ブラウン運動 拡散方程式の解は正規分布(ガウス分布)になる
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
ゲーム理論はプレイヤーが多数 何を定量化するか
ナッシュ均衡=戦略の安定性 個々の利得基準 合理的プレイヤーがどこに落ち着くか 個々の主体が合理的に行動したときの結果
パレート最適=社会的効率性 全体の利得基準 誰かをより良くしようとすると、必ず誰かが悪くなる パレート図:どの要因が支配的か
囚人のジレンマ: ナッシュ均衡では互いに裏切る パレート最適では互いに協力する つまり、 戦略的には安定していても、社会的には非効率 ということが起こり得る
経済分野での応用 331.19(厚生経済学) モデル検証では NDC 331.19 経済数学 経済統計 計量経済学
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
t検定: 母平均の推定
F検定: 回帰モデルの有意性
χ²検定(かいじじょうけんてい) : 母分散の推定 カテゴリデータの適合度 独立性の検定
t検定・F検定・χ²検定は p値に基づいて“帰無仮説を棄却するかどうか”を判断 p < α → 棄却 p ≧ α → 棄却しない
t検定・F検定・χ²検定はいずれも 「有意水準(危険率)5%で帰無仮説を棄却する」 という形で結論を出す
第1種の過誤=偽陽性 第2種の過誤=偽陰
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
離散化対象 について 有限要素法FEM=領域、有限差分法FDM=微分、有限体積法FVM=保存則、境界要素法BEM=境界、有限差分時間領域法FDTD=時間と空間の微分、個別要素法DEM=粒子、粒子法PIC=粒子+格子、密度汎関数法DFT=電子密度
近似離散化:FEM 基礎方程式:連続体力学の3本柱(釣り合い・構成・幾何) → NDC 423.7 弾性体力学 塑性力学 NDC 501.32 工業基礎学 材料力学 NDC 501.34 工業基礎学>構造力学 NDC 510 建設工学 土木工学 NDC 515 橋梁工学 NDC 524 建築構造 NDC 524.91 耐震構造 537.1 自動車の設計・製図 自動車材料・部品 NDC NDC 552 船体構造・材料・施工 NDC 538 航空宇宙工学
近似離散化:FEM 基礎方程式:ビオットの連成方程式(応力・変形・間隙水圧・流れ 同時作用) → NDC 511.3 土質力学 土質工学
近似離散化:FEM 基礎方程式:マクスウェル方程式 → NDC 542.13 電動機[モータ]NDC 542.12 発電機 NDC 541.66 磁性材料:永久磁石,電磁石,コイル[線輪]
近似離散化:FEM 基礎方程式:MHD方程式 → NDC 427.6 電磁流体力学 NDC 444 太陽 太陽物理学 NDC 427.9 地磁気 NDC 539.13 核融合
近似離散化:FVMまたはFDM 基礎方程式:ナビエ–ストークス方程式(運動量保存)+連続の式(質量保存) → NDC 423.8 流体力学 液体力学 NDC 491.12 解剖学>循環器 NDC 501.23 応用流体力学 NDC 534 流体機械 流体工学(水車 タービン ポンプ 風車 送風機) 510 建設工学 土木工学 NDC 515 橋梁工学 NDC 517.1 水理学:河相論,水位,水量 NDC 518.8 都市計画 NDC 524 建築構造 NDC 524.92 耐風構造 NDC 528 建築設備 設備工学(エアコンなど) NDC 537.1 自動車の設計・製図 自動車材料・部品 NDC 551.2 船体抵抗と推進 NDC 538.1 航空理論 航空力学
近似離散化:FVMまたはFDM 基礎方程式:ナビエ・ストークス方程式+連続の式+熱伝導方程式+固液相変化+固化モデル → NDC 451.1 NDC 566 金属加工 製造冶金 鋳造
近似離散化:FVMまたはFDM 基礎方程式:ナビエ・ストークス方程式+連続の式+熱力学方程式+水蒸気の拡散方程式+気体の状態方程式+放射伝達方程式 → NDC 451.28 天気予報
近似離散化:FEMまたはFVMまたはFDM 基礎方程式:ブラック・ショールズ方程式(確率過程 幾何ブラウン運動)+熱伝導方程式 → NDC 338.01 金融理論・学説 信用理論・学説 NDC 426.3 熱伝導 熱交換 熱放射 対流
近似離散化:FDTD 基礎方程式:マクスウェル方程式 → NDC 547.51 電波伝播 無線回路・測定
近似離散化:BEM 基礎方程式:ヘルムホルツ方程式 → NDC 524.96 防音構造 遮音 建築音響学
近似離散化:BEM 基礎方程式:ナヴィエ–コーシー方程式 → NDC 423.7 弾性体力学 塑性力学
近似離散化:BEM 基礎方程式:ビオットの連成方程式 → NDC 511.3 土質力学 土質工学
近似離散化:DEM 基礎方程式:粒子の運動方程式 → 石垣 廃棄電子回路の爆破と再利用 南極北極の氷 → NDC 521.823 城郭 NDC 549.3 電子回路(NDC 518.523 ごみの再利用 リサイクリング) NDC 452.4 海氷 氷山
近似離散化:DTM 基礎方程式:シュレディンガー方程式(Kohn–Sham 方程式) → バンド構造 吸収・発光 各種スペクトル 励起状態 トンネル電流・量子井戸 量子ビット HOMO–LUMO → NDC 428.4 固体論:電子論,原子論 NDC 425.4 物理光学 波動光学 NDC 425.5 分光学
近似離散化:PIC 基礎方程式:粒子の運動方程式 ナビエ・ストークス → NDC 511.3 土質力学 土質工学
近似離散化:PIC 基礎方程式:粒子の運動方程式 マクスウェル → NDC 427.6 電磁流体力学 NDC 444 太陽 太陽物理学 NDC 427.9 地磁気 NDC 539.13 核融合
分子動力学、転位動力学、モンテカルロ法は、近似離散化法ではないが、使われ方はよく似ている
分子動力学(MD=運動方程式の時間積分) → 431.1化学構造 分子構造 が多い 501.4工業材料 材料科学 501.321計算材料力学 464.2生化学>蛋白質 NDC 499.3 薬化学
転位動力学 → NDC 501.4 工業材料 材料科学 NDC 531.1 材料力学 NDC 563 冶金 合金 NDC 564 鉄鋼
モンテカルロ法(MC=確率分布のサンプリング) → 417.6推計学 標本分布論:時系列 431.1化学構造 分子構造 421.4統計力学 426.56熱統計力学
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
マイケルソン・モーレーの実験 ハーフミラーと光の干渉で測光 光速は地球公転の影響を受けない エーテル仮説の否定 → 光速度不変の法則 真空中の光の速度は変わらない (⇔液体・結晶・ガラス中では変わるが) 真空中の光速を絶対化して、時間・空間を相対化する
特殊相対性理論 光速に近づくほど時間が遅くなる 光速に近づくほど質量は大きくなる 質量とエネルギーは等価 E=MC^2
一般相対性理論 質量が時空を曲げ、その曲がりが重力として現れる 空間が曲がるので光も曲がる 重力が強い場所でも時間が遅れる Rμν- 1/2gμνR = kTμν 左辺:空間のゆがみ 右辺=物質の存在
E=MC2 で、核分裂、核融合では、質量の何パーセントがエネルギーに変換されるか 核融合:0.1% 核分裂:0.7% 電子・陽電子の対消滅:ほぼ 100%(γ線のみ)陽子・反陽子の対消滅:80〜90% 程度 ニュートリノ分が失われる
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
プランク 黒体輻射のスペクトルの分布曲線から、プランク定数hを導出 E=hν 最小エネルギー単位は振動数 ν に比例する エネルギーはとびとび エネルギーは連続ではなく、hν の倍数でしか存在できない
パウリの排他律 同じ量子状態には電子は2個まで(↑と↓)
ハイゼンベルク 不確定性原理 量子の世界では、ある物理量を同時にどこまでも正確に決めることはできない 位置と運動量 エネルギーと時間 角度と角運動量 スピン成分同士
ハイゼンベルク 行列力学
シュレディンガー 波動力学 シュレディンガー方程式 電子を波動関数で記述 → NDC 431.19 量子化学 第一原理計算 密度汎関数
ディラック ブラ・ケット記法 |ψ⟩, ⟨φ|
フォン・ノイマン ヒルベルト空間で量子力学を数学体系として統一
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
カオス*
二重振り子 最初の位置がほんの少しずれるとその後の動きが全然変わる
2つの星の動き 最初の位置や速度にほんの少しずれがあってもその後の動きは変わらない / 3つの星の動き 最初の位置が少しずれていたら その後の動きは全然違ってくる 三体問題 ポアンカレー 三体問題には一般解が存在しない
ブラジルで一匹の蝶が羽ばたくと テキサスで竜巻が起こるかもしれない 天気予報は、決定論的力学と統計力学
フラクタル* 自己相似・特異分布
形そのものを扱うとき → 幾何学のフラクタル コッホ曲線 シェルピンスキー三角形・四面体 カントール集合 マンデルブロ集合 ジュリア集合 (画像検索すると模様が出てくる) → NDC 414幾何学
自然現象のゆらぎ・相転移 臨界現象・スケーリング → 統計力学のフラクタル → NDC 421.4統計力学
イジングモデル 、磁性体のスピンの状態を表すために考案されたモデル +1(上向き) −1(下向き) 強磁性 → 常磁性の相転移の理解 数式はハミルトニアン
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
レイノルズ数 層流と乱流 軽いものの空中水中での浮遊
ベルヌーイの定理 飛行機が飛ぶ原理 翼の上と下の距離の差→速度差→圧力差
ナビエストークス方程式 圧力項 粘性項 外力項 →流体の流れ
シミュレーション CFDは流体力学シミュレーション全体
基礎方程式: ナビエストークス方程式 左辺が 時間項、移流項 右辺が 圧力項 粘性項 外力項 / 格子ボルツマン法
近似離散化法: 有限差分法FDM 有限体積法FVM 有限差分法FDM 境界要素法BEM 渦法 スペクトル法
乱流解析: 計算量大←DNS(直接計算) LES(大きな渦は直接解き、小さな渦はモデル化) RANS(平均化してモデル化)→計算量小
ナビエ–ストークス方程式と連立される代表的な方程式: 連続の式(質量保存) エネルギー方程式(熱・温度) 状態方程式(圧力と密度の関係) 乱流モデル方程式(k–ε, k–ω, SST など) 輸送方程式(濃度・化学種)・ポアソン方程式(圧力補正)
格子ボルツマン法を基礎方程式として使う場合は、通常、ナビエストークス方程式や有限差分法FDM 有限体積法FVM 境界要素法BEM 渦法 スペクトル法、DNS LES RANSを使うことはない
実験
水槽実験: PIV 水にトレーサー粒子(キラキラ光る粉)を流し、レーザーを当てて可視化
風洞実験: スモークワイヤー法: 空中に煙 レーザーを当てて風を可視化 / ピトー管: 流れを正面と真横から受けて、圧を測る / 感圧塗料: 酸素濃度で発光が弱くなる特殊色素
流れを数値化 速度・方向を数値化 時間ごとに各粒子をどう同定するかは粒子相互の位置関係や時間前後の位置関係から数学的に行う必要がある
応用は NDC 515 橋梁工学 NDC 518.8 都市計画 NDC 534 流体機械 流体工学 NDC 537 自動車工学 NDC 538 航空宇宙工学 NDC 550 海洋工学 船舶工学 その他いろいろ
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
光は、電場と磁場が互いに直角に振動しながら進む横波
ヤング 二重スリット実験 干渉縞ができることで光が波であることを示す レーザーではない光源でも二重スリットで干渉縞が起こる 同じ波面の一部を切り出すため、穴の位置(間隔・配置)が極めて重要
アインシュタイン 光電効果 光が金属に当たると電子が飛び出す 一定の周波数以下では電子が全く出ない 赤外線や赤色光では電子が出ず、青色光や紫外線では電子が出る エネルギーhν をもつ粒子として振る舞う (νの増減が連続的なので、電子の数やエネルギーの増減は離散的ではなく連続的)
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
フィゾー 歯車実験 歯車の回転で、往復光が通り抜けられるかどうかを試した 12.6 回転/秒 8.6km往復から光の速度を逆算 秒速30万km
マイケルソン・モーレーの実験 ハーフミラーと光の干渉で測光 エーテル仮説の否定 → 光速度不変の法則 真空中の光の速度は変わらない (⇔液体・結晶中では変わる)
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
光の主要な現象は 透過・反射・屈折・回折・干渉・吸収・散乱・偏光
レンズに関して 収差は、理想的な結像からのズレ 球面収差・コマ収差・非点収差・像面湾曲・歪曲収差・色収差
フレネルレンズ: 薄くて軽いのに、厚い凸レンズと同じ集光力をもつ 凸レンズを同心円状に輪切りして、必要な屈折面だけを残す
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
フレネル: 偏光の解析で、光は横波であることを証明 上下・左右に振動 (⇔ 音波は縦波 伸び縮み 地震波は縦波と横波)
透過の話: 電波は波長が長いほど透過力がある 赤外線・可視光線・紫外線は、物質の振動・回転モード・電子遷移によって大きく透過力が異なる X線は波長が短いほど透過力がある
表面プラズモン: 自由電子と光の結合モードで光を操る 粒子が大きいほど、電子集団の振動モードが長波長側へシフト 小粒子(10–30 nm) → 青・緑側 中粒子(50–100 nm) → 赤側 大粒子(150 nm〜) → 近赤外へ
近接場光: 物質表面に強く局在するエバネッセント場 電子を伴わない
フォトニックナノ構造(フォトニック結晶など): 結晶の周期構造によるバンド構造で光を操る
トポロジカルフォトニクス: 物質の幾何学的位相で光を操る
表面プラズモン・近接場光・フォトニックナノ構造・トポロジカルフォトニクスは、 理論としては 425.4(物理光学・波動光学)デバイス工学としては 425.9(応用光学・光学機器)
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
UV–Vis 紫外可視=電子遷移(π電子系・共役系)-C-C=C-C=C-
IR 赤外=分子振動
近赤外〜赤外線 約0.8〜25μm 分子振動(伸縮・変角) 分子内の化学結合の振動 O–H、C=O、N–H、C-H など極性のある結合 官能基
遠赤外線 約25〜1000μm 格子振動(フォノン) 結晶全体の原子配列が揺れる振動
MW マイクロ波 約1mm〜30cm → 分子回転(形・慣性モーメント・対称性)
Raman ラマン散乱 可視〜近赤外 非弾性散乱 溶液の中を光が通ると色(波長)が変わる 分極率が変化 散乱された光の一部だけが、分子の振動エネルギーの分だけずれる C–C、C=C、C≡C、C–S、C–N など 散乱光のずれをCCDで検出
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
光の三原色: 赤・緑・青 加法混色で、白を含むあらゆる色を作り出す
色の三原色: シアン、マゼンタ、イエロー 混ぜるほど暗くなる減法混色
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
マイケルソン干渉計: ビームスプリッターで経路分割 ミラー反射 再合成・干渉
マッハツェンダー干渉計: ビームスプリッターで経路分割 一方は試料を透過 再合成・干渉
光アイソレーター YIG
カー効果
ファラデー効果
表面プラズモン・近接場光・フォトニックナノ構造・トポロジカルフォトニクスは、 理論としては 425.4(物理光学・波動光学)デバイス工学としては 425.9(応用光学・光学機器)
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
熱の正体=赤外線+物質の振動
赤外線が物質に当たる → 分子が振動して内部エネルギーが増える(温度上昇) 温度が感覚としてとらえられる
温度が上がった物質 → 赤外線を放射する(熱放射)
赤外線を放射する → 物質の内部エネルギーが減り、冷える (放射冷却)
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
サーモグラフィーは、8〜14 µm(大気窓)の空中で減衰がゼロの遠赤外線で、酸化ヴァナジウム(VOx=V₂O₃ と V₂O₅ の混合物) や アモルファスシリコン(a‑Si) でできたマイクロボロメーターという素子で 赤外線による温度変化 → 抵抗変化 → 電気信号 に変換 Y=Asin(2πft + φ)の振幅Aをとらえる
天文学 恒星の温度は波長λでとらえる Y=Asin(2πft + φ) A:振幅 f:周波数 φ:位相 λ と f は光速 c を介して反比例する c = λ f (⇔ サーモグラフィーは振幅Aでとらえる)
接触している物体の温度をとらえるのは、熱電対、抵抗温度計、バイメタルのような接触式温度センサー
熱電対:温度差 → 起電力(ゼーベック効果)クロメル(Ni–Cr)+アルメル(Ni–Al)など
抵抗温度計:温度 → 抵抗値の変化 NTCサーミスタ(温度上昇 → 抵抗減少)は金属酸化物(Mn₂O₃ Co₂O₃ NiO Fe₂O₃など) / PTCサーミスタ(温度上昇 → 抵抗増加)はチタバリ BaTiO3 / 白金Ptは、温度上昇 → 抵抗増加のPTCだがサーミスタの範疇ではない
バイメタル:温度 → 熱膨張率の差 → 曲がり 機械的ON/OFF 低膨張側はFe–Ni合金など バイメタルはサーモスタット(回路)の内部部品
家庭用室内温度計は 液体の膨張式(アルコール温度計)が多い
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
アボガドロ 𝑉 ∝ 𝑛 は、気体の体積はモル数に比例 モル数の概念
(カルノーは熱素説 トムソン(ケルビン卿)は、カルノーの考え方をエネルギーで表し、クラウジウスはカルノーの考え方をエントロピーで表した)
1816 スターリング: 温度差だけで動く外燃機関。 蓄熱器の発明で効率を高めた。 (等温膨張 等容冷却 等温圧縮 等容加熱)
1824 カルノー: 熱を熱素という物質と考える 可逆性 温度差だけで決まる効率 熱力学の骨格を発見
1834 クラペイロン: カルノーを数学化し、カルノーサイクルとPV図を構築 (等温膨張 断熱膨張 等温圧縮 断熱圧縮) / 同じくクラペイロン ボイル PV = const 、シャルル V∝T、ゲイリュサック P∝T、アボガドロ V∝n を統合 PV=nRT
1840 ジュールの法則:電流が流れると抵抗で熱が発生する Q=I^2Rt Q :発生する熱量(ジュール) I :電流(アンペア) R :抵抗(オーム) t :時間(秒)
1854 トムソン(ケルビン卿): ジュールの実験を受け入れ、熱をエネルギーとみなし、 カルノーの思想を「エネルギーの熱力学」として再構築 力=瞬間の押し引き 仕事=力が距離に作用した量 エネルギー=仕事をする能力
第1法則:Q_in − Q_out = W(熱は仕事に変換される) 絶対温度(ケルビン温度)を導入。 / 力=瞬間の押し引き 仕事=力が距離に作用した量 エネルギー=仕事をする能力
カルノーサイクルを、ピストン以外に 大気循環 ハリケーン 海洋循環 恒星内部の対流 冷凍機 などに応用可能に
1865 クラウジウス: 不可逆性を中心に据える 熱力学第2法則を「エントロピー増大」として表現 エントロピー=エネルギーの“使えなさ”の尺度(不可逆性)摩擦・乱流・粘性・熱損失・混合・凝結など カルノーの「可逆性」を、エントロピーの世界に拡張 / / エントロピーの巨視的・工学的側面
1876 オットー: オットーサイクル(断熱圧縮 等容燃焼 断熱膨張 等容排気) =ガソリンサイクル
ちなみに 1712年 ニューコメン 蒸気機関の発明 1769年 ワット 近代蒸気機関の完成 1876 年 ガソリンエンジン=オットーエンジンの発明 → NDC 533 熱機関 熱工学
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
1898 ボルツマン 「気体論講義」 ボルツマン定数 で温度とエネルギーを結びつける / エントロピーを微視的な粒子の統計から説明 エントロピーの式 S = k log e W 系の微視的な状態の多さ=系の微視的な乱雑さ
1902 ギブス 「統計力学の原理」 状態が等確率でない一般の場合に拡張 ボルツマン・エントロピーの一般化 / 反応ギプスエネルギー: 化学反応がどちら向きに進むかを決めるエネルギー差
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
1785 クーロン: F = k・ (q1・q2)/r^2 (万有引力の法則 磁石に関す逆二乗則と形が同じ)
1820 エルステッド: 電流が磁場を作る 電流を流すとコンパスの針が動く 電気と磁気は、別々の現象ではない
1823 アンペール: 電流と磁場の関係を数学化 周回積分
1831 ファラデー: 場の考えを取り入れ、変化が重要だという電磁誘導の法則を発見
1865 マクスウェル方程式 現象 → 法則 → 場 → 数式体系
クーロンの法則から導かれるガウスの法則 電荷が存在すると、そこから電場が生まれる ∇⋅E = ρ/ε0
磁場には湧き出し口も吸い込み口もない 磁気単極子が存在しない 磁力線はループ状に閉じる ∇⋅B=0
磁場が変化すると変化を打ち消す方向に電場が生じる ∇×E=−∂B/∂t (発電機の発想の源は、ファラデーの電磁誘導)
磁場が発生する原因は2つ 電流が流れること μ0j 電場が時間的に変化すること μ0 ε0・∂E/∂t ∇×B= μ0j+μ0 ε0・∂E/∂t (モーターの発想の源は、アンペールの法則 )
電場の変化 → 磁場を作る → その磁場の変化 → 電場を作る という連鎖が起こり、結果として、電磁波(光)が自立して伝わる (のちにヘルツが実証)
1913年 ミリカンの油滴実験 油滴の電荷が「基本電荷の整数倍 e = 1.602 × 10^−19 C
透磁率(μ): 磁場が物質中でどの程度発生するか。
B = μH: 同じ磁場 H でも異なる材料によって異なる磁束密度 B を生じる 材料はコイルの中に入れる磁性材料 鉄心・パーマロイ・フェライトなど μ が小さい材料=磁束を通しにくい
磁場強度(H): H=nℓ/L H:磁場強度(アンペア毎メートル) n:巻き線の数 ℓ : 電流(アンペア) L : 巻き線の長さ(メートル)
誘電率(ε): 電場が物質中でどの程度発生するか。
C = ε・A/d : コンデンサの静電容量を表す Cは静電容量(F) εは誘電率(F/m) Aは電極面積(m²) 電流は通りにくいが、電場をかけると分極する
絶縁物の中では導電電流は流れないが、絶縁物でも、 誘電率が高い材料は、電場が変化すると極化の変化が大きくなり、 その結果「変位電流」が大きくなる。
直流(DC)では:電場は時間変化しない → 変位電流はゼロ / 交流(AC)では:電場が時間変化する → 変位電流が発生する
モーター 発電機 磁性材料のシミュレーションは、マクスウェル方程式とFEMで行われることが多い → NDC 542.13 電動機[モータ]NDC 542.12 発電機
電波伝搬は、マクスウェル方程式とFDTDでシミュレーションが行われることが多い → NDC 547.51 電波伝播 無線回路・測定
太陽、地磁気、電磁流体のシミュレーションは、MHD方程式とFEMで行われることが多い → NDC 444 太陽 太陽物理学 NDC 427.9 地磁気 NDC 427.6 電磁流体力学
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
摩擦帯電: 摩擦で+電気を帯びるプラスチックとー電気を帯びるプラスチックは何が違うか → 分子の極性・官能基・フッ素含有・表面エネルギーで決まる
+に帯電するプラスチック:電子を失いやすい(電子親和性が低い) ポリエチレン(PE) ポリプロピレン(PP) ポリスチレン(PS)
−に帯電するプラスチック:電子を受け取りやすい(電子親和性が高い) ポリテトラフルオロエチレン(PTFE:テフロン) ポリ塩化ビニル(PVC) ポリカーボネート(PC)
誘電体: 絶縁体に近い概念 電気は通しにくい 電波は透過する 誘電体の一部が圧電体 圧電体の一部が焦電体 絶縁体⊃誘電体⊃圧電体⊃焦電体
圧電体: 押さえると一瞬電気を流す 電気を通すと振動する 水晶(SiO2) チタン酸バリウム(BaTiO3) チタン酸ジルコン酸鉛(PZT) ポリフッ化ビニリデン(PVDF)
圧電素子の用途: クオーツ時計 超音波発振器 超音波モーター AE(材料内部の微小破壊で出る音を検出) など
焦電体: 温度変化で電荷を発生 チタン酸バリウム(BaTiO3) チタン酸ジルコン酸鉛(PZT) ポリフッ化ビニリデン(PVDF) 温度の絶対値ではなく 、温度変化 にだけ反応するため、動く物体(人・動物・炎)を高感度・低ノイズで検出
絶縁性が高いほど(導電率σが低いほど)電波は通りやすいが、誘電率が高いほど、電波の透過率は低くなる。空気(ε ≈ 1)→ よく通る ガラス(ε ≈ 4〜10)→ 弱くなる 水(ε ≈ 80)→ ほぼ通らない
絶縁性が低いほど(導電率σが高いほど)電波は透過しない 電波が反射・吸収され、電流に変換される → NDC 547.53 アンテナ
BaTiO₃ や PZT や PVDFに関して、圧力で変化する分極Pはεとは別の物理量。コンデンサとしても機能する。
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
ゼーベック素子 温度差で起電力を生む ビスマス・テルル(Bi2Te2)→ 熱電発電
ペルチェ素子 電流を流すと温度差を生む これもビスマス・テルル(Bi2Te2)→ 簡易冷蔵庫
ともに、高温側と低温側の間に N型・P型の脚を伸ばす N型 P型 N型 P型・・・ 直列
ゼーベック素子では、電流をNからPに受け渡すところが低温部で、電流をPからNに受け渡すところが高温部、電流が+ → N型 → P型 → N型 → P型 → … → −と流れる
ペルチェ素子では、電流を+ → N型 → P型 → N型 → P型 → … → −と流し、電流をNからPに受け渡すところが冷たくなり、電流をPからNに受け渡すところが熱くなる
N型ビスマス・テルル:Se、I、Br、Cl などのハロゲン系をドープ (電子を増やす) / P型ビスマス・テルル:Sb(アンチモン)をドープ(ホールを増やす)
以下は、NDC 426.2 温度*・熱量測定* 比熱 の領域
サーモグラフィーは、8〜14 µm(大気窓)の空中で減衰がゼロの遠赤外線で、酸化ヴァナジウム(VOx=V₂O₃ と V₂O₅ の混合物) や アモルファスシリコン(a‑Si) でできたマイクロボロメーターという素子で 赤外線による温度変化 → 抵抗変化 → 電気信号 に変換 Y=Asin(2πft + φ)の振幅Aをとらえる
天文学 恒星の温度は波長λでとらえる Y=Asin(2πft + φ) A:振幅 f:周波数 φ:位相 λ と f は光速 c を介して反比例する c = λ f (⇔ サーモグラフィーは振幅Aでとらえる)
接触している物体の温度をとらえるのは、熱電対、抵抗温度計、バイメタルのような接触式温度センサー
熱電対:温度差 → 起電力(ゼーベック効果)クロメル(Ni–Cr)+アルメル(Ni–Al)など
抵抗温度計:温度 → 抵抗値の変化 NTCサーミスタ(温度上昇 → 抵抗減少)は金属酸化物(Mn₂O₃ Co₂O₃ NiO Fe₂O₃など) / PTCサーミスタ(温度上昇 → 抵抗増加)はチタバリ BaTiO3 / 白金Ptは、温度上昇 → 抵抗増加のPTCだがサーミスタの範疇ではない
バイメタル:温度 → 熱膨張率の差 → 曲がり 機械的ON/OFF 低膨張側はFe–Ni合金など バイメタルはサーモスタット(回路)の内部部品
家庭用室内温度計は 液体の膨張式(アルコール温度計)が多い
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
グロー放電 真空に近い低圧 均一プラズマ発生 → ネオン管・蛍光灯 スパッタリング プラズマエッチング プラズマ洗浄・表面改質
コロナ放電 大気圧 尖った電極で局所的強電界 → 静電気除去 空気清浄機(オゾン生成) → コピー機・レーザープリンタ(帯電工程)
アーク放電 低圧でも大気圧でも 高電流高温で強い光 → アーク溶接 アーク炉(製鋼・黒鉛製造) ナノ材料生成(カーボンナノチューブ)雷のモデル化
初期の放射線研究のために使われた真空管
クルックス管 陰極線が磁場で動く JJトムソンによる電子の発見
レントゲン管 陰極線がガラス壁に衝突 → X線の発見
クーリッジ管 クーリッジ管は熱電子の発生もタングステン 電子線の標的もタングステン 安定した強力なX線の発生で医療用に
ガイスラー管 気体放電の色の研究 → ネオンサイン
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
太陽、地磁気、電磁流体のシミュレーションは、MHD方程式とFEMで行われることが多い → NDC 444 太陽 太陽物理学 NDC 427.9 地磁気 NDC 427.6 電磁流体力学
核融合シミュレーション MHD方程式 や PIC などを使う プラズマの磁場閉じ込めと漏れ 加熱に関することなど → NDC 539.13 核融合
プラズマボール(展示物) 中はNe Arなどのプラズマ 指先に電子が寄ってくる 中央電極はAC交流でプラス・マイナス変化 指先で電界集中が起こる 指先が放電経路を選ばせる
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
外核(液体の鉄・ニッケル)が 自転の影響を受けながら対流し 電流が生まれ、ダイナモ作用で磁場を形成
数百万年スケールで 地磁気逆転
千葉県のチバニアン(77.4万年前の地層)は 堆積残留磁化 磁鉄鉱(磁鉄鉱 Fe₃O₄)が堆積する瞬間に地磁気の方向を記録 火山灰ジルコン年代測定(40Ar/39Ar)と照合
ハワイ、アイスランド、オレゴンでは、溶岩のキュリー点が580°Cを下回る瞬間に、磁鉄鉱(磁鉄鉱 Fe₃O₄)が地磁気方向を記録
地球を包む磁気圏を形成 太陽風の荷電粒子(主に電子と陽子)の地表への到達を防ぐ (⇔ オゾン層は太陽の紫外線 特に UV-B, UV-C の地表への到達を防ぐ)
太陽風と地球磁場の相互作用 → 磁気嵐 オーロラ
ヴァン・アレン帯: 地上約 640 km〜40,000 km 熱圏の外側 内帯と外帯がある / 外帯は太陽風起源 内帯は宇宙線と大気の衝突起源 / 高エネルギー電子・陽子は ヴァンアレン帯内部で バウンス運動:磁力線に沿った往復運動(電子も陽子も同じ方向)ドリフト運動:磁力線に沿わない周回運動(電子と陽子で逆方向)
ピッチ角により、ヴァン・アレン帯に閉じ込められるものと、極域へ落ちていくものの両方がある / 極域に落ちていくもののうち、電子が酸素と相互作用してオーロラを作る
強い太陽風(太陽嵐) と 通常の太陽風(高速太陽風、低速太陽風)がある ともに粒子は 陽子(H⁺) 電子(e⁻) ヘリウムイオン(He²⁺) 陽子(H⁺) 電子(e⁻)が大部分
強い太陽風(太陽嵐) コロナで爆発的な磁気リコネクションが起こる → コロナ質量放出CMEが起こる → 強い太陽風が起こる → 北向き・南向きのうち南向き磁場の太陽風が地球で磁気嵐を起こす → 人工衛星に被害 通信障害 発電所変電所被害 緑・赤のオーロラ
通常の太陽風(高速、低速) コロナ質量放出CMEは起こってない 太陽コロナが重力を振り切ってプラズマ流として流れ出す → オーロラを起こすことはある 主に緑のオーロラ
シミュレーション: 外核ダイナモはMHD方程式+FVM など / 太陽風と地球磁場の相互作用・荷電粒子挙動・ヴァン・アレン帯のシミュレーションは MHD方程式+FVM PIC拡散方程式 などで
関連NDC: 地磁気逆転→NDC 456 地史学 層位学 / 太陽風・磁気嵐→NDC 444 太陽 太陽物理学 / ヴァンアレン帯→440.12 宇宙物理学 天体物理学 (流体)
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
分子間力 物質の凝集・溶解・結晶化・高分子物性(Tg・結晶化度)を支配する基礎原理
ファンデルワールス力:極性分子・非極性分子、電子分布のゆらぎや双極子が作る。 グラファイト層間の結合 油同士の凝集 非極性分子の沸点が分子量で上昇する 油が水に溶けない タンパク質の疎水性コア形成 高分子結晶化
水素結合:H と電気陰性度の高い O・N・F が作る特殊な強い双極子相互作用。 粘度・表面張力に関わる 水の高い沸点、DNA の二重らせん、タンパク質のαヘリックス・βシート
イオン性相互作用:イオンが作る(相手はイオン・双極子・非極性分子も含む)。 Na⁺ と H₂O Mg²⁺ とカルボキシル基など
極性分子は極性溶媒に、非極性分子は非極性溶媒に溶ける (ファンデルワース力 水素結合 イオン性相互作用)
タンパク質の結晶化には、水素結合・疎水性相互作用(ファンデルワールス力)・静電相互作用(イオン性相互作用)・水媒介相互作用(水素結合)
高分子物理学に関しては 分子間力・凝集構造 統計力学 ガラス転移 結晶化・融解 溶液・溶融体の物性 電気・光学的性質などを扱う (⇔工学的には NDC 431.9 高分子化学)
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
シアシックニング流体=ダイラタント流体(固体に近い) 速い変形→固体 遅い変形→液体 せん断速度が増えるほど 粘度が上がる 片栗粉に水 防弾チョッキSTF(SiO₂+PEG)
シアシニング流体=擬塑性流体 (液体に近い) 速い変形→液体 遅い変形→固体 歯磨き粉 バター ケチャップ マヨネーズ 血液 泥 スラリー・コンクリート 高分子溶液、塗料、化粧品
ビンガム流体 降伏応力を超えると流れる 押すと出る/押さないと出ない 土石流シミュレーション
擬塑性流体は、ビンガム流体の性質も持つことが多い / ダイラタント流体も、ビンガム流体の性質も持つことが多い / 擬塑性流体がダイラタント流体の性質を持つことはない
チキソトロピー(時間とともに粘度低下):塗料、泥 塗ったり撹拌したりするとサラサラ 静置すると硬くなる
レオペクシー(時間とともに粘度増加):石膏スラリー
チキソトロピーがレオペクシーの性質を持つことはない
片栗粉+水 と STF(SiO₂+PEG)は、チキソトロピーでもレオペクシーでもない
歯磨き粉 バター ケチャップ マヨネーズ 血液 泥 スラリー・コンクリート 高分子溶液、塗料、化粧品は、擬塑性流体であり、ビンガム流体でもあり、チキソトロピーでもある場合が多い
石膏スラリーはレオペクシーなのに、セメントスラリーはチキソトロピー
粘弾性流体(弾性+粘性) 高分子溶液 スライム 溶融ポリマー
粘弾性流体(弾性+粘性)が “擬塑性流体” でもあり、“ビンガム流体的” でもあり、“チキソトロピー” でもあることは十分にあり得る。
粘弾性流体(弾性+粘性)が ダイラタント流体 でもあり、ビンガム流体的 でもあり、チキソトロピー でもあることは非常にまれ
歯磨き粉 バター ケチャップ マヨネーズ 血液 泥 スラリー・コンクリート 高分子溶液、塗料、化粧品は、擬塑性流体であり、ビンガム流体でもあり、チキソトロピーでもあり、粘弾性流体であることは十分にあり得る。ただし強弱がある。
土質力学のダイレタンシー = 剪断で体積が増える現象 砂や粒状体がせん断されると、粒子が再配列して体積が増加する象
非ニュートン流体のダイラタント流体 = 剪断で粘度が増える流体
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
金属のバンド構造: 価電子帯 = 伝導帯 バンドが重なっていて、電子が自由に動ける フェルミ準位がバンドの中にある
半導体のバンド構造: 価電子帯と伝導帯の間に狭いバンドギャップがある フェルミ準位はバンドギャップの中 温度や光で電子が励起され、一部の電子が励起されて伝導帯へ
誘電帯・絶縁体のバンド構造: 価電子帯と伝導帯の間に非常に大きいバンドギャップがある フェルミ準位はバンドギャップの中 電子はバンドギャップを超えられない
半導体は温度が高くなると導電性が高くなる 金属と逆
光りもの(光デバイス) LED レーザーダイオード 太陽電池 受光素子 など
LED 発光ダイオード は 化合物半導体 GaAs → 赤 InP → 赤外 GaN → 青・紫外 InGaN → 緑(Inの量で青~黄緑に変化)
太陽電池の多く、受光素子の多く(cMOS CCD) は シリコン半導体
走りもの(計算 増幅) IC LSIに使われるもの
計算用:cMOS(ユニポーラ) 増幅用:BJT(バイポーラ) は シリコン半導体
パワーエレクトロニクス 交流直流変換AC/DC 直流交流変換DC/AC 直流電圧変換DC/DC 交流周波数変換AC/AC
化合物半導体が多い SiC GaN
熱もの サーミスタ NTCサーミスタ(高温で抵抗が減る) は 誘電体に近い半導体の金属酸化物(Mn₂O₃, Co₂O₃, NiO, Fe₂O₃ など) PTCサーミスタ(高温で抵抗が増える) は 誘電体セラミック BaTiO₃(チタン酸バリウム)
誘電体については、NDC 427.3 静電気学*:電荷,誘電体 に多く分類される
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
強磁性体 スピンは整列(↑↑↑↑)
フェリ磁性体 スピンは反平行整列(↑ ↓↑ ↓)だが、片方の向きが大きく 片方の向きが小さい 差が磁性となる
常磁性体 スピンは ランダム (↑←↓→)
反磁性体 スピンは電子対(↑↓)未対電子がなく、外部磁場に反発する S極が来てもN極が来ても弱く反発する 軌道の誘導電流
反強磁性体 スピンは反平行整列(↑↓↑↓)未対電子があり、外部磁場に弱く引かれる
強磁性体: 鉄Fe コバルトCo ニッケルNi パーマロイ(Ni–Fe合金) 希土類磁石 Nd₂Fe₁₄B SmCo5 (希土類=レアアース:Nd、Gd、Dy、Tbは低温で強磁性)
フェリ磁性体(強磁性体の一部): フェライト酸化物 Fe3O4(磁鉄鉱) BaFe₁₂O₁₉ SrFe₁₂O₁₉ Mn-Znフェライト Ni-Znフェライト
常磁性体: アルミニウムAl 白金Pt チタンTi クロムCr マンガンMn 金属酸化物の多く TiO₂など
反磁性体: 超伝導体(完全反磁性) 炭素同素体(典型的にはグラファイト) 金Au 銀Ag 銅Cu 亜鉛Zn 窒素N
反強磁性体: MnO NiO
強磁性体は磁場に引き寄せられ、反磁性体は磁場に反発
保磁力が強いのは、希土類磁石(強磁性体)とフェライト磁石(フェリ磁性体)
電子のスピンの向きが揃ってS極 N極ができる
1 磁性は電子スピンが作る (スピンは自転のように振る舞う量子力学的性質)
2 普通は↑↓ スピンが反対方向に並ぶので、磁性は打ち消される(反強磁性・常磁性)
3 Fe・Co・Ni は 3d 電子で、希土類は 4f 電子でスピン整列 磁気異方性を作る
4 希土類磁石・フェライト磁石では結晶場が磁気異方性を固定する
5 その結果、磁性が打ち消されず残り、磁石として成立する
強磁性体には硬磁性のものと軟磁性のものがある → ヒステリシス曲線
硬磁性体 → 保磁力が大きい/透磁率は低い/ヒステリシス損失は大きい/交流に追随しにくい フェライト磁石 希土類磁石
軟磁性体 → 保磁力が小さい/透磁率は高い/ヒステリシス損失は小さい/交流に追随しやすい 鉄Fe コバルトCo ニッケルNi パーマロイ(Ni–Fe合金) Mn-Znフェライト Ni-Znフェライト
強磁性体は、温度が高くなると常磁性体に変わる キュリー点
硬磁性体 キュリー点で他の磁石にくっつかなくなる 保磁力がなくなるが、常磁性として磁力はゼロにはならない
軟磁性体 キュリー点で磁石にくっつかなくなる
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
霧箱 放射線がアルコールを電離してできるイオンの道に、アルコール蒸気が凝結して白い雲の筋になる。電離そのものが見えているわけではなく、凝結が見えている。
よく見える順 μ(ミューオン)>β線(ベータ線 電子線)>α線(アルファ線) γ線(ガンマ線)は電荷がないので見えない
霧箱は、宇宙線のミュオン、ベータ線、線源のアルファ線を見ることができる アルファ線はガス灯マントルのトリウム(232Th系列) ウランガラス(U-238 系列)などの線源があると見える
ミューオンは長い直線 ベータ線は曲がった線 アルファ線は太く短い線
自然放射能 花崗岩 食品 / 40K → β崩壊でβ線放出 → 40Ca (89%) / 40K → K殻電子捕獲でγ線放出 → 40Ar / 霧箱では見えない サーベイメータで見える
サーベイメータは、放射線量を測る携帯型測定器の総称
GM管(ガイガー=ミュラー計数管)β線
NaI(Tl) シンチレーション検出器 γ線
プラスチックシンチレータ β線 γ線
ゲルマニウム検出器 高分解能 γスペクトルで核種分析
加速器
コッククロフト=ウォルトン型: 整流回路で、高電圧を得る コンデンサに電荷を蓄積 粒子は別のイオン源(放電管・熱陰極・ガス放電)で作り、高電圧で加速
バンデグラーフ型: ベルトで電荷を運び、アルミボールに電荷を蓄積 高電圧を作る 粒子は別のイオン源(放電管・熱陰極・ガス放電)で作り、高電圧で加速
型式からは シンクロトロン(円形) サイクロトロン(うずまき) 線形加速器(リニアック ライナックなどの名称) に分かれる
リニアック・ライナック: 電子銃で電子を作る RF(高周波電磁波)で粒子を連続的に押し出す
シンクロトロン サイクロトロンは、電場で加速 磁場で軌道を曲げる シンクロトロンは変動磁場・変動周波数→円形軌道 サイクロトロンは固定磁場・固定周波数→うずまき軌道
電場加速には、 プラス・マイナス電場の交互反転で加速する方式(静電場の切替)と 電磁波(RF電場)に粒子を同期させて乗せる方式(高周波加速)がある
用途からは 高エネルギー物理学(素粒子論の実証)→NDC 429.2 / 放射光(化学分析 応用物理)→NDC 549.98 / 放射線医学→NDC 492.4 に分かれる
NDC 429.2 高エネルギー物理学 シンクロトロン 世界最大は CERNのLHC(スイス・フランス国境) 日本国内 KEK2(つくば) J-PARC(茨城県東海村) / サイクロトロン RIBF(理研和光) 阪大核物理研究センター など
NDC 549.98 シンクロトロン スプリングエイトSPring-8(高輝度放射光 佐用町) フォトンファクトリーPhoton-Factory(量研 つくば市) ニュースバルNew-SUBARU(兵庫県立大 佐用町) ユーヴイソールUV-SOR(分子研 岡崎市) など
NDC 492.4 医療用加速器 シンクロトロン(炭素線・陽子線)は全国数か所 リニアック(X線 電子線) は全国がん治療拠点病院
円形加速器では、フレミングの法則で粒子を加速する向きを理解できる 偏向電磁石のN極→S極 陽子・陽電子加速の場合はフレミング左手(電流と同じ) 電子加速の場合はフレミング右手(電流と逆)
NDC 429.2の加速器(高エネルギー物理学)に絞ると
CERNは研究所 LHCは加速器 ATLASは検出器 LHCの周長27km ATLASで陽子と陽子をぶつける 14TeV ヒッグス粒子 W/Zボソン トップクオーク の観測
ATLAS検出器 内側の衝突現場から → 内部飛跡検出器 → 電磁カロリーメーター → ハドロンカロリーメーター → ミュオン検出器
何でできているか 内部飛跡検出器:シリコン半導体とガス(Xe, CO₂, O₂) → 電磁カロリーメーター:鉛Pbと液体アルゴンLArのサンドイッチ構造 → ハドロンカロリーメーター:鉄とプラスチックシンチレータと銅と液体アルゴン → ミュオン検出器:アルミ製ドリフト管+ガス(Ar+CO₂)
観測する粒子 内部飛跡検出器:電子 陽子 陽電子 ミュオン 電荷のある中間子 → 電磁カロリーメーター:電子 光子γ → ハドロンカロリーメーター:陽子 中性子 電荷のある中間子 → ミュオン検出器:ミュオン
観測する現象 内部飛跡検出器:電離による信号(軌跡と運動量) → 電磁カロリーメーター:電磁シャワーの吸収(電子・光子のエネルギー) → ハドロンカロリーメーター:ハドロンシャワーの吸収(ハドロンのエネルギー) → ミュオン検出器:ミュオンの電離(ミュオンの軌跡と運動量)
KEK(高エネ機構)は研究所 KEKBは加速器 Belleは検出器 Belleで電子と陽電子ぶつける B中間子の崩壊、CP非対称性
Belle検出器 内側から シリコンバーテックス → ドリフトチャンバー → 石英ガラス → カロリーメーター → ミュオン検出器
何でできているか シリコンバーテックス:シリコン半導体 → ドリフトチャンバー:ガス(ヘリウムとエタン)+ワイヤー(タングステンとアルミ) → 石英ガラス:エアロゲル(シリカと空気) → カロリーメーター:CsI(Tl)結晶 → ミュオン検出器:フロンガスとベークライト
観測する粒子 シリコンバーテックス:荷電粒子 → ドリフトチャンバー:荷電粒子 → 石英ガラス:高速荷電粒子 → カロリーメーター:電子・光子 → ミュオン検出器:ミュオン
観測する現象 シリコンバーテックス:電離で軌跡 → ドリフトチャンバー:電離+ドリフト時間 → 石英ガラス:チェレンコフ光 → カロリーメーター:電磁シャワーの発光 → ミュオン検出器:ミュオンの電離
カロリーメーターに関して 電磁シャワー=電子・陽電子・光子が作るシャワー(電磁相互作用) / ハドロンシャワー=陽子・中性子・π・K が作るシャワー(強い相互作用) → 相互作用が違うので、シャワーの広がり方・吸収のされ方・検出器の材料がまったく違う。
サイクロトロンは、ウランまでの重い元素を加速できる (⇔シンクロトロンは、電子、陽子、陽電子など軽い粒子を加速する)
RIBFは、コライダー(粒子-粒子衝突型)ではなく、粒子を標的に当てる 粒子は不安定核 標的はBe, C, H₂, D₂, Pb など
BigRIPS RIビームをつくる・分離する
SAMURAI(超伝導スペクトロメータ 大開口・多粒子) / OEDO(中開口) / SHARAQ(小開口 → 単一粒子 核分光)
SAMURAI・OEDO・SHARAQ はスペクトロメータ 磁場で曲げて A/q を測る → 運動量解析 → PID / EURICAは β崩壊 γ線分光
PID(粒子識別)のしくみ:TOF(飛行時間・速度)+dE/dx(シリコン中でのp π K イオンのエネルギー損失)+磁場解析(A/q 質量数/電荷状態) を使う
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
レントゲン 陰極線を金属に当ててX線を発見
クーリッジ タングステンで熱電子を発生させ 電子を標的タングステンに当て、強力なX線の発生に成功 クーリッジ管
J.J. トムソン クルックス管 電子を発見
ラザフォード 窒素にα粒子を衝突 水素原子核こそがすべての原子核の構成要素である ラジウム・ポロニウムをアルファ線源として用いる
チャドウィック ベリリウムにα粒子を当てて中性子を発見
α線源 重核の α崩壊 Po-210, Ra-226, Am-241
β線源 PET用18F‑FDG は、サイクロトロンで 18O に陽子を当てて 18F を作り、糖と合成
X線源 クーリッジ管 レントゲン、CT、マンモグラフィ マンモグラフィだけはターゲットがWでなくMo/Rh 治療用X線はリニアックで電子加速してW標的、シンクロトロンのアンジュレータ→化学分析
γ線源 Tc‑99m(核医学 SPECT) Co‑60(ガンマナイフ) I‑131(甲状腺治療)
非破壊検査用線源は X線はクーリッジ管 γ線は Co‑60 Ir‑192
透過力の強い順: 中性子線>β線(電子・陽電子)>X線・γ線(電磁波)>α線(ヘリウム核)
中性子線は、金属をよく透過し、軽い元素を透過しない X線とコントラストが逆 特殊な非破壊検査に使う可能性 金属の中の空気や水 鋳造 鉄筋コンクリート 鉄筋を透過し、水を含むコンクリートは透過しにくい
中性子線源は 加速器で陽子をターゲットに衝突させる 同位体線源(Am–Be、Cf-252) 核融合D-D
中性子は電磁力での誘導は不可能 小さい入射角、強い力でNi管内を反射 誘導可能 / 強い力は 1fm 付近で引力 Ni管内では散乱
X遷とγ線の区別についての注意 加速器分野では、10nmでX線とガンマ線を区別 医療分野、非破壊検査では、同位体線源からのものをγ線 クーリッジ管や加速器からのものをX線とよぶ傾向
ベクレルBq=物質の放射能の強さ(崩壊数)
シーベルトSv=人体が受けた影響(被ばく量)
空間線量は、μSv/h(マイクロシーベルト毎時)
致死被ばく量(急性):4〜5 Sv(シーベルト)前後 数秒〜数分 / 放射線障害が起こる量:0.1〜1 Sv 数分〜数時間 / 飛行機(東京⇄ニューヨーク往復):約 0.1 mSv(ミリシーベルト)24時間 / 胸部レントゲン(1回):約 0.08〜0.1 mSv 0.1秒
Bq は放射線の種類を区別しない。 Sv と μSv/h は、α・β・γ・中性子で“重み付け”が変わる。 γ線主体の環境では μSv/h はほぼ γ線量。
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
核図表の帯の外側 不安定同位体 内側は安定
ニホニウム 2015年 理研 209Bi + 70Zn → 279Nh / 半減期は 数ミリ秒〜数秒 / α崩壊を連続して起こす / 崩壊系列が指紋になる 崩壊系列を3回再現し、存在を確定
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
ラザフォード 金箔実験 アルファ線の散乱角から原子内部の質量と電荷の分布 → 原子モデル 原子核(中性子+陽子)のまわりを電子がまわる
壊変系列
α崩壊 α線はヘリウム原子核 質量数4減る 原子番号2減る
β崩壊 β線は電子 中性子が陽子に変わる 原子番号1増える 質量数は変化なし γ線放出を伴う場合が多い
質量数 トリウム系列 4n ウラン系列 4n+2 アクチニウム系列 4n+3 ネプツニウム系列 4n+1 nは整数 +のあとの数字は余り
トリウム系列:252Cf(98) α 248Cm(96) α 244Pu(94) α 240U(92) β 240Np(93) β 240Pu(94) α 236U(92) α 232Th(90) α 228Ra(88) β 228Ac(89) β 228Th(90) α 224Ra(88) α 220Rn(86) α 216Po(84) α 212Pb(82) β 212Bi(83) β 212Po(84) α 208Tl(81) β 208Pb(82)
ウラン系列:238U(92) α 234Th(90) β 234Pa(91) β 234U(92) α 230Th(90) α 226Ra(88) α 222Rn(86) α 218Po(84) α 214Pb(82) β 214Bi(83) β 214Po(84) α 210Pb(82) β 210Bi(83) β 210Po(84) α 206Pb(82)
アクチニウム系列:235U(92) α 231Th(90) β 231Pa(91) α 227Ac(89) β 227Th(90) α 223Ra(88) α 219Rn(86) α 215Po(84) α 211Pb(82) β 211Bi(83) α 207Tl(81) β 207Pb(82)
ネプツニウム系列:237Np(93) α 233Pa(91) β 233U(92) α 229Th(90) α 225Ra(88) β 225Ac(89) β 221Fr(87) α 217At(85) α 213Bi(83) β 213Po(84) α 209Pb(82) β 209Bi(83) α 205Tl(81)
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
1938年 ドイツでリーゼ・マイトナーとオットー・ハーン n + ²³⁵U → ⁹²Kr + ¹⁴¹Ba + 3n + 200 MeV を発見
オットー・ハーンがウラン崩壊で見つけたバリウムを、もと共同研究者リーゼ・マイトナー(ユダヤ人)が亡命先スウェーデンでE=MC^2を使って物理的に解釈
それまで、ウランに中性子を当てると多数の放射性物質ができる現象が連鎖反応として理解されていたが、自然崩壊(壊変系列に沿った崩壊)と核分裂の区別がついていなかった
ナチスドイツはこの研究成果を利用せず、アメリカが極秘裏にマンハッタン計画を開始
U‑235 や Pu‑239 の熱中性子核分裂では、 質量数 90 前後(軽い山) と 質量数 135 前後(重い山) に分かれることが圧倒的に多い。
Kr(クリプトン)– Ba(バリウム)系 235U → 92Kr + 141Ba + 3𝑛
Sr(ストロンチウム)– Xe(キセノン)系 235U → 90Sr + 144Xe + 2𝑛
Y(イットリウム)– Cs(セシウム)系 235U → 95 Y + 137Cs + 2 𝑛
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
クオーク: アップu、ダウンd、チャームc、ストレンジs、トップt、ボトムb → 陽子uud 中性子udd 中間子を形成
レプトン: 電子e、ミュー粒子μ、タウ粒子τ 電子ニュートリノνe、ミューニュートリノνμ、タウニュートリノντ → 電子以外は物質と相互作用をほとんどしない
ゲージ粒子
グルーオン 強い力でクオークとクオークをくっつける 陽子と陽子をくっつけるのはπ中間子の交換として記述されるが、根源はグルーオン
Wボソン 弱い力で素粒子を別の素粒子に変える 中性子→陽子の変換は、d→u β崩壊 n → p + e⁻ + ν̄e / 陽子→中性子の変換は、u→d 逆β崩壊 p + νˉe → n + e+ / μ → e ミュー崩壊
Zボソン ν e qの散乱 粒子の種類は変えない
光子 電磁力を伝える 電子と原子核をつなぐ
グラヴィトン 重力を伝える仮説粒子 標準模型には含まれない
ヒッグズ粒子 質量をつくる
宇宙誕生後、強い力 弱い力 電磁力 重力が分かれた時期が 時刻(秒)×温度(GeV)×相互作用の状態 から推定されている
10⁻⁴³ 秒 重力が他の力と分かれる (未解決)
10⁻³⁶ 秒 強い力が弱電力から分かれる
10⁻¹² 秒〜10⁻⁶ 秒 弱い力と電磁力が分かれる
ハドロン
中性子(n)= udd 単独では約880秒(約14分40秒)で崩壊する
陽子(p)= uud
中間子(メソン)は、クォークと反クォークがペア
π中間子udは宇宙線の陽子が大気中の原子核と衝突して生成
K中間子us dsはストレンジを含む 宇宙線+大気でも、加速器でもできる
B中間子ub db sb cb ボトムを含む 加速器で生成 Belle実験 電子と陽電子を衝突させる
スーパーカミオカンデ 水5万トン+光電子増倍管13014本
電子ニュートリノνe+中性子n→陽子p+電子e (太陽ニュートリノ・加速器ニュートリノT2K)
ミューニュートリノνμ+中性子n→陽子p+ミュオンμ (大気ニュートリノ・加速器ニュートリノT2K)
反ミューニュートリノνˉμ+陽子p→中性子n+ミュオンμ (大気ニュートリノ・加速器ニュートリノT2K)
電子、ミュオン、反ミュオンが生ずるチェレンコフ光を光電子増倍管へ
ニュートリノ振動は 1998 スーパーカミオカンデが 大気ニュートリノ νμ → ντ / 2001太陽ニュートリノ νe → νμ, ντ / 2009~ T2K 加速器ニュートリノ νμ → νe
地球直径(約1万 km)という飛行距離に対して、見えやすい振動モードが存在する
太陽ニュートリノ → 長い周期 大気ニュートリノ → 短い周期 加速器ニュートリノ → 短い周期を人工的に最適化
宇宙ニュートリノは、振動周期の観測は不可能 フレーバー比の変化は観測されている
カムランド 液体シンチレーター+油(ドデカン+ピシン+蛍光物質PPO=2,5-ジフェニルオキサゾール)
反電子ニュートリノνˉe+陽子p → 陽電子e+ + 中性子n (逆β崩壊) (原子炉ニュートリノ)
陽電子の対消滅のときのガンマ線 中性子が水素に捕獲されるときのガンマ線 をシンチレーターで観測→光電子増倍管へ
β⁻崩壊(中性子が陽子に) n → p + e- + νˉe 内部では d → u ニュートリノ入射では起こらない
β⁺崩壊(陽子が中性子に) p → n + e+ + νe 内部では u → d ニュートリノ入射では起こらない
逆β崩壊(反電子ニュートリノ吸収) νˉe + p → n + e+ 原子炉ニュートリノで起こる
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
陽子が大気中の原子核と衝突すると、パイ中間子が生成される これが崩壊してミュー粒子(μ)やニュートリノとなり、地上で観測される二次粒子の主な成分になり
一次宇宙線(陽子p…90% ヘリウム原子核α…9% 電子e-…数% その他:C, O, Fe)が大気核と衝突すると、π中間子・K中間子が大量にできる。
π → μ + ν / μ → e + ν + ν / π⁰ → γ + γ
その結果、二次宇宙線として ミュオン、ニュートリノ、電子、陽電子、ガンマ線、中性子、陽子 が地表に到達する。
原子核乾板は、特に素粒子観測に最適化された写真乾板 ゼラチン膜の中に分散された臭化銀(AgBr)の結晶。 荷電粒子が通った軌跡に沿って AgBr が化学的に還元されて銀粒子になる 潜像は現像液で増幅されて大量の銀粒子になる
原子核乾板で発見された素粒子は: アンダーソン 陽電子(e⁺) アンダーソン ミュー粒子(μ) パウエル パイ中間子(π)
原子核乾板は現代も加速器実験とミュオグラフィで用いられる ミュオグラフィで火山、ピラミッド、原子炉内部の可視化
把握できる事象数と時間分解能は検出器の方がよく、空間分解能は検出器が10 μm 程度なのに対し、原子核乾板が100nm 相互補完的
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
今日では、赤外線吸収スペクトル X線回折 蛍光X線 NMR 質量分析 クロマトグラフィー などさまざまな機器分析で元素、化学式を特定できるが、そこに至る過程は?
1789年 ラヴォアジエ 気体の同定 元素とは、化学的手段ではこれ以上分解できない単純な物質
鉱石を酸で溶かす アルカリで沈殿させる 熱分解する 還元する 既知の元素の性質と一致しない物質
化合物の組成比(重量比)を精密に測る 気体の密度(蒸気密度)から分子量を求める 比熱(原子熱)から原子量を推定
1803年 ダルトン 水素=1 を基準に原子量表を作成 同じ元素が複数の化合物を作るとき、質量比は小整数比になる 原子量を推定
1807年 デービー 電気分解
1810〜1820年 ベツェリウス 化学反応前後で秤を使う重量分析で原子量を特定
1811年 アボガドロ 気体について同温・同圧で同体積なら分子数が同じ 1860年カールスルーエ会議で受け入れられる
1832年 リービッヒ 基の概念 原子価や官能基の前段階
1859年 ブンゼンとキルヒホッフ 原子発光分析 炎色反応を定量化
1865年 ケクレ 炭素は4本の結合を作る 炭素、水素の結合比、価数からベンゼン環の構造を考えたと推定される
1869年 メンデレーエフ 原子量で原子を並べ、周期表を作る 同じ性質が周期的に表れる 原子番号や質量数はまだ同定できない
1912年 ラウエ 結晶は原子が周期的に並ぶので、X線を回折するはず 回折像ができることを実証 XRD
1913年 モーズリー 特性X線周波数から原子番号を決定
1928年 ラマン 光の非弾性散乱 光と物質の相互作用を生かした分析法 ラマン分光
1900〜1930年 質量分析・赤外・XRF・干渉計 (干渉計は屈折率から濃度、組成を測る装置)
1924年 ポーラログラフ
1931年 TEM(透過型電子顕微鏡)
1934〜37年 pHメーター、分光光度計(Beckman)
1942年 SEM(走査型電子顕微鏡)
1950〜70年 GC、LC、NMR
1950〜1960年 EDS EPMAなど電子顕微鏡付属装置
1970〜90年 HPLC、GC-MS、LC-MS
1980〜2000年 ICP-OES、ICP-MS
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
分子間力
静電相互作用: イオン結合・双極子–双極子
水素結合: H…O/N/F の特殊な双極子相互作用 例:DNA の A–T(2本)・G–C(3本)の水素結合 タンパク質の αヘリックス・βシート形成
パイパイ・スタッキング: 芳香環の電子雲相互作用 例:グラファイト層間の結合
ファンデルワールス力: 分散力・誘起双極子
疎水性相互作用: 分散力+水のエントロピー効果 例:油滴が水中で集まる ミセル形成 脂質二重膜の形成
タンパク質の結晶化は、水素結合 静電相互作用 水和構造 疎水性相互作用など (⇔ 他の結晶は 共有結合 イオン結合 金属結合)
超分子化学 クラウンエーテル シクロデキストリン ポルフィリン フタロシアニン
クラウンエーテル: –O–CH₂–CH₂– を繰り返して環状化 / 12-crown-4、15-crown-5、18-crown-6 / K⁺、Na⁺、Li⁺などアルカリ金属イオンを選択的に捕捉
シクロデキストリン: グルコースが環状に / α-CD(6糖)、β-CD(7糖)、γ-CD(8糖) / 疎水性の空洞+親水性の外側という分子カプセル
ポルフィリン: 4つのピロール環 / ヘム:Fe–ポルフィリン:ヘモグロビン、ミオグロビン、シトクローム / Mg–ポルフィリン誘導体 クロロフィル
フタロシアニン: 4つのイソインドール 青色顔料
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
1族 アルカリ金属 Li, Na, K, Rb, Cs, Fr 非常に反応性が高い 水と激しく反応 1価の陽イオン(M⁺)を形成 柔らかく、融点が低い
2族 アルカリ土類金属 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra 2価の陽イオン(M²⁺)を形成 硬く、融点が高い
3〜12族 遷移金属 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn など 多様な酸化数 金属光沢 高い融点 触媒作用 合金形成能
14族 炭素族 C, Si, Ge, Sn, Pb, Fl
16族 カルコゲン O, S, Se, Te, Po
17族 ハロゲン F, Cl, Br, I, At, Ts 非常に反応性が高い 1価の陰イオン(X⁻)を形成
18族 希ガス(貴ガス) He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn, Og 単原子気体 反応しない(Xe は例外的に化合物を形成)
レアアース(希土類) → 磁石・モーター(Nd, Dy, Sm)、蛍光体(Eu, Tb, Ce, Y)、超伝導(Y, La)、光ファイバー増幅(Er)、YAGレーザー(Y) 化学工業補助剤(Ce, La)
レアメタル → 耐熱材・超合金(Ni, Cr, W, Mo, Ta, Nb, Hf, Re)、電池(Li, Co, Ni)、半導体(Ga, Ge, In)、超伝導(Nb、Bi) 化学工業(Mo, W, V, Nii, Co)
貴金属 → 触媒・電子部品(Au, Ag)・電極(Pt) 排ガス浄化(Pt, Rh, Pd) 化学工業(Pt, Rh, Pd)
レアアース: スカンジウム(Sc) - 原子番号21 イットリウム(Y) - 原子番号39 ランタン(La) - 原子番号57 セリウム(Ce) - 原子番号58 プラセオジム(Pr) - 原子番号59 ネオジム(Nd) - 原子番号60 プロメチウム(Pm) - 原子番号61 サマリウム(Sm) - 原子番号62 ユウロピウム(Eu) - 原子番号63 ガドリニウム(Gd) - 原子番号64 テルビウム(Tb) - 原子番号65 ジスプロシウム(Dy) - 原子番号66 ホルミウム(Ho) - 原子番号67 エルビウム(Er) - 原子番号68 ツリウム(Tm) - 原子番号69 イッテルビウム(Yb) - 原子番号70 ルテチウム(Lu) - 原子番号71
貴金属: Au(金) Ag(銀) Pt(白金) Pd(パラジウム) Rh(ロジウム) Ir(イリジウム) Os(オスミウム) Ru(ルテニウム)
レアメタル31種 : レアアース(17元素) Li, Co, Ni, Ga, Ge, In Nb, Ta, W, Mo Pt族(Pt, Pd, Rh, Ir, Os, Ru)
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
結晶を作る結合様式
共有結合結晶 ダイヤモンド(C) Si、Ge(半導体) SiO₂(石英)
イオン結晶 NaCl MgO など 融点が高い 脆い 固体では絶縁体、溶液では導電性 結晶格子は電荷バランスで決まる
金属結晶 Fe、Cu、Al、Au、Ag 合金(ステンレス、黄銅など)
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
化合物の型: (酸塩基*)
配位結合 金属を配位子(有機化合物)が取り囲む
蛍光錯体 Ce錯体 青色蛍光 Eu錯体 赤色蛍光 Tb錯体 緑色蛍光 ただし配位子で色がいろいろ変わる
生体 Mg錯体=クロロフィル → 葉緑素 / Fe錯体=ヘム → ヘモグロビン ミオグロビン P450 カタラーゼ / ビタミンB₁₂(Co錯体)ラジカル反応 / → 464 生化学
キレート剤は配位子のみ 金属を捕獲して錯体になる EDTA など 金属除去に用いる EDTAは酸性にすると金属への結合力が弱まり、再利用可能 → NDC 432 実験化学[化学実験法] NDC 460.72 (生物学)実験法
錯体の触媒 チーグラー-ナッタ触媒(Ti錯体) メタロセン触媒(Zr錯体) Rh錯体(ヒドロホルミル化) Pd錯体(クロスカップリング) Ru錯体(オレフィンメタセシス) Ni錯体(水素化) Fe錯体(グリーン触媒)→ NDC 434 合成化学 NDC 578 高分子化学工業
MOFは、金属錯体が三次元的に連結してできた多孔質構造 有機配位子は テレフタル酸(BDC) トリカルボン酸(BTC) イミダゾール系(ZIF) など 金属部分 Co²⁺ Ni²⁺ Zn²⁺ Cu²⁺ Zr⁴⁺ Fe³⁺ など
抗菌剤 Ag錯体 → NDC 576.7 化粧品 香粧品
抗癌剤 シスプラチン(Pt錯体) → 494.5 腫瘍 肉腫 癌
電荷移動錯体 TTF:TCNQ 電子供与体TTFと電子受容体TCNQの組み合せ OLED、OFET研究の源流 → 428.8半導体・誘電体
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
鏡像体 エナンチオマー キラルな分子は鏡像体を持つ 鏡像体どうしのペアがエナンチオマー 左右の手は重ねられない (⇔アキラルは重ねられる)
リモネンは不斉中心1個 鏡像体ペア1組 計2種類 R型=D(+)はみかんの皮の香り S型=L(−)は松脂の香り
カルボンは不斉中心1個 鏡像体ペア1組 計2種類 R型=D(+) はスペアミント S型=L(−)はキャラウェイで草の香り
メントールは不斉中心3個 水酸基(–OH) イソプロピル基(–CH(CH₃)₂) メチル基(–CH₃)これらは鏡像体でも同じ位置 変わるのは向きR/S 鏡像体ペア4組 計8種類(2³)
(1R,2R,5R) ↔ (1S,2S,5S) (1R,2R,5S) ↔ (1S,2S,5R) (1R,2S,5R) ↔ (1S,2R,5S) (1R,2S,5S) ↔ (1S,2R,5R)
L‑メントール=(1R,2S,5R)は自然界、人工合成両方、D‑メントール=(1S,2R,5S)は人工合成のみ / BINAP–Ru(ノヨリ触媒)で得られる人工メントールは 天然型の L(‑)メントール=(1R,2S,5R)
サリドマイドは不斉中心1個 鏡像体ペア1組 計2種類 S型 催奇性 R型 鎮静作用 体内で速やかにラセミ化するため、旋光性表記はほとんど使われない
ジアステレオマー 複数の不斉中心 メントール パクリタキセル
パクリタキセルは不斉中心11個 鏡像体ペア2¹⁰ = 1024 組 計2048種 天然に存在し薬理活性を持つのは1 種類
アミノ酸はL体 核酸はD体 ただし、旋光性ではなく、グリセルアルデヒドを基準にした相対配置 (アミノ酸、核酸にはグリセルアルデヒドは含まれていない) アミノ酸は慣習的に L/D で表記する。R/S も定義できるが、通常は使わない
グルタミン酸 S型=L(-)はおいしい= R型=D(+)は苦い
旋光性=光の回転方向 L(–) 左回り D(+) 右回り 糖・アミノ酸・核酸のL/D= フィッシャー投影式の相対配置 R/S = CIP規則による絶対配置 原子番号で優先順位
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
フロンティア起動論 HOMO-LUMO =分子の化学反応性を決める指標 HOMO と LUMO は同じ分子の中の別の軌道
LUMOのエネルギーは HOMOのエネルギーより高い / 占有軌道の最上位(HOMO)の上に、空軌道の最下位(LUMO)が位置する
反応の相手分子」にも HOMO と LUMO がある / 反応では「分子Aの HOMO」と「分子Bの LUMO」が相互作用する
有機反応:求核剤の HOMO → 求電子剤の LUMO
二重結合は「1本のσ結合+1本のπ結合」でできている π電子系σ骨格 → 特有の反応性・光学特性・電気特性
シュレディンガー方程式(量子力学の原理)
↓(多電子系では解けない)
密度汎関数理論 DFT(電子密度で扱う近似理論)
↓(コーン–シャム方程式として解く)
第一原理計算(DFTを数値的に解く実用計算)
第一原理計算で分かる物性: ヤング率 格子定数 金属/半導体/絶縁体の判定 フェルミ面 強磁性/反強磁性/常磁性の判定 屈折率 誘電関数 吸収スペクトル 熱伝導率 界面の性質 触媒能 など。 ただし、強相関電子系や励起状態は苦手。
NDC 501.32 材料力学 NDC 428 物性物理学 NDC 428.41 結晶物理 格子論 NDC 428.8 誘電体 半導体 NDC 428.9 磁性体 強磁性 磁石 NDC 431.5 光化学 放射線化学 NDC 426.3 熱伝導 NDC 431.35 触媒反応 触媒化学
計算化学ではエンタルピー・エントロピー・ギブス自由エネルギーを常に扱う。
ラグランジアンとハミルトニアン
ラグランジアンは「場の理論」向き QED=電磁気の量子論 QCD=強い力の量子論 などの基礎理論を記述する
物質の性質(電子軌道・バンド構造・磁性など)を具体的に計算するときは “ハミルトニアン+シュレディンガー方程式”を使う
DFTは、電子密度を使って有効ハミルトニアンを構成し、それをコーン–シャム方程式として解く
第一原理計算は NDC 431.19 量子化学
分子動力学MDは NDC 431.1化学構造 分子構造(基本) NDC 501.321計算材料力学 NDC 464.2生化学>蛋白質
モンテカルロ法MCは NDC 431.1化学構造 分子構造 NDC 421.4統計力学 NDC 426.56熱統計力学
などに分類されるが、同一研究者が同一研究で計算手法としとて併用することが多い 併用の標準スタイル
タンパク質の水の中での動き、薬との結合などのシミュレーションでは、DFT MD MCが併用されることが多い
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
触媒とは 反応速度を上げるが、自らは消費されない
触媒能のシミュレーション: 量子化学(DFT)、分子動力学(MD)、KMC(Kinetic Monte Carlo)、反応経路解析、表面モデル
触媒の機器分析: 構造解析(XRD)、表面解析(XPS, TEM, SEM)、吸着解析(BET)、電子状態解析(XAS)、反応解析(TPD, TPR)
担体は触媒を 支える・分散させる・安定化するための材料
担体を使う:固体触媒(環境触媒・石油精製・F–T合成・ハーバー・ボッシュ・光触媒)
担体を使わない:均一系触媒(クロスカップリング・酵素・不斉触媒・DA反応)
アルドール反応 炭素骨格を伸ばす C–C 結合形成 ルイス酸触媒:TiCl₄、ZnCl₂、SnCl₄、BF₃·Et₂O でカルボニルのLUMOを下げ、HOMO–LUMOギャップを下げる → 香料・医薬品中間体・ファインケミカル / プロリン(アミノ酸)を触媒とする反応も / → 434 合成化学
環境触媒(火力発電 ボイラー 焼却炉用): V2O2/TiO2触媒で TiO2は担体 / 脱硫(SOX除去)は触媒でなく石灰石スラリーで CaCO3+H2SO4→CaSO4+H2O+CO2 副産物硫酸カルシウム水和物は石膏ボードとして建材に
環境触媒(自動車排ガス用 三元触媒:Pt, Rh, Pd):炭化水素(HC) 、一酸化炭素(CO) 、窒素酸化物(NOx)を除去 触媒自体の劣化を防ぐため、触媒を担体(コージーライトなど)に載せる
クロスカップリング触媒: Pdに (PPh)3 (PtBu₃) (dba) (OAc)などが配位した錯体 ベンゼン環とベンゼン環を単結合でつなぐ(ビアリール) 縮環ではない 医薬品(イマチニブなど) 農薬(非常に多い) 有機デバイス(液晶(5CB) 有機EL(Alq₃) 太陽電池(P3HT)など) → NDC 434 合成化学
酵素 タンパク質の触媒 プロテアーゼ:タンパク質切断→消化酵素など ヌクレアーゼ:DNA切断→外来遺伝子切断、遺伝子組み換えに応用 ポリメラーゼ:DNA合成 シトクローム:電子伝達・酸化還元
重合触媒(プラスチック合成用): チーグラー-ナッタ触媒(Ti錯体)→PE PP メタロセン触媒(Zr錯体)→PE PPの透明フィルム → NDC 578 高分子化学工業
石油精製触媒: クラッキング触媒 Y型ゼオライトなど C-C切断 重油からガソリン 脱硫・脱窒触媒 Ni–Mo–Sなど → NDC 575.5 石油工業
ディールズ・アルダー反応: 非芳香族の6員環を作る反応 酸化で芳香環に ルイス酸触媒:AlCl₃ BF₃·Et₂O TiCl₄ SnCl₄ ZnCl₂ Sc(OTf)₃ でジ・エノフィルのLUMOを下げ、HOMO–LUMOギャップを下げる → 香料合成(シトラール誘導体) 医薬品中間体(六員環骨格の構築) 農薬中間体 ポリマー原料(シクロヘキセン誘導体)→ NDC 434 合成化学
ハーバー・ボッシュ法の触媒: Fe触媒 高圧高温条件 窒素固定 アンモニア合成
光触媒: TiO2(二酸化チタン) 光で汚れ・VOC・臭気成分を分解 BiVO₄ (ビスマス・ヴァナデート) 光で水、二酸化炭素を分解
フィッシャー・トロプシュ触媒: CO+H₂(合成ガス)から炭化水素を作るためのFe系またはCo系の金属触媒 → NDC 572.8 触媒化学工業 NDC 575.5 石油工業
不斉合成触媒:高いエナンチオ選択性 / BINAP–Ru/Rh/Ir (Noyori触媒) 不斉水素化 メントール(香料) レボフロキサシン(抗菌薬クラビット) 光学活性ピレスロイド(農薬) / Ti–tartrate(酒石酸)(Sharpless触媒) 不斉エポキシ化 (O–C–C) マクロライド系抗生物資前駆体 プロスタグランジン類(分娩誘発 緑内障治療) / DIPAMP(Knowles触媒) レボドパ(L-DOPA) パーキンソン病 / → NDC 434 合成化学
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
酸化/Oxidation (O得る H失う e-失う) 還元Reduction (O失う H得る e-得る)
酸化剤=電子を奪う物質 / 還元剤=電子を与える物質
酸化剤: 漂白剤(色素から電子を奪う)・殺菌剤(生命維持に必要な分子から電子を奪う 次亜塩素酸 過酸化水素 オゾン)・電池の酸化剤(電子を受け取る)。
還元剤: 精錬の還元剤(鉱石=金属酸化物から酸素を取る)・電池の還元剤(電子を出す)・無電解めっきの還元剤。
有機合成で使われる還元剤 水素化剤 NaBH₄(穏やか) LiAlH₄(強力) BH₃ H₂(触媒還元)/ 金属還元剤 Zn/HCl SnCl₂ Fe/HCl / ヒドラジン(N₂H₄) アスコルビン酸 ジメチルアミンボラン(DMAB)
カルボニル化合物の還元 アルデヒド・ケトン・カルボン酸・エステル → アルコール アミド→アミン ニトロ基→アミン
不飽和→飽和は還元 C=C → C–C / C≡C → C–C / 芳香環 → シクロヘキサン / C=O → C–OH CH₂ / より水素の多い状態になる
C=C が ROOH(脂質過酸化物)になるのは酸化
金属イオンの還元 Fe3+ → Fe2+ / Fe₂O₃ → Fe₃O₄ → FeO → Fe は還元 / Fe → FeO → Fe₃O₄ → Fe₂O₃ は酸化
ミトコンドリアでは NADH が電子を失う 酸化される NADH → NAD+ + 2e− + H+
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
超臨界流体* 高圧で液体でも気体でもない状態
超臨界水 臨界温度Tc=374 ℃ 超臨界圧力 Pc=22.1 MPa 極性がほぼゼロになり、有機物が完全に溶ける OHラジカルが発生 酸化反応が爆発的に進む 有機物を完全に CO₂ + H₂O に分解できる ダイオキシン、PCB、医薬品、汚泥なども完全分解
超臨界 CO₂(最もよく使う) Tc=31.1℃ Pc=7.38MPa もともと非極性 反応性は低い 抽出・分離・乾燥・微粒子化に使う コーヒーの脱カフェイン 香料・テルペンの抽出 医薬中間体の精製 天然物抽出 ポリマーの微粒子化 エアロゲルの乾燥 微細構造の形成 半導体洗浄
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
フォトクロミック分子 光で形が変わる分子
アゾベンゼン スチルベン UVで trans→cis、可視光で cis→trans アゾベンゼンは色が変わる
スピロピラン スピロオキサジン UVでリングが開き、可視光で閉じる 色が変わる
ジアリルエテン UVで閉環、可視光で開環 色が変わる
フォトクロミックガラス サーモクロミックガラス エレクトロクロミックガラス → 製品としては NDC 573.56 特殊ガラス NDC 573.576(色ガラス)
フォトクロミック・ガラス:光で色づく ガラスにAgX(ハロゲン化銀)
サーモクロミック・ガラス:温度で色づく ガラスにVO₂(酸化バナジウム)
エレクトロクロミック・ガラス:電気で色づく ガラスにWO₃(酸化タングステン)
光触媒 TiO2(二酸化チタン)が代表的 光で+ー電荷を生む 酸化還元反応促進 活性酸素種の発生 汚れ・VOC・臭気成分を CO₂ + H₂O に分解 / 光でTiO2表面にOH基ができ、親水性に
TiO₂は、そのままでは UV専用、改質すると可視光でも働く Nドープ 金属ドープなど
防汚 抗菌 脱臭 親水化 / 色は真っ白 白色顔料 / タイル、陶器(便器など)、金属、ガラス、樹脂に塗ることができるが、金属・樹脂は下地処理が必要 / 電気分解に代わる水の分解、CO2の分解 などの研究も
BiVO₄ (ビスマス・バナデート光触媒)で、水と光から酸素(O₂)を生成できる 助触媒(Co、Fe、Ni など)で向上
BiVO4(ビスマス・バナデート光触媒) + g‑C₃N₄(窒化炭素光触媒)で光 水 二酸化炭素からギ酸を作る
有機EL材料
OLED 有機EL 発光 陰極:Al N型:Alq₃ P型: PEDOT:PSS ピードット・ピーエスエス 導電性プラスチック 電子正孔が合体する場でもある 陽極:ITO / → NDC 549.9電子装置の応用
OPV 有機太陽電池 ドナー=N型 PM6 ピーエムシックス 高分子 アクセプタ=P型 Y6 ワイシックス → NDC 543.8 太陽光発電
OFET 有機トランジスタ 有機ダイオード P型:P3HT、ペンタセン N型:C60 絶縁膜:SiO2 → NDC 549.9電子装置の応用
量子ドット(CdSeなど) フォトルミネセンス エレクトロルミネセンス の両方が可能 半導体を 2〜10 nm 程度の“極小ナノ結晶”にしたもの 2 nm → 青色発光 4 nm → 緑色発光 6 nm 波長をサイズで調節できる → 電気を流すと発光 LED レーザー
CdSe/ZnS量子ドットに抗体を結合 → がん細胞を蛍光で可視化 / 表面の官能基 → pHでで色変化 / 表面にキレート剤 → Ca²⁺、Mg²⁺、Hg²⁺ で色変化
光を当てると蛍光する(フォトルミネセンス)→ NDC 431.5 光化学 放射線化学
電気を流すと発光する(エレクトロルミネセンス)→ NDC 428.8 誘電体 半導体
炎色反応 Li(リチウム)赤 / Na(ナトリウム):黄 / K(カリウム)紫 / Cu(銅) 緑 / Ca(カルシウム) 橙 / Sr(ストロンチウム) 紅 / Ba(バリウム) 黄緑
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
化学発光と蛍光 化学発光は自発的発光 蛍光は、短波長の光を吸収 → 長波長の光を放出 蛍の光は化学発光なので、厳密には蛍の光は蛍光ではない
化学発光 ジ・オキセタン構造=四員環構造(O–C–C–O)が関与 ルシフェリン・ルシフェラーゼ、ルミノール反応の基盤構造
ルシフェリン・ルシフェラーゼ反応は、ルシフェラーゼという酵素がルシフェリンを消費して発光、エクオリンはCa²⁺結合で発光、ルミノール反応は鉄(触媒)がルミノール試薬を消費して発光
ルシフェリン・ルシフェラーゼ反応で光るのは、ホタル、ホタルイカ、ウミホタル エクオリン発光は夜光虫とオワンクラゲ オワンクラゲはエクオリン発光→GFP蛍光
蛍光 蛍光タンパク(GFP) 蛍光色素(フルオレセイン ローダミンB クマリン) ジ・オキセタン構造ではなく、π共役系の電子遷移 → 464.1 分子生物学
GFPは遺伝子導入 遺伝子発現した箇所で光る
フルオレセイン・ローダミン・クマリンは、 化学修飾することで Ca²⁺ や Mg²⁺、pH、極性、膜電位などに応答する蛍光プローブとして使われる (→特定場所でなく個体全般に分布しても機能する) 誘導体化すれば抗体と結合できる→特定タンパク・特定箇所との結合も可能
GFPは生体染色可能だが、フルオレセイン・ローダミン・クマリンは生体染色できない 生きた細胞、組織片の染色は可能
GFP、ルシフェラーゼはタンパク質 フルオレセイン ローダミンB クマリン系蛍光色素 ルシフェリン、ルミノールは、低分子の有機化合物
蛍光錯体 Ce錯体 → 5d→4f の“蛍光”(広帯域、発光寿命が短い) Eu錯体 → 4f→4f の“燐光”(線スペクトル、発光寿命が長い) Tb錯体 → 4f→4f の“燐光”(線スペクトル、発光寿命が長い)
蛍光灯 水銀蒸気への放電 → 紫外線発生253.7 nm → 蛍光体で可視光へ変換 青はEu²⁺系 緑はTb³⁺系 赤はEu³⁺系の無機素材
無機素材の蛍光体が用いられる例 X線シンチレータ NaI:Tl CsI:Tl / 蛍光塗料 ZnS:Cu SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺ / ブラウン管、プラズマディスプレイ ZnS:Ag(青) ZnS:Cu(緑) Y₂O₂S:Eu³⁺(赤) / 酸化物・窒化物・ハロゲン化物などの結晶に 希土類イオン(Eu²⁺、Eu³⁺、Tb³⁺、Ce³⁺)をドープしたもの
蛍光塗料は、蛍光と蓄光(燐光)の機能がある SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺ ZnS:Cu 蓄光は事前に光を当ててエネルギーを蓄えた後にゆっくり放出する機能 暗闇で光がなくても光って見える
錯体の蛍光体が用いられる例 Ru錯体 Ir錯体 Pt錯体 Eu錯体 Tb錯体
蛍光センサー(pH 金属イオン 酸素濃度 粘度 極性)配位子の状態が変わって光の波長が変化
バイオイメージング 細胞内の可視化 抗体がなくても特異的に標識するものも 細胞内に入り込む疎水性錯体 DNA・ミトコンドリアを特異的に標識するもの 燐光で発光が長寿命のもの
グロースティック イベント用 過酸化水素がオキサラートエステルを酸化 ジオキセタン様構造 発光 → クマリン、ローダミンなどが蛍光 化学発光と蛍光の両方を使う
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
両親媒性物質(上位概念) ⊃ 界面活性剤(下位概念) 界面で活性作用を持つものが界面活性剤
界面活性剤: 石鹸 洗剤 表面張力を低下させる機能を持つ ミセルを形成する
両親媒性物質であり、狭義の界面活性剤でないもの: レシチン コレステロール ステロイド など
ミセル 界面活性剤分子が溶液中で臨界ミセル濃度(CMC)を超えたときに自発的に形成 疎水基が内側・親水基が外側に向いた集合体自己集合体
主題が界面活性剤としての応用が主題なら 576.5 界面活性剤
石鹸は界面活性剤 疎水基(炭化水素鎖):水を嫌う 親水基(–COO⁻ Na⁺):水と相互作用する 石鹸はミセルではないが、石鹸が水に溶けて形成する集合体はミセル 内側疎水基のさらに内側に汚れを閉じ込める → 576.5 界面活性剤
乳化剤 油と水を混ぜ合わせる 牛乳、化粧品乳液、マヨネーズ バター、軟膏 など 乳化剤はレシチンが多い レシチンは大豆、卵黄、菜種、ひまわりなどから作る
リン脂質膜(脂質二重膜)界面活性剤と脂質が作る自己集合体 細胞膜では、リン脂質分子が界面活性剤と脂質を兼ねる → NDC 463 細胞学
化学的起源による表面の撥水性・親水性
親水性 –OH、–COOH ガラス(Si–OH) PEG(ポリエチレングリコール) TiO2(光触媒 光で親水性)
撥水性 –CH₃、–CF₃ PTFE(–CF₂–CF₂–) フッ素
微細構造(ロータス効果)による表面の撥水性・親水性
Cassie–Baxter 状態 構造だけで撥水 蓮の葉は マイクロ突起+ナノ突起の二重構造 バッタ・蝶の翅は マイクロ構造+ナノ溝の二重構造
親水性の表面に溝 親水性強化 Wenzel
化学的起源と微細構造起源がある 両方 NDC 431.86 界面化学で包括可能だが、他の材料と合わせて NDC 501.4 工業材料 材料科学 で扱われることも
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
ドラフトチャンバー: 陰圧 実験者が有毒なガスにやられないように、中に空気を吸い込む (⇔生物系実験室のクリーンベンチ: 陽圧 中の生物や組織が外部の菌にやられないように、外に空気を押し出す)(ドリフトチャンバー: ワイヤーとガスで、加速器内で発生した素粒子、宇宙線を検出)
エバポレーター: 高温を使わず減圧で蒸留する装置 熱で分解・変質しやすい試料を守るために使う
カラムクロマトグラフィー: 固定相:シリカゲル・アルミナ 移動相:非極性← ヘキサン トルエン ジクロロメタン クロロホルム 酢酸エチル メタノール →極性 / 吸着すると流れない 吸着しないとすぐ流れてしまう 絶妙な吸着で分離する
不活性ガスのボンベ、配管 Ar(アルゴン 高価)と N₂(窒素 安価) アルゴンは、空気・酸素・水分に極端に弱い試薬(有機金属など)→ グリニャール、BuLi、NaH などで使う
溶媒: 非極性← ヘキサン トルエン ジクロロメタン クロロホルム 酢酸エチル メタノール →極性
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
質量分析*
低分子有機化合物は、高エネルギー電子や不活性ガス(N₂, Arなど)をぶつけて分子を壊す フラグメントの質量分布から、データベースと照合して有機化合物を特定する
タンパク質は、デノボ・ペプチド・シーケンシング タンパク質を酵素(例:トリプシン)で分解し、ペプチド断片にする アミノ酸7〜25 残基
MS/MS(タンデム質量分析)で、ペプチドをさらにフラグメントイオンに分解 数アミノ酸残基〜十数残基程度にする
多数の同一ペプチドを同時に MS/MS にかけることで、 アミド結合のいろいろな場所が切れた多数のフラグメントが得られる。 その集合から配列を読み解く。
単一フラグメントの質量だけでは配列は読めないが、アミノ酸1残基分の質量差が連続して現れているbイオン系列・yイオン系列を選んで配列を読み解く。b1 = (1番目のアミノ酸まで) b2 = (1–2番目まで) b3 = (1–3番目まで) b4 = (1–4番目まで) というのが揃う
m/z = イオンの質量(m)を電荷数(z)で割った値。
TOF: イオン化、加速し、飛行時間の違いからm/z を測る
磁場型: イオン化、加速し、磁場で曲げられ方の違いからm/z を測る
四重極: イオン化、加速し、特定の4本の電極で作るRF+DC電場の中をイオンが通る 特定のm/z だけが通過
Orbitrap: イオンが電場の中で軌道運動し、その振動周波数から m/z を測る
FT-ICR: イオンが磁場中で円運動し、そのサイクロトロン周波数から m/z を測る
MALDI-TOFは生体分子の標準装置 レーザーで柔らかくイオン化して、TOF で質量を測る タンパク質をほとんど分解しない 1本の主ピーク
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
LC* 液体クロマトグラフィー*: 液体を移動相に使い、化学的相互作用の違いで分離する / シリカは極性 C18は疎水性 イオン交換樹脂は電荷 ポーラスゲルは分子サイズ / 揮発しないもの、熱に弱いもの
GC* ガスクロマトグラフィー*: 気体を移動相に使い、試料をインジェクターで気化 キャリアガス(He, N₂)/ キャピラリーカラム(シロキサンやポリエチレングリコール) / カラム内で揮発性の違いで分離 揮発性が高いと早く出る 揮発性が低いと遅く出る / 香料 燃料 VOC 呼気 大気
GC‑MSは、四重極が多い LC‑MSは四重極、TOF、Orbitrap 試料は、LC→MS GC→MSに自動的に移行
カラムクロマトグラフィーは液クロの一種だが、クロマトグラフィーの祖先的存在 固定相:シリカゲル・アルミナ 移動相:非極性← ヘキサン トルエン ジクロロメタン クロロホルム 酢酸エチル メタノール →極性 / 吸着すると流れない 吸着しないとすぐ流れてしまう 絶妙な吸着で分離する
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
吸収スペクトル
UV–Vis 紫外可視 電子遷移(π電子系・共役系)-C-C=C-C=C-
IR 赤外 分子振動
近赤外〜中赤外 約0.8〜25μm 分子振動(伸縮・変角) 分子内の化学結合の振動 O–H、C=O、N–H、C-H など極性のある結合 官能基
遠赤外線 約25〜1000μm 格子振動(フォノン) 結晶全体の原子配列が揺れる振動
MW マイクロ波 約1mm〜30cm → 分子回転(形・慣性モーメント・対称性) (注意:波長がマイクロメートルではない)
Raman ラマン散乱 可視〜近赤外 非弾性散乱 溶液の中を光がとおると色(波長)が変わる 散乱された光の一部だけが、分子の振動エネルギーの分だけずれる C–C、C=C、C≡C、C–S、C–N など 散乱光のずれをCCDで検出
X線分析
XRD* X線回折* X線を当て、回折パターンから結晶構造を特定 回折強度は電子密度 ブラッグ条件 2d sinΘ = nλ 単結晶では試料を回転させると、ある角度でブラッグ条件を満たし、はっきりした回折スポット現れる (結晶化すれば、無機物だけでなく、有機化合物、タンパク質の形も特定可能)
ペルーツ(ヘモグロビン)ケンドルー(ミオグロビン)ワトソン・クリック(DNA)ホジキン(ペニシリンの四角形の構造・VB12・インスリン)
PXRD 粉末 X 線回折 単結晶のように試料を回転させない 回折はリング状に出るが、そのリングの半径だけを測る 単結晶では回折点は点 方向情報が残る 3次元構造が決まる 粉末では回折はリング 方向情報は消える 格子定数・結晶相・結晶子サイズが分かる
XRF* 蛍光X線* X線を当てると出てくる蛍光X線から、微量元素の種類を特定 原子番号14(Si)〜92(U) (構造式は分からない 有機化合物 タンパク質は分からない)
古代青銅器・土器の産地特定、絵画の顔料成分 元素の組成割合が指紋としての情報
発光分析* 液体試料が基本
AAS*:アセチレン炎または黒鉛炉で試料を原子化し、外から光を当てて吸収を測る ppb 黒鉛炉でppt
AES*:放電で試料を原子化し、励起光を測る ppm ICP併用でppb 放電の場合は固体金属を測ることができる
ICP*:アルゴンガスを プラズマ化して試料を原子化・イオン化する
ICP-AES(ICP-OES): 試料を原子化・イオン化し、励起したのちに、AES(励起光分析)にかける ppb
ICP-MS: 試料を原子化・イオン化したのちに、質量分析MSで m/z 分離して測る ppt〜ppq 最も精密
ppm 100万分の1 ppb 10億分の1 ppt 1兆分の1 ppq 1000兆分の1
大枠では 蛍光X線と、発光分析(ICP AAS AES)の役割分担は 蛍光X線は非破壊検査が可能、小型の装置もあり現場分析も可能 / 発光分析(ICP AAS AES) 環境化学、地球化学の分野で使われる あと、蛍光X線は原子番号11以下は不可 12,13も感度が悪い
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
掃引=電位(電圧)を時間とともに連続的に変化させる操作 電位を変えることでどの電位で酸化・還元が起こるか を調べる
ポーラログラフ*: 半波電位 → 種類 拡散電流 → 濃度 (拡散支配でシンプル)
ボルタンメトリー*: ピーク電位 → 種類(ただし条件依存) ピーク電流 → 濃度(ただし速度論・吸着の影響) 反応機構・速度論解析が主目的 電池研究でよく用いられる
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
NMR* 核磁気共鳴* : 超伝導磁石の強力な磁場で核スピンを整列させ、RF(ラジオ波)パルスを当てて歳差運動を起こす。 歳差運動が生むラジオ波の時間信号を検出し、スペクトル化する。 → 原子の結合状態(ケミカルシフト)が分かる。
¹H NMR と ¹³C NMR 分析対象のほとんどは溶液(90%くらい) 固体試料を回転する方法も(10%くらい)
バックグラウンドを下げるため、重水素化溶媒を用いる CDCl₃(重クロロホルム) DMSO‑d₆(重DMSO) CD₃OD(重メタノール) D₂O(重水) C₆D₆(重ベンゼン) D₂O・CDCl₃ など
内包フラーレン ポリマー結晶・非晶質 疎水性相互作用 アミロイドβなどタンパク質 などの解析に用いられる
有機合成では、反応物が分かっているので、生成物を NMR だけで判定できる場合は多い ただし、副生成物が多い場合 立体化学の判定が必要な場合 官能基が似ている場合 不純物が重なっている場合 などでは NMRだけでは不十分
安定同位体で標識したタンパク質を大腸菌で作れる → NMRで、残基ごとの構造・運動・相互作用・折りたたみ・結合状態を調べる
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
反応物 + 試薬 → (触媒 + 溶媒 + 温度 + 圧力) → 生成物
触媒
アルドール反応 炭素骨格を伸ばす / エノラートのHOMOとカルボニルのLUMO / C–C 結合形成 ルイス酸触媒:TiCl₄(塩化チタン)、BF₃·Et₂O(ボロン三フッ化物エーテラート) など / 香料・医薬品中間体・ファインケミカル / → 434 合成化学
クロスカップリング触媒: ハロゲン化物(R–X)と、有機金属種(R'–M)が、金属触媒(Pd, Ni)によって結合し、 R–R' という新しい炭素骨格をつくる ベンゼン環とベンゼン環を単結合でつなぐ(ビアリール) 縮環ではない / 医薬品(イマチニブなど) 農薬(非常に多い) 有機デバイス(液晶(5CB) 有機EL(Alq₃) 太陽電池(P3HT)など)
Pdの価格が高いため 卑金属に変える研究が行われている Pd → Ni → Cu → Fe → Co → Mn
ディールズ・アルダー反応: 非芳香族の6員環を作る反応 (酸化で芳香環に) / ジエンの HOMO ジエノフィルの LUMO / ルイス酸触媒:TiCl₄(塩化チタン)、BF₃·Et₂O(ボロン三フッ化物エーテラート) / 香料 医薬品中間体 農薬中間体 ポリマー原料
不斉合成触媒:高いエナンチオ選択性 / BINAP Ru・Rh・Ir(Noyori触媒) 不斉水素化 メントール(香料) レボフロキサシン(抗菌薬クラビット) 光学活性ピレスロイド(農薬) / Ti–tartrate(酒石酸)(Sharpless触媒) 不斉エポキシ化 (O–C–C) マクロライド系抗生物資前駆体 プロスタグランジン類(分娩誘発 緑内障治療) / DIPAMP(Knowles触媒) レボドパ(L-DOPA パーキンソン病薬)
溶媒: 非極性← ヘキサン トルエン ジクロロメタン クロロホルム 酢酸エチル メタノール →極性
グリニャール反応:カルボキシル化 / 側鎖に –R
フリーデル・クラフツ反応: 芳香環に –R / ルイス酸触媒:AlCl₃(塩化アルミニウム)など
ウィッティヒ反応:アルケン形成(C=C)/ 触媒を使わない
アルコキシド: アルコールから水素(H⁺)が取れたときにできる陰イオン ROH が脱プロトン化してできる陰イオン RO⁻ / アルコールに強塩基を加えると、H⁺が取れてアルコキシドになる
メタノール(CH₃OH) → メトキシド(CH₃O⁻) / エタノール(C₂H₅OH) → エトキシド(C₂H₅O⁻)
グリーンケミストリー: 環境にやさしい合成化学として イオン液体 水 超臨界流体 を溶媒として使う合成 電気 光 マイクロリアクター を使う合成 などを研究するところも
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
炭素同素体*
グラフェン: 六員環が平面上にならんだもの ヤング率 1TPa 炭素どうしは共有結合
グラファイト(黒鉛): グラフェンの積層 層間は π–π スタッキング+ファンデルワールス力で弱く結合 導電性 潤滑性 鉛筆の芯
ダイヤモンド: 透明で硬い、熱伝導率:2000 W/m·K
フラーレン 5員環+6員環の組み合わせによる球状ケージ構造 C₆₀、C₇₀など / 太陽電池(共役系ポリマーP3HT+フラーレン誘導体PCBM)
内包フラーレン: Gd@C₆₀ 毒性物質を内包、MRI造影剤として研究 / PCBMに代わる有機太陽電池の電子受容体候補 / ドラッグデリバリー:表面修飾で標的指向性を付与し放出制御する研究
カーボンナノチューブ(CNT) グラフェンを丸めた円筒構造 導電体または半導体
CFRPの炭素繊維 グラファイト微結晶が繊維方向に配向した黒鉛系繊維 / 旅客機本体 高速道路橋脚補強 など
DLC: アモルファス PETボトルコーティング
グラフェン: グラフェンを剥離 または CVD:キャリアガスと原料ガスを触媒(Cu/Ni)に流す
グラファイト: 鉱物として産出
ダイヤモンド: HPHT法(高温高圧):巨大な油圧プレス(数百トン)+1500–2000 ℃ 金属触媒(Fe、Ni、Co)中で炭素が結晶化 または プラズマCVD 基板Si、Mo、Wなどが必要
フラーレン: アーク放電 または 黒鉛ターゲットにレーザー照射
内包フラーレン: アーク放電+金属蒸気 または 化学的に開環 → 内包 → 閉環
カーボンナノチューブ(CNT): CVD+触媒(Fe, Co, Ni)
CFRPの炭素繊維 PAN(ポリアクリロニトリル)を高温で炭化、黒鉛化、樹脂に含浸
DLC: プラズマCVD 基板はガラス、Si、PET など
グラフェンのCVD:材料ガスはメタンなど キャリアガスは Ar または N₂ / ダイヤモンドDLCの プラズマCVD・:材料ガスはメタンなど キャリアガスは H₂
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
三員環 ピレスロイド(除虫菊)
四員環 βラクタム環(抗生物質) ジオキセタン構造(光化学)
五員環 シクロペンタン シクロペンタジエン
六員環 シクロヘキサン ベンゼン(芳香族)
ステロイド環 コレステロール テストステロン エストロゲン コルチゾール → NDC 439.2 ステロイド
五員環の糖 フルクトース リボース デオキシリボース キシロース → 464.3 糖質 炭水化物
六員環の糖 グルコース ガラクトース マンノース キシロース → 464.3 糖質 炭水化物
超分子化学 クラウンエーテル(複素環) シクロデキストリン(糖) ポルフィリン(複素環) フタロシアニン(複素環) → 431.1 化学構造・分子構造
ベンゼン環は、 付加反応など芳香族性を壊す反応には反応しにくい / 芳香族性を保つ置換反応(求電子置換)には反応しやすい ニトロ化 スルホン化 ハロゲン化 フリーデル・クラフツ反応 / 芳香族の反応性は置換基で大きく変わる
環骨格を持つ化合物でも、試薬として入手しやすいものがある / 脂肪族環:シクロヘキサン、シクロヘキサノン / 芳香族環:フェノール、アニリン、トルエン / ヘテロ環:ピリジン、イミダゾール、フラン、チオフェン / 縮合環:ナフタレン、インドール、キノリン / 特殊環:クラウンエーテルなど
官能基を付加させるうえで便利な試薬がある
官能基: カルボキシル基(-COOH) 水酸基(-OH) アルデヒド(–CHO) ケトン(C=O) エステル(–COOR) エーテル(–O–) アミン(-NH2) アミド(–CONH₂) ニトリル(–C≡N) イミン(C=N) カルボニル(C=O) チオール(–SH) スルフィド(R–S–R) スルホン(–SO₂–) リン酸エステル(–O–PO₃H₂) ホスフィン(PR₃)
アルキル基: メチル基 エチル気 プロピル基
ハロゲン: 塩素 臭素 ヨウ素
複素環式化合物* (ヘテロ環*)
N・O・S を含む 5員環・6員環が重要 医薬・触媒・材料・生体分子など
ピリジン(N1・6員環)/ ピリミジン(N2・6員環) シトシン・チミン・ウラシル 抗癌剤5FU / インドール(N1・5員+6員縮合) トリプトファン、セロトニン 医薬 / イミダゾール(N2・5員環)ヒスチジン 抗真菌薬(ケトコナゾール)イオン液体 / ピペリジン(飽和 N1・6員環)
フラン(O1・5員環) 有機電子材料 / チオフェン(S1・5員環) P3HT(ポリチオフェン 有機太陽電池)/ ピロール(N1・5員環) ポルフィリン、ヘム、クロロフィル 電子移動・光吸収に重要
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
生薬 香料 染料 毒 ファイトケミカル
アルカロイド*: 窒素(N)を含む複素環 神経作用(興奮・鎮痛・毒性) 植物の防御物質 ニコチン(ピリジン環) カフェイン(プリン環) テオフィリン(プリン環) モルヒネ(イソキノリン環) ソラニン(ステロイド寒+窒素を含む側鎖) アコニチン(ジテルペン環) など
ステロイド*: ステロイド環=シクロペンタノヒドロフェナントレン環 ホルモン・膜構造・代謝調節 動物の必須生体分子 コレステロール テストステロン エストロゲン コルチゾール 胆汁酸
テルペン*: イソプレン単位(C₅H₈) C₁₀(モノテルペン)、C₁₅(セスキテルペン)、C₂₀(ジテルペン)香料が多い セスキテルペンは毒素も リモネン シトロネロール メントール(はっか) ゲラニオール(ゼラニウム) ピネン(マツ) ペリルアルデヒド(しそ) ショウノウ(クスノキ) β-カロテン コエンザイムQ
ポリフェノール*: 多数のフェノール(芳香環+OH) 抗酸化色素 アントシアニン カテキン タンニン ケルセチン クルクミン イソフラボン レスベラトロール
配糖体*: 糖と非糖部(テルペン・ステロイド・フェノールなどが結合) ジギトキシン(強心配糖体) サポニン(トリテルペン配糖体) アントラキノン配糖体(センナ)
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
ニュートリノ天文学
1987年 大マゼラン雲超新星爆発 カミオカンデでニュートリノ観測
核融合や宇宙線(イオンや荷電粒子)の加速現場で生成される / ニュートリノはまわりの物質と相互作用しないので、光や宇宙線より直接的観測 方向特定 光速よりも遅いが、相互作用がないため光より早く地球に到達 / 太陽や超新星モデルの実証に有効
重力波天文学
重力波: 重力波は、巨大質量が高速で非対称に運動するときに発生する。中性子星連星、ブラックホール連星など 太陽の何十倍も重い連星が、合体直前に毎秒数万〜十数万 km」レベル互いの周りをで公転する
連星ブラックホール・連星中性子星の質量は、 重力波の 周波数、振幅、時間変化 から かなり正確に逆算できる。
LIGO・Virgo・KAGRA はどちらもマイケルソン干渉計 / ビームスプリッターで2経路に分ける ゆがみの検出器はレーザー干渉計 / 重力波による空間のゆがみは10^−19m 花火・自動車・風・潮汐などの振動のほうが 10¹⁰〜10¹⁵倍以上大きい
重力波が作用するのは鏡間の距離の変化だけ / 鏡を多段振り子+アクティブ制御+低温(熱雑音低減)で地面から切り離す / 鏡以外の揺れは、地面の揺れをセンサーで検出し、逆位相でキャンセル
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
BC20c頃 エジプトで火星と金星を特別な星と認識 火星の逆行を記録
BC10c頃 バビロニア 恒星と惑星の動きを識別 太陽 月 5惑星(木星・金星・土星・水星・火星) は動く天体
アリストテレス(BC4c 古代ギリシア アテネ) 地上界は四元素・四性質と直線運動で成り立ち 天上界は第五元素エーテルと円運動で成り立つ 地上界と天上界で物質と法則が異なる (地球は球体であると考えたが、天動説を採用)
アリスタルコス(BC3c 古代ギリシア サモス島) 地動説 月食の観測から太陽・地球・月の大きさを推測 太陽は月よりはるかに大きく遠い と結論
エラトステネス(Bc3c プトレマイオス朝エジプト アレクサンドリア) 地球の円周は40000km シエネ=現在のアスワンとアレクサンドリア間800km 同時刻(当時は時計がないので、影が一番短くなった時刻)で影の長さを比較
プトレマイオス(AD2c ローマ属州エジプト アレクサンドリア) 「アルマゲスト」 天動説を前提に、惑星の動きを周転円で説明。観測と幾何学的説明を圧倒的な精密さで行ったため、以後の暦作成・占星術・航海・宗教儀礼の計算はすべて「アルマゲスト」天動説を基盤として運用されることになった。
イスラム帝国で、礼拝時刻で、方位・時刻を知る必要性 ラマダーンで時刻を知る必要性から天文学を重視 ギリシャ語→アラビア語の翻訳が進む
キンディー(AD9c アッバース朝) プトレマイオス「アルマゲスト」やエウクレイデス「原論」を弁論術と占星術に活用 一世を風靡
ファルガーニ(AD9c アッバース朝) 「アルマゲスト」要約 多くの人がアルマゲストの惑星運行の成果を使えるようにした
イブン・ハイサム(AD11c アッバース朝) 「アルマゲスト」への疑問 周転円はやはりおかしい
トゥーシー(AD11c アッバース朝) トゥーシー対(特別な周転円)でイブン・ハイサムの疑問を解決
ヨーロッパ 特にスペインのトレドでアラビア語→ラテン語の翻訳が進む
コペルニクス(16世紀 ポーランド) 地動説 宇宙の中心は太陽 惑星の運行は太陽中心説で説明できる 但し 真円軌道で、周転円を完全には排除できず
ティコ・ブラーエ(16世紀 デンマーク) 天文台を作って、惑星の軌道を厳密に観測 地球中心説だが、月は地球の周りをまわり、地球以外の惑星は太陽の周りをまわる と考える 視差から地球から月までの距離を計算
ケプラー(17世紀 ドイツ神聖ローマ) ティコ・ブラーエの観測データを引き継ぐ ケプラー三法則 1 太陽を1焦点とする楕円軌道 (周転円排除) 2 面積速度一定 3 公転周期は平均距離の3/2乗に比例
ガリレオ(17世紀 イタリア)
地上運動の法則 斜面降下運動(等加速度運動 摩擦や転がりは重さに依存) 振り子運動の等時性(振れ幅が大きくても小さくても、揺れの周期がほぼ同じ T=2π√(ℓ/g)) 落下運動(等加速度運動 重さに関わりなく時間2乗)
望遠鏡で天体観測 月のクレーター(地上の物質と同じっぽい) 月の満ち欠けは天動説でも説明できるが、金星の満ち欠けは天動説で説明できない 木星の衛星観測(惑星の周りをまわるものがある)
ニュートン(17〜18世紀 イギリス) 「プリンキピア」 ケプラー第2・第3法則+ニュートンF=ma → 万有引力の法則 F=G・(m1・m2)/r^2 → 地上で物が落ちるのと、惑星が太陽の周りを回転するのは同じ法則 地上界と天上界は同じ法則で動く
万有引力定数 G を測定したのはキャヴェンディッシュ ニュートンの死後100年後
1716年 ハレー 地球太陽間の距離決定 地球の公転速度30km/sも確定
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
数値流体力学: CFDをもとにしたシミュレーション 星間物質・衝撃波・超新星爆発・MHD(磁気流体)
数値重力力学: 重力方程式を数値的に解く理論モデル N-body・重力相互作用・軌道進化
一般相対論の天体物理: ブラックホールのシュワルツシルト半径・因果の地平線
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
恒星の核融合で作られるのは 鉄Feまで H→He→C→O→Si→Fe
超新星爆発で作られるのは 亜鉛Zr付近まで
中性子星合体で作られるのは ウランUまで
電波で分かる組成 低温の有機物 アンモニアなど CHONで構成される物質 / X線で分かる組成 高温プラズマ中の Si・S・Fe の K殻・L殻の輝線
太陽系内の惑星では 赤外 可視光 紫外 で、有機物も金属も
火星 金星の大気組成と気圧: 火星の大気はCO2中心 気圧は地球の1/160 金星の大気組成はCO2中心 気圧は地球の100倍
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
電波は低い温度の物質を捉えることができる / 電波は波長が長く、ダストを透過力するため、ダストに覆われた、星が今まさに誕生している現場を観測することができる。
位相差で距離を測ることができる / 磁場の観測ができる
組成は CO、HCN、NH₃、CH₃OH など どの周波数に線があるか / 温度は振幅の分布 / 密度は特定の分子線の強度比 (⇔X線では原子線の禁制線比) / ガスの運動はドップラーシフト / 磁場は“周波数の微小分裂と偏波
ブラックホール、中性子星では、落ちていく物質からX線と電波の両方が出る / 電波は磁場に沿って動く電子から出る シンクロトロン放射 / ガス・ジェット・磁場を読み取れる
X線は温度の高い天体を捉えることができる / 高温プラズマ Si・S・Fe の K殻・L殻の輝線
温度は発光スペクトル(連続+輝線) 組成は吸収スペクトル(吸収線) / 密度は 原子線の禁制線比 (⇔電波では分子線の強度比) / 速度場は ドップラーシフト / 磁場観測はX線では難しい→電波で
高温プラズマ、ブラックホールのスピン、ガス吸収量など電波では得られない情報が測定できる
ブラックホール、中性子星では、落ちていく物質からX線と電波の両方が出る / X線は高温プラズマから出る / ガス・コロナ・時空のゆがみを読み取れる
ガンマ線天文学* γ線天文学
超新星残骸・パルサー・ブラックホール・ガンマ線バーストなどの極限天体を観測
宇宙望遠鏡は半導体+シンチレーター / 地上から、γ線そのものではなく空気シャワーの二次粒子を観測する方法 大気チェレンコフ光 シンチレータ
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
集光によって、解像度を上げる / 屈折望遠鏡=レンズで光を集める / 反射鏡式望遠鏡=鏡で光を集める
反射鏡式は口径を大きくできる 材料・加工・表面精度・コーティングのすべてが極限仕様 / 一度に見る視野は数分角程度に限定する
補償光学: レーザーガイドと波面センサー / 大気の乱流で屈折率が揺らぐ ゆらいだ波面を「波面センサー」で測り、その逆形状を「変形鏡」で高速に作って打ち消す
収差の補正:球面収差 色収差 コマ収差 フィールドフラッター など
球面収差: 球面は、光線が入射角によって屈折・反射の度合いが変わるため、焦点が決まらない → レンズ、反射鏡の形を整える
色収差: 色によって焦点が異なる 青が手前 赤が奥 → 材料分散 ガラス組み合わせ 反射鏡では色収差は出ない
コマ収差: 斜め入射光の非対称な結像 像が伸びる → レンズの組み合わせ 反射鏡の形の調節
フィールドフラッター: 結像が曲面になるので、それを平面にする
可視光 → 地上と宇宙に望遠鏡 / 赤外 → 地上と宇宙に望遠鏡 / 電波 → 地上望遠鏡が多い / X線 → ほぼ宇宙望遠鏡
可視光 → CCD(電荷結合素子) / 赤外 → 近赤外は半導体(InSb, HgCdTe)中遠赤外は焦電体、ボロメータ / 電波 → アンテナ(受信器:ヘテロダイン検出器) / X線 → 半導体(CCD, CMOS, マイクロカロリメータ=超伝導体の抵抗変化)/ γ線→ シンチレーター 半導体など
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
恒星までの距離は、1.年周視差、2.セファイド型変光星、2.赤方偏移 の3種の測定の仕方がある
1.年周視差: 地上光学望遠鏡で数百光年まで(公転による位置変化) 電波望遠鏡で数千〜数万光年まで(地上2地点または宇宙電波望遠鏡2点 電波の位相差と原子時計を使う) Gaiaで~数十万光年まで(ESAのラグランジュ点 L2の宇宙望遠鏡 2013~2025 可視光+近赤外 位相でなく像そのものの角度)
2.セファイド型変光星: ヘリウム核融合に関わる現象 電離による不透明度の変化 (連星による変光ではない) この周期ならこの光度というのがあり、観測した周期と光度から距離が分かる 〜数千万光年まで(セファイド型変光星がある場合のみ) 地上望遠鏡 ハッブル宇宙望遠鏡(地球周回軌道559km)
3.赤方偏移: 数十億光年〜宇宙の端(近くは分からない)
1~3にひっかからず、距離が分からない天体も多い
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
光の波長・振幅・位相・偏波・ドップラーシフト からいろいろなことを読み取る
温度は連続+輝線 物質は吸収線 可視光では、表面温度が高いと青色、表面温度が低いと赤 / 輝線は、原子が励起された状態から基底状態に戻る際に放出する光 吸収スペクトルは、原子が特定の波長の光を吸収する際に生じる暗い線
ライマン系列:紫外線 バルマー系列:可視光 パッシェン系列:赤外線 ブラケット系列:赤外線 ファンド系列:赤外線 →輝線と吸収線どちらにもなりうる / 温度+電離+励起のバランスで決まる 温度情報が支配的 物質情報も
判別できる主な物質: 赤外:分子吸収(H₂O、CO₂) / 可視光:原子吸収(Na、Ca、Fe) / 紫外:高電離イオンの吸収(炭素CIV、窒素NV) / X線:内殻吸収端(Fe-K、Si-K) / 電波:21 cm(HI)、OH、NH₃ の吸収
赤方偏移: 遠い天体ほど、遠ざかる速度が速い→ドップラーシフトがある→赤い
現在の技術では、連星系のドップラーシフト、惑星を持つ恒星のドップラーシフトなど、1天体内のわずかなドップラーシフトも読み取ることができ、接近・後退速度、天体質量を算出できる
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
1929年 ハッブルが 赤方偏移を発見 → 全ての星は遠ざかっている 遠い星ほど遠ざかる速度が速い
1931年 宇宙が膨張ということで一般相対性理論・アインシュタイン方程式を変更 宇宙定数をゼロにする
1948年 ガモフ ビッグバン理論
1964年 ウィルソンとペンジアス 宇宙背景放射の発見 3Kの黒体放射に相当する電波7.35cm波があらゆる方向からやってくる
2013年 NASAのWMAP衛星による宇宙背景放射の揺らぎ観測から、宇宙の誕生は約138億年前と特定
4つの力の分化 10⁻⁴³ 秒 重力が他の力と分かれる / 10⁻³⁶ 秒 強い力が弱電力から分かれる / 10⁻¹² 秒〜10⁻⁶ 秒 弱い力と電磁力が分かれる
ビッグバン(0秒)→ インフレーション(10⁻³⁶〜10⁻³²秒)光速の10⁸³ 倍以上で膨張→ 素粒子の生成(10⁻¹²秒)電弱対称性が破れる → 原子核の生成(3分)温度が 10⁹ K まで低下 → 宇宙の晴れ上がり(38万年) 3000 K まで低下 光が自由に飛べるようになる → 最初の星の誕生(2〜3億年)
ダークマター(暗黒物質): 銀河の形を維持する物質 銀河の外側の天体の回転速度を説明 太陽の位置で毎秒220 km
ダークエネルギー(暗黒エネルギー): 宇宙の加速膨張
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
黒点 11年周期 S極N極が逆転 磁場が浮上するところ さらに磁場がねじれて再結合すると、フレアやプロミネンスが起こる
太陽内部のダイナモ作用 プラズマの流れが磁場を作るが、地球のような単一のN-S極でなく、内部⇔外部の対流に加え、太陽の自転によって複雑な磁場が多く生じる。太陽は気体なので自転周期が緯度によって違う 25~35日
太陽の光が地球に届くのに8分15秒 太陽風は数日かかる
強い太陽風(太陽嵐) と 通常の太陽風(高速太陽風、低速太陽風)がある / 低速:4〜5日 高速:約 2〜3日 強い太陽風:1〜2日 / ともに粒子は 陽子(H⁺) 電子(e⁻) ヘリウムイオン(He²⁺) 陽子(H⁺) 電子(e⁻)が大部分
強い太陽風 コロナで爆発的な磁気リコネクションが起こる → コロナ質量放出CMEが起こる → 強い太陽風が起こる → 地球で磁気嵐を起こす → 人工衛星に被害 通信障害 発電所変電所被害 緑・赤のオーロラ
通常の太陽風 太陽コロナが重力を振り切ってプラズマ流として流れ出す コロナ質量放出CMEは起こらない → オーロラを起こすことはある 緑のオーロラ
強い太陽風(CME)は、フレアやプロミネンス噴出を伴うことが多い。プロミネンス:磁場に沿ってゆっくり保持される低温プラズマ構造 フレア:磁場に沿って爆発的に加速される高温プラズマの噴出
太陽表面の観測 GOES 太陽の放射(X線・極端紫外)=フレアの強度の観測 地球周回静止軌道 / SOHO ラグランジュ点(L1点 地球の手前150万kmの公転軌道) SDI (地球周回) 黒点、プロミネンス、CME プラズマの観測
宇宙天気予報 名大電波望遠鏡(クエーサー電波のゆらぎ 数時間〜数日前)→DSCOVR・ACE・Wind (L1点探査機 北向き南向き判別 南向きで磁気嵐 30〜60分前)→NICT(地磁気観測:さえずり現象 太陽風が地球磁気圏に衝突した瞬間)→NICT HFレーダー:電離圏のプラズマ流 → みちびき(電離圏の電子の観測 数分後)
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
火星 金星の大気組成と気圧: 火星の大気はCO2がほとんど 気圧は地球の1/160 金星の大気組成はCO2がほとんど 気圧は地球の100倍 CO2は最も安定
地球に水が多い理由: 金星は太陽に近く水が蒸発し尽くした。 火星は重力と磁場が弱く水を保持できなかった。 地球は適度な距離・重力・磁場・温度で水が液体として安定した。
地球大気に窒素が多い理由: 初期地球の大気は CO₂ が主成分だった。気圧も今より高かった。 地球が冷えて海ができると CO₂ が水に溶け、CaCO₃ として固定された。 N₂ は溶けず固定されないため、大気に残り主成分になった。
地球大気に酸素が多い理由: シアノバクテリアがさらにCO2を吸収、光合成で酸素を作り出した
木星・土星の雲はNH₃ NH₄SH(硫化アンモニウム) H₂O / 大気~核は H₂・He(ガス → 液体 → 超臨界流体)→ 金属水素(H液体) → 核(岩 金属(Niなど) NH3 CH4)
木星・土星の元素構成は太陽に近い 低温でH2 Heが逃げない
木星・土星の核の大きさ 木星:地球の 1〜1.5 倍の半径 土星:地球の 0.5〜1 倍の半径
天王星・海王星 大気(H₂・He・CH₄)高圧の超臨界流体(H₂O・NH₃・CH₄)岩石核(SiO₂・MgO・Fe)
各惑星のAUと公転周期は、ケプラー第3法則に一致 / 水星 0.387AU 0.241年 / 金星 0.723AU 0.615年 / 地球 1.000AU 1.000年 / 火星 1.524AU 1.881年 / 木星 5.203AU 11.86年 / 土星 9.537AU 29.46年 / 天王星 19.19AU 84.01年 / 海王星 30.07AU 164.8年
外縁天体のAUと公転周期も、ケプラー第3法則に一致 / 冥王星:39.5AU 248 年 / エリス: 67.7AU 910 年 / セドナ: 76AU 736 年
地磁気がある惑星・衛星: 地球・木星・土星・天王星・海王星・水星・ガニメデ(木星の衛星)
火山活動がある惑星・衛星: 岩石火山は 地球 金星 火星 イオ(木製衛星) 氷火山は エンケラドス(土星衛星) トリトン(海王星衛星)
大気のある惑星・衛星: 惑星は水星以外のすべて 衛星はタイタン(土星衛星) トリトン(海王星衛星)
輪のある惑星: 土星・天王星・海王星・木星
生命の可能性: 地球以外では エウロパ(木製衛星)>エンケラドス(土星衛星)>火星>タイタン(土星衛星) どれも古細菌レベルと考えられる / タイタンは水が存在しないので、有機溶媒で生命が誕生できると仮定した場合の順位
系外惑星
トランジット法: 惑星が十分に大きい場合、惑星が恒星の前面を通過する際に、恒星の光がわずかに遮られるのを検出
ドップラー分光法(視線速度法): 惑星が十分に重い場合、恒星の揺れでドップラー効果が起こるのをスペクトルで観測 青方偏移(近づく)赤方偏移(遠ざかる)
直接撮像法: 系外惑星が恒星から十分に離れている場合、惑星が反射・放射する光を直接観測
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
地図作成 国土地理院 三角測量(基準点・水準点)トランシット・セオドライト → トータルステーション(TS) → くにかぜ航空写真 連続撮影で視差から標高も求める 人間の目+目盛 → くにかぜ航空レーザ 衛星画像(光学・SAR)GNSS測量
トランシット/セオドライト 望遠鏡部で目標物を拡大して十字線に合わせ、水平角・鉛直角測定 / トータルステーション(TS)角度+距離 光波距離計を統合した上位機器
現在の地形図作成は 航空レーザが基本 標高・道路・建物・河川を正確に描く必要がある ALOS(人工衛星)からのデータを地形図の更新判断、LiDARが届かない地域の補完に利用
GNSS衛星 三角測量ではなく 距離測定(トリラテレーション) 各衛星は「位置」と「送信時刻」を電波で送る 受信機は受信時刻との差から距離を計算 → 地図上に現在地を特定
GPS アメリカ 約31基 / GLONASS ロシア 約24基 / Galileo EU 約24基 / BeiDou(北斗) 中国 / みちびき 日本 / いずれも高度20000km付近
だいち=ALOS(エイロス): 高度690 km 前後 /
だいち1号 アクティブセンサー(発信して受信) SAR(合成開口レーダー)は、電波の位相差(干渉)を使って標高を求める / 地形図作成・災害監視・森林資源調査・地殻変動解析
だいち1号 パッシブセンサー(地上・海上からの放射を受信) 近赤外で農産物のできぐあい 針葉樹・広葉樹の区別 / マイクロ波で誘電率の違い 土壌水分・海面塩分・海氷・積雪・植生水分
だいち2号 だいち4号 アクティブセンサー・SARのみ 解像度UP 草丈 密度(葉・茎の量) 含水率 の測定は可能 / みどり=パッシブマイクロ波の後継 しきさい=近赤外・可視の後継
GIS(ジーアイエス)地理情報システム
地質図 基本は露頭 岩石の種類 地層の走向・傾斜 断層・褶曲の形 火山岩の分布 風化・侵食の状況 / (産総研) 物理探査、ボーリング柱状図、活断層 地下水のをデータベース化
森林植生: 衛星、航空(ドローン)写真+AI 現場写真+衛星+AI 樹冠から生態の推定 伐採地での生態の変化 現場写真から樹種の特定 など
動物生態: 定点カメラ+AI / かなり踏み込んだ調査では動物に発信機をつける / 水中動物は電波発信できないのでロガーをつけて一定期間経過後に回収、または一定期間経過後に自動浮上して発信
ハザードマップ: 標高・傾斜 と 洪水・土砂・津波などの物理モデルを結びつける / 標高・傾斜 と 雨量・河川水位・地震・潮位などの観測データと結びつける
人口データ: 地理的な人口偏り → 都市構造 土地利用の変化 災害リスク 交通・商業・医療などの需要を決める
海洋調査: (JAMSTEC) 海底地形 海洋観測(温度・塩分・流速) 海底地質(堆積物・岩石) 海洋生物分布(プランクトン・深海生物) 海底写真・ROV(しんかい) 地震データ(DONET)
鉄道運行状況 道路混雑状況 住宅地図 建造物ポリゴン
国土地理院 海岸線、行政区画、道路縁、軌道中心線 標高点、水涯線、建築物外周線、街区界
国土交通省 行政区域 土地利用(細分メッシュ) 地価(地価公示・都道府県地価調査) 都市計画(用途地域・立地適正化計画) 災害リスク(洪水・津波・高潮・土砂災害) 交通(鉄道・駅乗降客数・バス路線) 公共施設(学校・医療機関・役所) 水域・地形(河川・湖沼・標高・傾斜度)
環境省 GIS 自然環境保全基礎調査(植生図・生物分布) 生物多様性センター(動物分布・外来種) ハザードマップポータル(洪水・土砂・津波)
農林水産省 森林GIS 農業統計(作付面積・収量)など
総務省(統計局): e-Stat(統計 GIS)国勢調査 産業統計 など
デジタル庁: data.go.jp(オープンデータ) 各省庁のオープンデータを横断的に検索
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
仏暦:紀元前543年~(釈迦入滅) / 西暦:紀元1年~(イエス誕生) / イスラム暦:西暦622年~(ムハンマドのメディナ移住) / 民国暦:1912年~ / 檀紀:紀元前2333年~(檀君建国)
日本の旧暦は太陰太陽暦 月の満ち欠け(朔望月)で月を決める 太陽の季節(中気)で年を調整する ズレを補正するため 閏月を入れる(2〜3年に1回)閏月は年末固定ではなく、年の途中に入る。どの月が閏月になるかは年によって異なる。
年月日 604年に暦法を導入して以来、干支(十干十二支)の60日・60年周期 604年は、甲寅(きのえ・とら)
五節句 人日、上巳、端午、七夕、重陽
月の名 睦月むつき、如月きさらぎ、弥生やよい、卯月うづき、皐月さつき、水無月みなづき、文月ふみづき、長月ながつき、葉月はづき、神無月かんなづき、霜月しもつき、師走しわす
月を十干十二支 日を十干十二支で表す方法も 60日周期
十二辰刻: 子 23–1時 / 丑 1–3時 / 寅 3–5時 / 卯 5–7時 / 辰 7–9時 / 巳 9–11時 / 午 11–13時 / 未 13–15時 / 申 15–17時 / 酉 17–19時 / 戌 19–21時 / 亥 21–23時 / 各4区分
十二辰刻と時の鐘(あけむつ くれむつ)との対応: 子2つ:九つ時:午前0時 / 丑2つ:八つ時:午前2時 / 寅2つ:七つ時:午前4時 / 卯2つ:六つ時:午前6時 / 辰2つ:五つ時:午前8時 / 巳2つ:四つ時:午前10時 / 午2つ:九つ時:昼12時 / 未2つ:八つ時:午後2時 / 申2つ:七つ時:午後4時 / 酉2つ:六つ時:午後6時 / 戌2つ:九つ時:午後8時 / 亥2つ:八つ時:午後10時
日の出から日の入りまでをそれぞれ6等分したので、夏と冬では各刻の長さが違った 時計ができるまでは香時計と日時計 機械式和時計も、日の出~日の入りの長さによって各刻の長さを変えるよう工夫されていた
20261023 製作途中で誤ってUPしてしまう
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
偏波レーダー: 水平偏波と垂直偏波の2種類の電波を使う / 雨粒・氷粒の大きさと形を観測 何が降るかを予測
フェーズドアレイレーダー: 多数のアンテナ素子に与える位相を電子的に制御することで、ビーム方向を瞬時に切り替えるレーダー 高速・広域・立体 / 積乱雲の危険性は 雨量そのものより、内部の風の構造 にあるので、ドップラーが強い / 積乱雲立体構造100枚の断面を30秒で観測 / ゲリラ豪雨 竜巻 など、危険度を予測
ウインドプロファイラ: 電波を上空に向かって発射 大気の密度の揺らぎを測る 風の速度の鉛直方向のプロファイルを割り出す
ドップラーライダー: レーザーがエアロゾルに反射 散乱強度からエアロゾルの存在量と風速を測る
周波数帯: フェーズトアレイ:X帯(9.7 GHz帯) / 偏波レーダー:Cバンド(約5.3 GHz) / ウインドプロファイラ:VHF/UHF / ドップラーライダー:1.5 μm帯(赤外レーザー) 2 μm帯(CO₂レーザー)
設置台数: フェーズトアレイ:3台(阪大 神戸NICT 埼玉大) / 偏波レーダー:29か所(一般気象20 空港9) / ウインドプロファイラ:33台(全国ネットワーク) / ドップラーライダー:台数不明
サービス: XRAIN:偏波レーダー / ウィンダス:ウインドプロファイラ+アメダス
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
ラニーニャ:貿易風が強く、表層水が西へ吹き流され、ペルー沖で湧昇流が強まる / 日本は暖冬・冷夏になりやすい
エルニーニョ:貿易風が弱く、表層水が西へ流れず、ペルー沖の湧昇流が弱まる / 日本は猛暑・厳冬になりやすい
ロスビー波は、地球の自転によるコリオリ力の緯度差(β効果)で生じる大気の波動。偏西風・ジェット気流の蛇行そのものがロスビー波
ENSO(エルニーニョ・ラニーニャ)はロスビー波を励起し、その結果、偏西風の蛇行パターンが変わる。
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
基本データ: アメダスの雨量・温度・湿度・風向、風速データ / 地方気象台の気圧データ / ゾンデの温度・湿度・気圧・風向・風速・気圧データ
データ同化のためのデータ: 気象衛星ひまわりの画像、偏波レーダー(X-RAIN)、ウインドプロファイラ(WINDAS) で「データ同化」 観測地点が何百倍~何千倍もあるのと同様の効果
スーパーコンピューターでシミュレーション / ナビエ・ストークス方程式+連続の式+熱力学方程式+水蒸気の拡散方程式+気体の状態方程式+放射伝達方程式 / 全球モデル:6時間ごと メソモデル:3時間ごと 局地モデル:1時間ごとに新たなデータでシミュレーションしなおし
2026年(令和8年) 線状降水帯の予測のために通常モデルを強化: 観測 → データ同化 → シミュレーションに、GNSS可降水量、高解像度モデル(1km)、アンサンブル予報(複数の予報を走らせる) の3つを追加
GNSS可降水量: GNSS衛星の電波が通過する空気の中の水蒸気によって遅れる現象を、地上の受信局が解析
2030年目標 過去データに基づくAI予測 台風進路 短時間強雨 雷 降水など 従来のシミュレーション予測に加える可能性が高い (別系統でない)
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
北極側で反時計回りに自転、南極側では時計回りに自転
円盤上では、中心から縁へは、ボールは右にそれながら転がり、縁から中心へは、ボールは左にそれながら転がる
コリオリ力 北半球では進行方向に対して右側 南半球では進行方向に対して左側に働く
コリオリ力が関係する気象現象 低気圧・高気圧・台風・貿易風・偏西風・ジェット気流・海流
低気圧・台風: 北半球で反時計回り(内に行くほど右) 南半球で時計回り
高気圧: 北半球で時計回り(外に行くほど右) 南半球で反時計回り
貿易風(東→西): ハドレー循環 地表 北→南の風が、コリオリ力で右向き、西向きに
偏西風(西→東): フェレル循環 地表 南→北の風が、コリオリ力で右向き、東向きに
寒帯前線ジェット: 極循環 上空 南→北の風が、コリオリ力で右向き、東向きに
亜熱帯ジェット: ハドレー循環 上空 南→北の風が、コリオリ力で右向き、東向きに
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
温帯低気圧: 寒気と暖気が出会う所 密度差が原因 暖気が乗り上げ 寒気が押し上げ コリオリ力が回転方向を決める
温暖前線:暖気が「ゆっくり上に乗り上げながら進む
寒冷前線:冷気が下から暖気を押し上げながら進む
南側:太平洋高気圧(=亜熱帯高気圧) 暖かく湿った空気 30度付近 ハドレー循環の下降流
北側:オホーツク海寒気団(湿潤・高気圧) シベリア寒気団(乾燥・高気圧) 北極海寒気団(乾燥・高気圧) / どれも極循環、フェレル循環に関係しない
梅雨前線は 2つの湿潤な高気圧に挟まれた状態(オホーツク海高気圧と太平洋高気圧)と、動かない前線(停滞前線)が特徴で、温帯低気圧と区別される
寒気と暖気が出会う所 密度差が原因 暖気が乗り上げ 寒気が押し上げ コリオリ力が回転方向を決めるのは温帯低気圧と共通
冬:大陸は高気圧になりやすい、海洋は低気圧になりやすい 夏: 大陸は低気圧になりやすい、海洋は高気圧になりやすい
夏:オホーツク海高気圧になり / 冬:シベリア高気圧 アリューシャン低気圧
夏のチベット高気圧は構造が違い、高原への強烈な日照、上昇気流の高気圧 → 上空では高気圧 地表では低気圧的、モンスーンを強く支配
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
亜熱帯高気圧:ハドレー循環の下降流 北緯30度付近で発生
台風がなぜ北上するか 台風=低気圧と高気圧がなぜ打ち消しあってゼロになることがなのか
台風:北緯5~20度で発生 日射が強い 上昇気流 雲ができ雨が降る 気圧差で風ができる コリオリ力がある程度あり回転
β効果:コリオリ力の強さが緯度が高いほど大きくなる 渦度の不均衡 北向きに移動
亜熱帯高気圧と台風が循環の関係 大気が下向きと上向き 打ち消しあわずセットとして共存 亜熱帯高気圧に沿って北に進む 規模は亜熱帯高気圧の方が大きい
貿易風帯では西に流され 偏西風帯では東に流される
台風はハドレー循環の上昇流が分離したものではなく、貿易風が収束してできる局地的な弱い渦が、海面の潜熱で自己強化して巨大渦へ成長したもの
台風は潜熱エンジン: 海面から水蒸気が蒸発 上空で凝結 凝結のときに潜熱放出 周囲の空気が温められ、さらに上昇 / 上昇気流→地表で低気圧+コリオリ力で回転
カルノーサイクルとの関連: 高温熱源から熱を受け取り 低温熱源へ熱を捨て その温度差で仕事をする 高温熱源は海面 低温熱源は上空 作動流体は水蒸気を含む空気
台風の上昇気流は断熱膨張で冷却し、 台風の下降流は断熱圧縮で加熱する。 そのうえで、凝結による潜熱放出が上昇流を再び強化
竜巻は積乱雲の強い上昇気流が地表の水平渦を縦に伸ばすことで発生 / 鉛直シアが渦の要因、大気不安定が上昇気流の要因 / 8〜10月がピーク
鉛直シア=風向・風速の変化 が大きいとき発生しやすい
大気が不安定とは / 地表が暖かく、上空が冷たいとき / 地表が乾燥して、上空が湿っているとき / ともに浮力で上昇気流
竜巻のすぐ周辺に強い下降流下降流も起こり、これが竜巻の寿命を決める / 乾いた空気と混ざり、雲粒蒸発で吸熱、冷えて重くなる
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
オーロラは高度 100〜300 km の電離圏で、 高速電子が大気分子を「励起」することで光る。 化学反応ではなく、電子衝突による励起・発光。
緑色 電子→酸素(557.7 nm):高度 100〜150 km / 赤色 電子→酸素(630 nm):高度 200〜300 km / 紫・青: 電子→窒素 高度 80〜120 km
雷は積乱雲の中で氷がこすれあって電荷が分離することでできる / 雲の上部=プラス 雲の下部=マイナス 地表=プラス / 氷晶と霰の帯電 氷晶+は上部へ 霰-は下部へ / 雲内放電(雲の中) 雲間放電(雲と雲) 対地放電(雲と地面)=落雷
スカイツリーで 雷の放電経路 (ハイスピードカメラ+電波) 雷の発生タイミング (電界・磁界) 雷の破壊力 (電流波形+電磁波) 雷雲の電荷構造 (電界・磁界) 雷の種類 負極性雷 正極性雷 多重雷 上向き雷
雷サージ(過電圧) 直撃雷以外に、近傍落雷による誘導、遠方落雷による伝搬でも起こる → 家電装置も工場設備
人工雷発生装置 材料・建築物・電子機器・電力設備・通信設備に与える影響を測定 雷そのものの物理(電流・電圧・プラズマ)も調べる
雷でキノコがよく生えるという経験則はあるが、科学的実証はまだ
光は波長ごとに曲がり方が異なる 虹の色 外側← 赤・橙・黄・緑・青・藍・紫 →内側
雨粒は分散 なぜ虹は統一的に見えるのか → 赤は42°、紫は40°という角度条件を満たす雨粒の光だけが観察者に届く 観測者を中心とした円弧ができる
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
風成循環: 貿易風(東風)と偏西風(西風)が太平洋を周回する海流を作る 暖流と寒流を合わせて一巡する
通常、風は、波を作るものの、流れを作るには至らないが、偏西風や貿易風が海流を作るのは、吹く規模の大きさと持続的であることが関係する
西岸強化: 特に海洋の西側(大陸の東側) 貿易風帯から偏西風帯にうつるところが強化される 黒潮 メキシコ湾流と北大西洋海流
熱塩循環: 赤道周辺の海が南極や北極に向かう流れが生じる。→ 極で海氷ができる 塩分濃度が上がる 重く沈む → 深層流として赤道へ戻る / 表層は暖→冷、深層は冷→暖
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
浅← 関東ローム層(火山灰:不透水) 東京礫層などの礫層(砂礫:透水) 下総層群(海成層 砂層+粘土層の互層) 上総層群(海成層 砂層+粘土層の互層)→深
井の頭池 富士見池 善福寺池 三宝寺池(石神井公園)などは古多摩川層からの湧水
地下水の年代測定
¹⁴C ³⁶Cl は大気由来 減っていく 深層地下水では³⁶Cl / AMS加速器質量分析
⁴He は岩石中U・Th由来、増えていく、放射性でない 地層によって増え方に差がある / U・Thの多い順 花崗岩 > 火山岩 > 堆積岩 > 石灰岩 / 貴ガス質量分析
ミネラル
硬水の地域:石灰岩(CaCO₃)・ドロマイト(CaMg(CO₃)₂) / 秋吉台 四国カルスト 沖縄 など
軟水の地域:花崗岩・砂礫層・火山灰地 / 関東平野など日本の大部分
シミュレーション 地下水流動方程式(ダルシー流+連続式)と移流分散方程式 / 地下水中の物質(ミネラル、汚染物質、トレーサー)
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
実体波(P波・S波)が基本的な波
表面波(レイリー波・ラブ波)が地層構造・地盤・構造物で影響を受けてできる波 ビルの揺れ 表面で跳ね返され地中でまがってまた表面へ 繰り返し
ラブ波が出やすい地層: 柔らかい上層(Vs低)+硬い下層
実体波に関して、多数観測点での時刻歴+フーリエスペクトル → 直達波・屈折波・反射波の区別、深さどれくらいで屈折、反射したかが分かる 地球深部の構造
断層がどう破壊されたか 断層の面のどの場所で破壊が始まったか たくさんすべったか も実体波から分かる
表面波の分散 導波モード 散乱から、地表近くの地層構造が分かる
地震波の再現 多くのY=Asin(2πft + φ) A:振幅 f:周波数 φ:位相 が混ざった複雑な波の形に戻すと地震動を再現できる 実体波+表面波が混ざっている最終波形 → 振動台実験 シミュレーション
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
震源決定: 多数観測点のP波到達時刻 と S波到達時刻から求める / 精密には、Geiger 法を拡張した反復計算 さらに、ベイズ推定による自動震源決定も導入
規模決定: 振幅・周期からマグニチュードを計算
地球内部の屈折が起こる場所=速度境界 モホ面(地殻とマントル) 上部マントル(リソスフェア/アセノスフェア) 410 km 不連続面(オリビンの相転移) 660 km 不連続面(リングウッダイト→ペロブスカイト) 外核境界(CMB) / P波は外核を通るが、S波は通らない
長周期地震動(2–10 s = 0.1–0.5 Hz)は、軟弱地盤、中高層建物が共振し、短周期地震動(0.1–1 s = 1–10 Hz)は固い地盤、低い建物が共振しやすい
低層建物(0.1–0.3 s) / 硬い地盤(0.1–0.3 s) / 高層建物(2–6 s) / 柔らかい地盤(1–3 s) / 固い地盤(0.1–0.3 s)
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
発生頻度・空間分布・規模分布・発生確率などを数理モデルで記述 → ハザードマップ 地震活動の確率過程
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
① 現場調査(地質学・地形学): 地震が残した物理的痕跡を調べる。 / 活断層の変位量 液状化跡 津波堆積物(津波石・砂層) 地すべり跡 → 地震の規模(M)、断層の位置、津波の高さなどが分かる。
トレンチ調査 地層の中の地震の跡 液状化層(噴砂) 地すべり堆積物 津波堆積物 断層による変化
地形の変化(段差・隆起・沈降)が急激なものかゆっくりとしたものか 不整合面は急激である可能性が高い 同一年代 比較的狭域 変形の仕方なども考慮
プレート境界型か内陸型活断層地震かは、判別困難な場合が多い / 津波堆積物があればプレート境界型 / 同時に地形変化が広域で起こっている場合はプレート境界型の可能性
② 古文書調査(歴史資料): 地震当時の“人間の記録”を調べる。 / 日記 寺社の記録 古地図 災害絵図 幕府・藩の公文書 外国船の航海記録
年月日(昔の暦法) 建物被害 死者 地形変化 火災 余震などの記録 / 被害状況から震度推定 被害分布から震源推定 広域性と津波の有無からプレート境界型か内陸型か などが分かる
③ 現代の地震被害調査 リアルタイム観測(地震観測網 地震計 津波計など)+リモートセンシング(ヘリコプター 衛星 ドローンなど)+現地踏査+データ解析
建物被害 倒壊建物の分布(地盤 家の構造) 建物の傾斜(水平器・レーザ 傾くと無傷でも住めない場合が多い) 剪断破壊(柱 梁 柱梁接合部 耐力壁 基礎のアンカーボルト) 液状化 道路寸断 火災
耐震基準は NDC 524.91 耐震構造 / 地震防災、救助については 369.31 災害救助>震災 火山災害
液状化のメカニズムは NDC 511.3 土質力学 土質工学 / 個々の地震での液状化の状況は NDC 453.2 地震誌 地震調査
ゆるい砂が揺れを受けると、間隙水圧が急上昇し、浮遊状態になる / 液状化3条件 ① ゆるい砂質地盤(N値20以下) ② 地下水位が高く、砂が飽和している ③ 強い地震動(繰返しせん断)
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
何を静止系として使い、何を動く系として使うか
昔の地震計(振り子式) 静止系:振り子(重り) 動く系:外枠(地面) → 相対変位を紙に記録
電磁式速度計: 静止系:コイル(内部の質量) 動く系:磁石(外枠=地面) 質量と磁石の相対運動そのものを測る → 相対運動で電圧を記録(速度波形)
加速度計(強震計): コイル+磁石+おもり 電磁式でも、サーボ型加速度計が検知しているのは「質量をゼロ位置に戻すための電磁力」、質量を動かさないための力を作る
K-NET・KiK-net S-net・DONET では 加速度型(加速度計) が主流
K-NET・KiK-netは、陸域の強震観測 1996~ / 設置者は防災科研(NIED) / 地表・地中の強震計ネットワーク(揺れを測る)
S-net・DONETは、海底の地震・津波観測 2010~ / 設置者は海洋研究開発機構(JAMSTEC) / 海底ケーブル式の地震・津波観測網(地震+津波を測る)
海中は電波が使えないので、ケーブルにつなぐか、自動浮上して電波発信する
海底ケーブル式 常時リアルタイム 地震・津波の即時監視 S-net・DONET 海底地震計(OBS) / 海底圧力計(津波計) 加速度計・傾斜計 光ファイバー通信装置
自動浮上式 浮上時に電波発信 研究用途 / 地震計(加速度計 or 速度計)水圧計(津波計) 温度計 時計 浮上機構 オプションで 傾斜計 磁力計 水温・塩分・導電度センサー
スマホにも地震計
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
プレート境界地震は、ごくおおまかに予測可能 内陸型活断層地震は予測不能
南海トラフ(東海地は駿河湾 東南海は紀伊半島沖 南海は四国沖): フィリピン海プレートとユーラシアプレートの境界で、100〜150年周期でプレート境界地震が発生
白鳳地震(684) 仁和地震(887) 永長・康和地震(1096–1099) 康安地震(1361) 明応地震(1498) 慶長地震(1605) 宝永地震(1707) 安政東海地震(1854) 安政南海地震(1854) 昭和東南海地震(1944) 昭和南海地震(1946)
GNSS衛星と電子基準点でプレートのひずみ蓄積を観測 約1300点の電子基準点(GEONET)
海底地殻変動計測でスロー地震を観測 DONET(紀伊半島沖・日向灘)S-net(日本海溝沿い) スロー地震はひずみを解放するが、固着域にはあまり影響しない 巨大地震の準備過程でスロー地震が増える例がある
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
圧縮で逆断層 引っ張りで正断層が起こる せん断応力で横ずれ断層
内陸型活断層地震(明治以降): 1872 浜田 1891 濃尾(内陸最大級、根尾谷断層) 1894 庄内 1896 陸羽(川舟断層・千屋断層) 1927 北丹後(郷村断層) 1930 北伊豆(丹那断層) 1943 鳥取(鹿野断層) 1948 福井 1995 兵庫県南部 (野島断層) 2000 鳥取県西部 2004 新潟県中越(内陸型) 2008 岩手・宮城内陸 2016 熊本(布田川・日奈久断層) 2024 能登半島
プレート境界型地震(明治以降): 1896 明治三陸 1933 昭和三陸 1944 昭和東南海 1946 昭和南海 1968 十勝沖 1994 北海道東方沖 2003 十勝沖 2011 東北地方太平洋沖 2015 小笠原諸島西方沖
津波被害: 1896年 明治三陸地震 1933年 昭和三陸 1944年 昭和東南海 1946年 昭和南海 1960年 チリ津波(遠地津波) 1983年 日本海中部 1993年 北海道南西沖(奥尻島) 2011年 東北地方太平洋沖 2024年 能登半島 (内陸型だが津波発生)
活断層の確認: ①地震波トモグラフィ:遠方地震の反射・屈折 ② 地表の地層のずれ ③ 重力探査 密度の違い ④ 電磁探査 断層は水を含みやすく、電気抵抗が低い ⑤ ボーリング
2000年以降の世界の巨大地震 (内陸型でも活断層型とプレート衝突型がある)
2001年 インド・グジャラート地震 (内陸型 活断層型)
2003年 イラン・バム地震 (内陸型 活断層型)
2004年 スマトラ島沖・インド洋大地震 (海洋型 プレート境界型)
2005年 パキスタン・カシミール地震 (内陸型だが、断層でなくプレート衝突)
2008年 中国・四川地震 (内陸型だが、断層でなくプレート衝突)
2010年 ハイチ地震 (内陸型 活断層型)
2011年 トルコ・シリア地震 (内陸型だが、断層でなくプレート衝突)
2015年 ネパール・ゴルカ地震 (内陸型だが、断層でなくプレート衝突
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
火山は、発散境界と収束境界以外に、ハワイのようなホットスポットで発生する
プレートとの関係による分類: 沈み込み帯火山(成層火山が多い) 日本・インドネシア・チリなど / ホットスポット火山(盾状火山が多い) ハワイ・イエローストーン / リフト帯火山(割れ目噴火) アイスランド
発散境界: 大地が引き裂かれてマグマが上昇 / 減圧融解 / Mg,Feが多く、さらさら
ホットスポット: 組成の不均一さにより、地球深部からマントルプルームが噴き出す箇所があり、ホットスポットを作る / 減圧融解 / Mg,Feが多く、さらさら
収束境界: 水がマントルの融点を下げてマグマが発生 / 加水融解 / 地殻を溶かすのでSiO2が多く、ねばっこい
マグマの性質による分類:
玄武岩質(さらさら)楯状火山 日本にはほとんどない 伊豆大島と三宅島は玄武岩質だが成層火山的
玄武岩〜安山岩の複合型: 北海道 大雪山
安山岩質 → 成層火山(北海道 羊蹄山 羅臼岳 斜里岳 樽前山 / 東北 岩手山 八甲田山 岩木山 蔵王山 吾妻山 / 関東・甲信越 富士山 浅間山 草津白根山 / 中部 焼岳 乗鞍岳 / 中国 三瓶山 / 九州 霧島山)
安山岩〜デイサイトの複合型: 北海道 十勝岳 有珠山 / 東北 鳥海山 / 関東 八ヶ岳 / 中部 御嶽山 / 中国 大山 / 九州 桜島
デイサイト・流紋岩質(ねばっこい) 溶岩ドーム(北海道 昭和新山 / 九州 雲仙普賢岳)
デイサイト・流紋岩質(ねばっこい) カルデラ火山(九州 阿蘇 / 東北 十和田 洞爺湖)
SiO₂ 含有量 流紋岩>デイサイト>安山岩>玄武岩 / すべて火山岩(噴出岩)であり深成岩ではない
SiO2が多く金属元素が少ないほど、白くて、軽くて、溶岩は粘度が高い(ねばっこい) / SiO2が少なく金属元素が多いほど、黒くて、重くて、溶岩は粘度が低い(さらさら)
溶岩ドームは、少量の高粘性マグマが“ゆっくり押し出される / カルデラは爆発的に噴出
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
塩化物泉:海水・化石海水 / 有馬(金泉)、熱海
炭酸水素塩泉:花崗岩・砂岩 / 城崎
硫酸塩泉:石膏 / 龍神 / 動脈硬化・外傷系
炭酸泉: 火山ガスのCO2または石灰岩・ドロマイトの溶解 / 長湯 有馬 / 血行促進
硫黄泉:火山ガス(硫化水素H₂S) / 蔵王
酸性泉:火山ガス(SO₂ → H₂SO₄) / 草津 / 強い殺菌力
含鉄泉:鉄鉱物の溶解 / 有馬(金泉)
放射能泉:花崗岩のラドン / 三朝
層帯の湧出: 地下深部で加熱された水が断層を通って上昇 密度が下がる 火山性の草津・蔵王・箱根 非火山性の有馬・三朝・白骨・城崎
火山性か非火山性か: 熱源がマグマか深層地温か
登別温泉(北海道) 硫黄泉・酸性泉・塩化物泉 火山性(登別火山)
蔵王温泉(山形) 強酸性の硫黄泉 火山性(蔵王火山)
草津温泉(群馬) 酸性泉(pH 2前後) 火山性(白根山)
熱海温泉(静岡) 塩化物泉が主 火山性+断層帯 (伊豆) 化石海水+深層地下水
白骨温泉(長野県) 重曹泉+硫黄泉 非火山性(断層帯+深層地下水)
箱根温泉(神奈川) 硫黄泉・塩化物泉・単純泉 火山性(箱根火山)
下呂温泉(岐阜) 単純泉 非火山性+断層帯の湧出
城崎温泉(兵庫) 炭酸水素塩泉(重曹泉) 非火山性
有馬温泉(兵庫) 塩化物・含鉄泉(金泉)+炭酸泉(銀泉)非火山性 化石海水+断層帯の湧出
竜神温泉(和歌山) ナトリウム-硫酸塩泉(石膏泉) 非火山性 断層帯の湧出
三朝温泉(鳥取) 放射能泉(ラドン泉)非火山性
道後温泉(愛媛) 単純泉 非火山性
別府温泉(大分) 10種類の泉質 火山性 (阿蘇–くじ火山帯)
由布院温泉(大分) 単純泉
長湯温泉(大分県) 炭酸泉 非火山性温泉(断層帯+深層地下水)
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
扇状地: 山地から平野へ出るところ(山麓) / 勾配が急 → 緩へと急変する地点 扇形 / 表面は 礫が多く水はけが良い / 川が流路を頻繁に変える / 洪水時に土砂が一気に堆積する / 地下水が豊富
三角州: 河口(海や湖に注ぐところ) / 流れが非常に弱くなる場所 / 土砂が沈降 / 平坦な低地が広がる / 海側へ前進
縄文海進 縄文海退: 温暖化 → 氷床が融解 → 海水面上昇 → 海進 関東平野 濃尾平野 大阪平野など平野部が海に沈む / 寒冷化 → 氷床が成長 → 海水面下降 → 海退 平野部が陸になる / 隆起や沈降ではない
主に南極大陸とグリーランドの氷床が影響 北極海の氷山は、90%海中にあり、溶けても海水面にあまり影響しない
河岸段丘: 川がつくる階段状の地形 横に広がる時期と、深く掘る時期が交互にあった
温暖 → 植生が増えて土砂が固定される / 海水面が上昇 → 水源から河口までの標高差が小さくなる 勾配が緩くなる / 氾濫原は拡大
寒冷 → 植生が減り、土砂が流される / 海水面が低下 → 水源から河口までの標高差が大きくなる 勾配が急になる / 氾濫原は縮小
隆起で勾配が急になる 沈降で勾配が緩くなる
断層崖: 断層そのもの”ではなく、断層運動の結果として地形が変形した崖
隆起や沈降はなぜ起こるか?
プレートの沈み込み → 付加体上昇 変成帯上昇 / 変成帯は、付加体より深部で変成され、剪断ではがれ、圧縮と造山活動で、上へあげられる
プレートの湾曲→プレート自体を圧縮または引張→地殻の厚さが変化→アイソスタシー調整 / アイソスタシーは浮力のバランス 地殻が厚くなると下降 地殻が薄くなると上昇
プレートの湾曲→プレート中の断層に圧縮または引張→ 逆断層(圧縮) で 隆起 正断層(引っ張り) で 沈降
火山活動 マグマ溜まりの膨張 → 隆起 / 噴火後の収縮 → 沈降 / マグマが冷える → 収縮
山地では浸食、風化が進み、平野、海底では地層が堆積される
不整合の一形態として、海中で地層が堆積し、その後、隆起で、地層が傾いて陸地化して、浸食された時にできる
リアス式海岸: 三陸 若狭 志摩など
砂州: 天橋立 宍道湖など
砂嘴: 野付半島など
砂丘: 鳥取砂丘 新潟砂丘 石川県内灘 青森県十三湖など
海食崖: 室戸岬 東尋坊など
干潟:潮の満ち引きでできる“浅い泥の平坦面” 有明海など ムツゴロウ・カニなどが棲息
ラグーン:砂州・砂嘴などで海が“せき止められてできる湖”
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
中央構造線(MCT)も糸魚川ー静岡構造線(ISTL)も昔のプレート境界そのものではない
中央構造線: 付加体(弱い岩石) 古い大陸地殻(硬い岩石)フィリピン海プレートの圧縮・横ずれが加わる
糸静線:東側は フォッサマグナ(新しい堆積物) 西側は 古い大陸地殻
白亜紀(1億〜8000万年前)領家帯と三波川帯が大陸縁で接合(中央構造線の成立) / 中新世(約1600万年前)一時的な発散境界(背弧海盆拡大)で日本列島が大陸から離れる → 日本海が開く / 鮮新世〜更新世(約500万年前〜現在)太平洋プレート上の伊豆弧が本州弧に衝突 → 東日本と西日本が接合(糸静線の成立)
西(西南日本)=古生代〜中生代 花崗岩・変成岩が多い / 三波川変成帯(北):低温高圧型 → 青色片岩・緑色片岩 / 領家変成帯(南):高温低圧型 → 角閃岩・片麻岩・花崗岩
東(東北日本)=新生代の火山岩・堆積岩が主体 / 安山岩(火山岩の主役) 玄武岩(背弧海盆の火山岩) 凝灰岩(火山灰の堆積) 砂岩・泥岩(新第三紀の堆積盆地)
フォッサマグナ=西と東の境界帯 新第三紀の堆積物 火山噴出物(箱根・富士・八ヶ岳)
美濃帯・秩父帯・四万十帯 は代表的な付加帯 / 付加体には、チャート(放散虫)・石灰岩(サンゴ・有孔虫)・玄武岩(緑色岩)・砂岩・泥岩 が混在 / 沈み込む海洋プレートの上に乗っていたもの
石灰岩は、沖縄 琉球弧が圧倒的に多い / 全国各地でも石灰岩算出 セメント会社 田川 秋吉台 大垣 秩父 大船渡など / 海洋プレートに載ったサンゴ礁、有孔虫が付加体として貼りついた
凝灰岩 凝灰角礫岩は、火山の噴火によってできる
チバニアン層: 77万年前に地磁気が逆転
日本の大都市の地層 / 浅部:沖積層(粘土)=不透水 軟弱地盤 / 中間:砂礫層=透水・中層建築の支持層 / 深部:海成層(砂+粘土の互層)=透水と不透水が交互 / 最深部:固結した基盤岩=不透水 高層建築の支持層
札幌:支笏火山灰(不透水)+段丘礫層(支持)+沖積互層+新第三系・蝦夷層群(深部支持)
仙台:砂主体(透水)+段丘礫層(主要支持)+新第三系・名取層群・仙台層群(深部支持)
東京 関東ローム層(火山灰:不透水) 東京礫層などの礫層(透水性 支持層) 下総層群(海成層 砂層+粘土層の互層) 上総層群(海成層 砂層+粘土層の互層)
名古屋 沖積層(砂・粘土の軟弱層 上の砂は透水性 下の粘土は不透水性) 扇状地礫層(透水性 支持層) → 洪積層(砂+粘土の互層) → 美濃帯の基盤岩(固結)
大阪 沖積層(粘土・砂・粘土の軟弱層 不透水性が優勢) 上町礫層(透水性 支持層)洪積層(大阪層群:砂+粘土の互層) 和泉層群(不透水で硬質)
福岡:海成粘土(不透水)+洪積礫層福岡層群(支持)+海成互層+古第三系(深部支持)
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
発散境界(盛り上がり帯): アイスランドと大西洋中央海嶺、アフリカ大地溝帯、東太平洋海膨、インド洋海嶺、南極海嶺など
収束境界(沈み込み帯): 日本付近のプレート境界 / アンデス:ナスカ(海洋) → 南米(大陸) / ヒマラヤ:インド(大陸+海洋) →ユーラシア(大陸) / アルプス:アフリカ(大陸+海洋)→ユーラシア(大陸)
横ずれ境界: サンアンドレアス断層 太平洋(海洋)⇔北米(大陸+海洋) / 北アナトリア断層(トルコ)アナトリア(大陸)⇔ユーラシア(大陸) / 東アナトリア断層 アラビア(大陸)⇔アナトリア(大陸) / デッドシー断層 アラビア(大陸)−アフリカ(大陸+海洋) / アルパイン断層 太平洋(海洋)−オーストラリア(大陸+海洋) / 断層と付いているがプレート境界
日本は4プレート接合域 ユーラシアプレート(大陸プレート) 北米プレート(大陸+海洋の複合) フィリピン海プレート(海洋プレート) 太平洋プレート(海洋プレート)
密度の順 太平洋プレート(海洋)> フィリピン海プレート(海洋)> 北米プレート(大陸+海洋) > インドプレート(大陸+海洋) > ユーラシアプレート(大陸)
日本海溝:太平洋(海洋) →北米(大陸+海洋) / 南海トラフ:フィリピン海(海洋)→ユーラシア(大陸) / マリアナ海溝:太平洋(海洋)→フィリピン海(海洋) / アリューシャン海溝:太平洋(海洋)→北米(大陸) / 千島海溝:太平洋(海洋)→ 北米(大陸) / 伊豆・小笠原海溝: フィリピン海(海洋)→太平洋(海洋)
太平洋・フィリピン海は海洋型 玄武岩質(Mg・Feが多い)密度が高く沈み込みやすい / ユーラシア・インドは大陸型 花崗岩質(Si・Alが多い) 密度が低く沈み込まない。 / 北米は大陸+海洋の複合 海洋型の部分が沈み込む
プレート境界と地震分布と火山分布はよく一致する
大陸プレート → 大陸プレート :衝突して盛り上がる(造山帯) / 海洋プレート→ 海洋プレート :片方が沈み込み、島弧ができる / 海洋プレート→ 大陸プレート :海洋が沈み込み、大陸側に火山弧ができる
なぜプレート成分の違いができるか 大陸プレートは、 古い大陸核(クリトン)+多数の沈み込み帯での島弧付加体の積み重ね
日本列島は沈まないのか? 一度大陸プレートになったものは、比重が軽いので、原則、マントルに沈み込まず、ずっと地表にいつづける 付加体となって盛り上がる
約3億年前(後期石炭紀〜ペルム紀) ローラシア(北)とゴンドワナ(南)の衝突 パンゲアの形成
約1.8〜1.6億年前(ジュラ紀中期)パンゲアからローラシア(北)とゴンドワナ(南)に分裂
約1.6〜1.4億年前(ジュラ紀〜白亜紀)ローラシアがユーラシアと北米に分裂
約1.4億年前〜8千万年前 (白亜紀) ゴンドワナが 南アメリカ アフリカ インド 南アメリカ オーストラリア 南極 に分裂
約5,000万年前(古第三紀) インドがユーラシアに衝突 ヒマラヤ山脈ができる
大陸の分裂は発散境界 大陸の衝突は収束境界のはたらきによる
白亜紀(1億〜8000万年前)領家帯と三波川帯が大陸縁で接合(中央構造線の成立) / 中新世(約1600万年前)一時的な発散境界(背弧海盆拡大)で日本列島が大陸から離れる → 日本海が開く / 鮮新世〜更新世(約500万年前〜現在)太平洋プレート上の伊豆弧が本州弧に衝突 → 東日本と西日本が接合(糸静線の成立)
中新世 太平洋プレートが北西向きから西向きに変化 → 日本列島に対してより正面から沈み込むようになる → 背弧海盆(発散境界)が一時的に出現 → 日本列島が大陸から分離
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
国土交通省が定義する「土砂災害の3類型」 地滑り 崖崩れ 土石流
地すべり:透水層と不透水層の境界で間隙水圧上昇 面ですべる
がけ崩れ:表層の風化土(透水)が急激に破壊される
土石流:谷底の砂礫が流体化して高速で流れる
発生メカニズムが異なるが、 斜面の不安定化 地下水の上昇 豪雨・地震 など共通の誘因が多い
観測
地すべり: 伸縮計(ワイヤ式) 変位計(パイプ式 せん断変形) 傾斜計 物理探査 / 地下水 間隙水圧計 電気探査(比抵抗) / GNSS衛星連続観測
崖崩れ: 巡視で道から岩塊の位置、亀裂、風化、湧水、落石、樹木傾き、表層ふくらみ、岩盤の色などをチェック ごく一部にアコースティックエミッション(AE)
土石流: 降雨の監視 ごく一部に流路センサー(振動センサー・ワイヤセンサー)
共通でドローン空撮 3次元点群データ
対策
地滑り: 集水井・排水ボーリング・抑止杭・アンカー
崖崩れ: 法面保護・ロックボルト・防護柵
土石流: 砂防ダム・えん堤・導流堤
シミュレーション
地すべり: カム・クレイモデル(粘土の弾塑性) リチャーズ方程式(地下水・浸透) ビオットの連成方程式(応力–間隙水圧の連成)
崖崩れ: FEM–DEM連成 FEMは応力集中(弾塑性) DEMは落石(接触)
土石流: 非ニュートン力学 ビンガム流体モデル 粒子-流体連成 DEM
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
放射年代測定: 火山灰層⊃凝灰岩⊃ジルコン(ZrSiO₄)⊃ウラン-鉛法(U–Pb) (⇔ 考古学年代は 14C 土器の型式 / 有史以後は 古年輪法 土師器・須恵器の型式 文献史料)
火山灰層序: 化学組成 微量元素 Ar–Ar法(放射年代測定)
示準化石: 三葉虫:カンブリア紀〜ペルム紀 / フズリナ:石炭紀〜ペルム紀 有孔虫の一種 / アンモナイト:デボン紀〜白亜紀 / 放散虫:カンブリア紀~現代の深海 SiO2 チャート / 有孔虫:カンブリア紀〜現代の海洋全域 /
示相化石: サンゴ(暖かい浅海)、アサリ(浅い海)、シジミ(汽水・淡水)、ブナ(冷涼な陸地)、ホタテ(冷水域)
主要な全球凍結:7.2 億年前と 6.3 億年前
古生代(約5.4億〜2.52億年前) カンブリア紀 オルドビス紀 シルル紀 デボン紀 石炭紀 ペルム紀
中生代(約2.52億〜6600万年前) 三畳紀 ジュラ紀 白亜紀
新生代(約6600万年前〜現在) 古第三紀 新第三紀 第四紀
大量絶滅
オルドビス紀末 O–S境界 約4.45億年前 80–85%絶滅 / 三葉虫(大部分)・腕足類 / 揚子江LIP / ゴンドワナ大陸が南極へ移動 → 氷床形成 → 全球寒冷化 → 海水準低下 → 海洋無酸素化
デボン紀後期 F–F境界 約3.72億年前 70–75%絶滅 / サンゴ・魚類に打撃 / ヴィリュイLIP / 富栄養化 → 植物プランクトン(藍藻)大量発生 → 有機物増加 → 分解で酸素消費 → 海洋無酸素化
デボン紀末 ハンゲンベルク絶滅 約3.59億年前 / 甲冑魚 板皮類 / 南極・ゴンドワナに氷床
ペルム紀末 P–T境界 約2.52億年前 90–95%絶滅 / フズリナ・三葉虫 / シベリアLIP / 海水温40℃ C同位体負シフト
三畳紀末 T–J境界 約2.01億年前 50–70%絶滅 / 大型両生類 / CAMP火山群
白亜紀末 K–Pg境界 約0.66億年前 70–75%絶滅 / 恐竜・アンモナイト / 隕石衝突 イリジウム層
大陸形成
約3億年前(後期石炭紀〜ペルム紀) ローラシア(北)とゴンドワナ(南)の衝突 パンゲアの形成
約1.8〜1.6億年前(ジュラ紀中期)パンゲアからローラシア(北)とゴンドワナ(南)に分裂
約1.6〜1.4億年前(ジュラ紀〜白亜紀)ローラシアがユーラシアと北米に分裂
約1.4億年前〜8千万年前 (白亜紀) ゴンドワナが 南アメリカ アフリカ インド 南アメリカ オーストラリア 南極 に分裂
約5,000万年前(古第三紀) インドがユーラシアに衝突 ヒマラヤ山脈ができる
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
置換作用で形が変わらず構成物質が変わる / 化石:CaCO3 Ca5(PO4)3 / 珪化木:SiO2 / 石炭:C / コンクリーション:CaCO3 / それぞれ例外あり
エディアカラ生物群 約 6.35〜5.41 億年前 エディアカラ紀 / オーストラリア ロシア ナミビア / 葉状・円盤状だが左右対称でない 付属肢・口・消化管がない 現代の動物につながらないまま絶滅
バージェス生物群 約 5.08 億年前 カンブリア紀中期 / カナダ / オパビニア(節足動物に近い) アノマロカリス(節足動物) ピカイア(脊索動物) ウィワクシア(軟体動物に近い) / 左右相称・付属肢・複眼
カンブリア紀 5.21億年前 三葉虫の出現 2.52億年前 P–T境界で絶滅
カンブリア紀 節足動物 刺胞動物 棘皮動物 軟体動物は出そろう
オルドビス紀 4.8億年前 甲冑魚の出現 3.59億年前 ハンゲンベルクで絶滅
オルドビス紀 4.7億年前 陸上植物(コケ 地衣類)の出現 4.2億年前クチクラ層 植物の表面に光沢を与える疎水性の膜、乾燥から保護
シルル紀 4.3億年前 板皮類の出現 3.59億年前 ハンゲンベルクで絶滅
シルル紀 4.25億年前 維管束植物 クックソニア(シダの前段階)の出現
デボン紀 4億年前 アンモナイトの出現 ジュラ紀、白亜紀に繁栄 約6,600万年前 K–Pg境界で絶滅
デボン紀 3.8億年前 裸子植物(リンボク)の出現 2.7億年前 P–T境界より前にリンボク絶滅
デボン紀 3.63億年前 両生類(イクチオステガなど)の出現 約2.01億年前 T–J境界で大型両生類は絶滅
石炭紀 3.15億年前 多足類の巨大種(アースロプレウラ)の出現 2.8億年前 P–T境界より前に絶滅する
石炭紀 3.05億年前 トンボの巨大種(メガネウラ)の出現 2.99億年前 P–T境界より前に絶滅する
ペルム紀 2.9億年前 担子菌出現 セルロース ヘミセルロース リグニンを分解
三畳紀 恐竜出現 T-J境界では、大型両生類が絶滅し、恐竜はむしろ繁栄 乾燥化・高温化に適応 ジュラ紀、白亜紀に繁栄 K–Pg境界で絶滅
ジュラ紀 裸子植物 針葉樹・ソテツ・イチョウ・ベネチテス が繁栄
白亜紀 約 1.25億年前 被子植物(アルカエフルクトゥス)の出現 花 果実
新生代の巨大哺乳類 ブロントテリウム=奇蹄目 / パラケラテリウム=奇蹄目(サイ系統)
新生代 ヒト出現以降の巨大哺乳類 サーベルタイガー=ネコ科 / マンモス=長鼻目ゾウ科 / マストドン=長鼻目マストドン科 / メガテリウム=ナマケモノ
恐竜は一応、爬虫類に分類されるが、現代の爬虫類と著しく異なる 腹ばいでなく、立って歩く 脚が横でなく縦
恐竜の分類 竜盤類と鳥盤類に分かれ 竜盤類は獣脚類と竜脚形類に分かれる
鳥盤類はトリケラトプス、ステゴサウルス、イグアノドンなどの草食恐竜
獣脚類はティラノサウルス アロサウルスなど2足歩行の肉食恐竜 鳥類に発展
竜脚形類 トリケラトプス、ステゴサウルスは4足、イグアノドンは2足の草食恐竜
鳥類に発展するのは鳥盤類ではなく、竜盤類の中の獣脚類であるところに注意
魚竜(イクチオサウルスなど)や翼竜(プテラノドンなど)は別系統として進化 収斂の例として挙げられる 哺乳類のクジラ、イルカ、コウモリと類似
福井県で発見された恐竜 フクイラプトルは獣脚類・肉食 フクイティタンは竜脚類・草食 フクイサウルス、コシサウルスはイグアノドン類で鳥盤類・草食 フクイベナートルは獣脚類・雑食か
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
SiO₂が少ない(45〜52%) → 玄武岩(火山岩)/斑れい岩(深成岩)
SiO₂が中間(52〜63%) → 安山岩(火山岩)/閃緑岩(深成岩)
SiO₂が多い(63〜75%) → 流紋岩(火山岩)/花崗岩(深成岩)
SiO2が多く金属元素が少ないほど、白くて、軽くて、溶岩は粘度が高い(ねばっこい) / SiO2が少なく金属元素が多いほど、黒くて、重くて、溶岩は粘度が低い(さらさら)
苦鉄質(玄武岩・斑れい岩) → 輝石・角閃石・斜長石(Ca系)・かんらん石 全体的にMg・Feが多い
中間質(安山岩・閃緑岩) → 輝石・角閃石・斜長石(Na-Ca)・黒雲母
珪長質(流紋岩・花崗岩) → 石英・カリ長石・斜長石(Na系)・黒雲母・白雲母
火山岩と深成岩は 冷却速度が違うだけで、鉱物組成は対応関係にある
火山岩は斑状組織 深成岩は等粒状組織
堆積岩は、礫岩、砂岩、泥岩以外に、石灰岩、チャート、凝灰岩
石灰岩は、サンゴ、有孔虫、貝類の化石でCaCO3 / チャートは放散虫(中生代)、珪藻(新生代)の化石でSiO2 / 凝灰岩は火山灰でSiO2
広域変成岩 変成岩 三波川変成帯(中央構造線の北):低温高圧型 → 青色片岩・緑色片岩 / 領家変成帯(中央構造線の南):高温低圧型 → 片麻岩・角閃岩に花崗岩が貫入
ホルンフェルス 高温低圧型 接触変成岩 片理がなく縞状
蛇紋岩 高温高圧型 超苦鉄質 かんらん岩=マントル岩が水で変成した岩
御影石(花崗岩)は屋外で、石碑、墓石に、大理石(石灰岩の変成岩)は屋内装飾に用いられる。
大谷石は、凝灰岩 内装・外装 多孔質で断熱性あり
偏光顕微鏡: ステージが回転 劈開・消光角・複屈折・干渉色・双晶・屈折率など複数の指標を総合して岩石を同定
オープンニコル(2つの偏光板が平行)で観察: 劈開・屈折率
クロスニコル(2つの偏光板が交差)で観察: 複屈折・干渉色・消光角・双晶
ステージを回転させながら観察: 消光角 複屈折(干渉色の変化) 双晶の挙動
岩石同定のため PXRD XRF などの機器分析や EPMA SEM-EDS などの電顕附属機器も使用されることもある
EPMA=元素濃度の地図 SEM‑EDS=元素分布マッピング
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
シュツルンツ分類
元素鉱物:金、銀、ダイヤモンド など (白金 ロジウム パラジウムは合金として産出するが 元素鉱物)
硫化鉱物:黄鉄鉱 黄銅鉱 閃亜鉛鉱 方鉛鉱 黄銅鉱 など
ハロゲン化鉱物:蛍石 岩塩 など
酸化鉱物:岩石・砂構成物(石英) 宝石(水晶 コランダム サファイア ルビー アメジスト(紫水晶)・アゲート(瑪瑙)・ジャスパー(碧玉)) 鉱石(赤鉄鉱 磁鉄鉱 赤銅鉱) など
炭酸塩鉱物:方解石(石灰石を構成) 孔雀石 藍銅鉱 菱マンガン鉱 など
硼酸塩鉱物:ホウ砂 など
硫酸塩鉱物:石膏 明礬 など
燐酸塩鉱物:トルコ石 など
珪酸塩鉱物:宝石(ガーネット ジルコン トパーズ トルマリン 翡翠 ペリドット) 粘土(カオリナイト モンモリロナイト ベントナイト) 火山岩構成物(カリ長石・斜長石・黒雲母・白雲母 輝石・角閃石・斜長石 かんらん石) など
有機鉱物:琥珀 など
蛍石: → フッ化カルシウムCaF₂ → ハロゲン化鉱物 / 紫外線で蛍光 紫・青・緑・黄など多彩 / 熱水鉱床
孔雀石: → 銅+炭酸+水酸基 Cu₂CO₃(OH)₂ → 炭酸塩鉱物 / 銅イオンで緑 / 銅鉱床の酸化帯が風化
水晶と石英:水晶は単結晶 石英は多結晶 成分は両方ともSiO2 アメジスト(紫水晶)・アゲート(瑪瑙)・ジャスパー(碧玉)も水晶の仲間 → 酸化鉱物
コランダム・サファイア・ルビー: → コランダムAl2O3に サファイアはFe, Ti ルビーはCr が混ざる→ 酸化鉱物
ガーネット ジルコン トパーズ トルマリン 翡翠 ペリドット: → ケイ酸塩鉱物
ダイヤモンド 金 銀: → 元素鉱物 / 白金 ロジウム パラジウムは他の金属との合金として産出 シュツルンツ分類上は 元素鉱物
こはく ひすい めのう: 琥珀→有機鉱物 翡翠→ケイ酸塩鉱物 瑪瑙→酸化鉱物
鉄鉱石: → 赤鉄鉱Fe₂O₃ 磁鉄鉱Fe₃O₄ は酸化鉱物 黄鉄鉱FeS₂ は 硫化鉱物
銅鉱石: → 藍銅鉱、孔雀石は炭酸塩鉱物 赤銅鉱は酸化鉱物 黄銅鉱は硫化鉱物
鉛 亜鉛: 方鉛鉱→硫化鉱物 閃亜鉛鉱→硫化鉱物
水銀: 辰砂HgS → 硫化鉱物
マンガン: 菱マンガン鉱MnCO3→炭酸塩鉱物
石灰: 方解石CaCO3→炭酸塩鉱物 / 石灰岩と共存するCa系鉱物として ドロマイト→炭酸塩鉱物 石膏→硫酸塩鉱物
粘土: カオリナイト モンモリロナイト ベントナイト タルク → ケイ酸塩鉱物
火成岩・変成岩: カリ長石 斜長石 黒雲母 白雲母 輝石・角閃石・斜長石 かんらん石 →ケイ酸塩鉱物 石英だけ酸化鉱物
石英は非常に安定 → 堆積岩で最も多い かんらん石・輝石・角閃石は風化しやすい → 堆積岩では少量
日本画 陶磁器
青 群青=ラピスラズリ→ケイ酸塩鉱物 / 藍銅鉱→炭酸塩鉱物 / コバルト釉は Mg → Co に置換した人工スピネル 原料のスピネルMgAl₂O₄は酸化鉱物
貴 黄土=リモナイト 鉱物ではなく混合物
赤 辰砂→硫化鉱物 ベンガラ=赤鉄鉱=ヘマタイト→酸化鉱物
白 胡粉=貝殻=方解石→炭酸塩鉱物 石膏→硫酸塩鉱物 タルク=滑石→ケイ酸塩鉱物
陶磁器釉薬のガラス質は 石灰石からCa供給 草木灰からNa供給 珪砂からSiO2供給 陶磁器本体はカオリナイト、モンモリロナイトなど粘土鉱物
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
単結晶作製法: 溶液成長: 水溶液法 水熱法 フラックス法 / 溶融成長: チョクラルスキー法 ブリッジマン法 ベルヌーイ法 / 気相成長: CVD MOCVD / 特殊環境成長: ゾーンメルト法 高圧合成
水溶液法 溶媒は水 無機塩・タンパク質
水熱法 溶媒は超臨界水 / 水晶 ペロブスカイト型強誘電体 BaTiO₃など (バルクでなく粉末)
フラックス法 溶媒は溶融塩 PbO、MoO₃、B₂O₃、Na₂B₄O₇(ホウ砂)など / YAG、YIG、フェライト
チョクラルスキー法 るつぼ内で種結晶が成長 / Si単結晶
ブリッジマン法 炉の上部が高温、下部が低温。 るつぼをゆっくり下げることで、固液界面が移動 / CdTeなど II–VI族化合物半導体
ベルヌーイ法 粉末を溶融し、滴下 / ルビー サファイア スピネル
ゾーンメルト法 溶融帯が材料中を移動 不純物を押し出しながら単結晶化する / 光集光式 高周波誘導加熱式 がある / Ge半導体 サファイア YAG
CVD 原料ガス(無機ガス)とキャリアガスを基盤の上に流す (触媒を使うのはCNT DLCなど)
MOCVD 原料ガス(有機金属ガス)とキャリアガスを基盤の上に流す / GaN、GaAs、InP、AlGaN、InGaNなど III‑V族化合物半導体
高圧合成 ダイヤモンド
るつぼを使うのは フラックス法 チョクラルスキー法 ブリッジマン法 / イリジウム製るつぼ ステンレス製るつぼ など
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
in vivo: 生体内で実験を行う。動物を用いることが多い
in vitro: 試験管内で実験を行う。細胞や組織を用いることが多い
in situ: 生体内の特定の場所で実験を行う。細胞の位置が重要で、周囲の影響を受けている場合に使用される
in silico: コンピュータ内で実験を行う。コンピュータモデルを用いて実験を行う
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
インキュベータ: 細胞培養 温度37℃ 湿度95% 哺乳類細胞ではCO2濃度5%に調整
遠心分離機: 分画(低速←核 ミトコンドリア 小胞体・ゴルジ リボソーム・膜成分→高速) タンパク質精製 微生物回収 血液成分分離
クリーンベンチ: 陽圧 中の生物や組織が外部の菌にやられないように、外に空気を押し出す (⇔化学系実験室のドラフトチャンバー: 陰圧 実験者が有毒なガスにやられないように、中に空気を吸い込む)
吸光光度計: スペクトルで 標品と比較
HPLC-MS: 細胞内にどういうタンパク質があるか調べる
エバポレーター: 薬効成分を有機溶媒に溶かした後、減圧で分離 / 高温を使わず減圧で蒸留する装置 熱で分解・変質しやすい試料を守るために使う
有機溶媒: アルコール ヘキサン 酢酸メチル ブタノール など
PCR: DNA RNA増幅
シークエンサー: 塩基配列解読
マイクロアレイ: mRNAの発現量を見る / mRNA を 既知遺伝子の DNA プローブにハイブリダイズさせ、蛍光強度から 発現量を推定
ウエスタンブロット: 電気泳動(アクリロニトリルゲル)して膜(ニトロセルロース)に転写 抗体と相互作用 バンドが光る 写真を撮る / 電気泳動+抗体 / タンパク質の電気泳動 :サイズで分離→ブロッティング(ゲルから膜に移す)→抗体反応(特定タンパク質認識)→発光/発色で可視化
動物細胞でよく使う染色: ヘマトキシリン(核酸 青) エオジン(細胞質 ピンク) トリクローム(結合組織のコラーゲン線維を青・緑) アザン(コラーゲン線維を青、細胞質を赤) ニッスル(神経Nissl小体を青) コンゴーレッド(アミロイド沈着を赤→緑の複屈折) PAS(グリコーゲン、ムコ多糖、糖タンパク質を赤紫) スダン(脂肪滴を赤・黒)
植物細胞でよく使う染色: コンゴーレッド(セルロース・β-グルカンを赤) ニュートラルレッド(液胞の酸性環境を赤) チモールブルー(pH) トルイジンブルー(木部のリグニン=青緑、ペクチン=紫) サフラニン+ファストグリーン(維管束 木部=赤、柔組織=緑)
解像度と色 光学:色あり 200nm / SEM 1〜10 nm 白黒 / TEM 0.1〜1 nm 白黒
光学顕微鏡 細胞や、細胞内小器官が見える / 固定(ホルマリン) → 切片(パラフィン) → 染色 → 封入
共焦点蛍光顕微鏡:分子の動きは顕微鏡では見えないけれども、光ると顕微鏡で見える / レーザーで蛍光を励起し、焦点面以外の光を除去して高解像度・高コントラストで蛍光像を得る / 組織が生きている状態で、立体的場所を特定して観察 /
個体としては死んでいるが、組織、細胞としては、生きている場合もあり、死んでいる場合もある / 表面から浅い部分まで
固定(ホルマリン) → 切片(パラフィン)→蛍光抗体、蛍光試薬 → 封入 / レーザーで蛍光を励起し、焦点面以外の光を除去して高解像度・高コントラストで蛍光像を得る / 組織が生きている状態で、立体的場所を特定して観察
2光子顕微鏡:近赤外光の二光子励起。深部組織を低光毒性で観察。生体内観察に強い / 2光子顕微鏡は、個体として生きているもの 深部も観察できる
ラマン分光:非破壊・非標識・生細胞そのまま 化学情報を得る / 分子の振動・回転によって散乱光のエネルギーがかわる / 分子の結合・構造・化学組成が分かる
ビアコア: 抗体と抗原 タンパク質とタンパク質 DNAとタンパク質 薬剤と標的タンパク質 などの 結合の強さ(親和性)と速度(速度定数)を測る / 原理は表面プラズモン共鳴 金薄膜の表面に分子(リガンド)を固定し、そこに別の分子(アナライト)を流すと、結合により表面の屈折率が変わる
透過型電顕TEM 固定 → 脱水 → 樹脂包埋 → 超薄切片 → 重金属(U,Pb)染色 (真空に耐える 電子線を透過させる コントラストをつける)
走査型電顕SEM 固定 → 脱水 → 臨界点乾燥 → 金蒸着 (真空に耐える 帯電を防ぎ、電子線を散乱させる)
クライオ顕微鏡 急速凍結で−180°C前後に 氷結晶を作らずに“ガラス状の氷に閉じ込める 化学固定しない 染色しない 樹脂包埋しない 金蒸着しない 生体分子をほぼ自然状態で観察できる
原子レベルに近い解像度(2〜3 Å) 3D構造を計算で再構成
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
生物の定義: 基本的には ① 自己複製(遺伝情報の複製) ② 新陳代謝(エネルギー変換)
その他議論されることとして ③ 恒常性(内部環境の維持) ④ 環境応答(刺激応答) ⑤ 進化可能性(遺伝的変異と選択) ⑥ 細胞膜による区画化(細胞)
①~⑤の定義からは、真核生物 原核生物は該当する ウイルス プリオンは該当しない
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
動物・植物の共通構造の細胞内小器官: 核(DNA) リボソーム(タンパク質合成) 粗面小胞体(タンパク質加工) 滑面小胞体(コレステロール合成 Ca2+貯蔵 解毒) ゴルジ体(蛋白質加工) ミトコンドリア(ATP合成) 細胞膜 細胞質
植物細胞に特有の細胞内小器官: 細胞壁(セルロース) 葉緑体(光合成) 液胞(分解 糖・イオン・色素の貯蔵 浸透圧調整)
動物細胞に特有の細胞内小器官: 中心体(細胞分裂時に紡錘体形成) リソソーム(分解)
モータータンパク: アクチンはミオシン専用モーター キネシンは微小管専用モーター / レールとモーターの関係だが、回転運動ではなく人が歩くようにレールを歩く / 細胞分裂時、微小管が紡錘体を作る
ミトコンドリア内の回路: (解糖系はミトコンドリア外の細胞質の酵素が行う) → TCA回路=クエン酸回路=クレブス回路(アセチルCoAをCO₂にかえる過程でNADH・FADH₂合成) →電子伝達系(ATP) / そのほか β酸化(脂肪酸をTCA回路へ) ケトン体(飢餓時アセチルCoAからケトン体) アミノ酸代謝(アミノ基除去 アミノ酸をTCA回路へ)
転写調節因子がプロモーターに結合、必要タンパク質を合成する指示 → ヒストンがほどかれ、特定遺伝子がmRNAに転写される → mRNAが核膜孔を通って核外に出る → リボソームがmRNAをタンパク質に翻訳 → シグナルペプチドの有無で遊離リボソーム経路と粗面小胞体経路に分かれる
遊離リボソーム → 細胞質(シャペロンが折りたたみ) → オルガネラへ輸送
粗面小胞体(シャペロンが折りたたみ・糖鎖付加) → ゴルジ体(糖鎖の完成・切断で機能を出すタンパクも) → 細胞膜、細胞膜外へ
分解経路2つ 変性 使用終了 異常凝集したタンパク質に E1~E3タンパクによって、ユビキチン(目印タンパク)がつけられる
プロテアソーム経路: 細胞質内でプロテアソーム(プロテアーゼ複合体)が認識して分解 / 小さなタンパク質や短寿命タンパク質が対象
オートファジー経路(リソソーム経路): オートファゴソームが包み込み、リソソームまたは液胞と融合 プロテアーゼが分解 / 大型タンパク 凝集タンパク 小器官まるごと
DNA合成はポリメラーゼ / DNA分解はヌクレアーゼ / タンパク質分解はプロテアーゼ / タンパク質合成はセントラルドグマ
データベース、テキスト、論文で、何か記号が出てきたら、生物種か 細胞腫か 細胞内小器官か タンパク質か 低分子有機化合物か ミネラルか どれに該当するのが、区別が必要がある
アクチン ミオシン キネシン 微小管 転写調節因子 ヒストン シャペロン プロテアーゼ ヌクレアーゼ ポリメラーゼ はタンパク質
アポトーシス 計画的・能動的 炎症を起こさない カスパーゼというプロテアーゼの一種がはたらく
ネクローシス 非計画・受動的 外傷・虚血・毒物 炎症を起こす サイトカインは原因ではなくネクローシスを増悪させる
幹細胞: 造血幹細胞 神経幹細胞 間葉系幹細胞など → 前躯細胞に分化 筋芽細胞マイオブラスト 骨芽細胞オステオブラスト 線維芽細胞フィブロブラスト など
山中4因子 Oct4、Sox2、Klf4、c-Myc 分化した細胞を幹細胞に戻す
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
464 生化学は、生体分子の性質・構造・反応 タンパク質(構造、フォールディング、機能) 酵素(反応機構、活性中心、阻害) 糖鎖(構造、グリコシル化) 脂質・膜成分(リン脂質、コレステロール、膜構造) 核酸(DNA・RNA)の化学的性質 ホルモン(ペプチドホルモン、ステロイド) 代謝物(ATP、NADH、アミノ酸、糖) 代謝経路(解糖系、TCA回路、脂肪酸合成)
464.1 分子生物学: ワトソン・クリックモデル セントラルドグマ / サンガー法(塩基配列特定) / 蛍光蛋白質(GFP FRET) / 蛍光試薬(フルオレセイン ローダミンB クマリン) など
467.2 実験遺伝学: 464.1 塩基配列 アミノ酸配列 蛍光蛋白質 蛍光試薬 467.25 遺伝子組み替え の手法を動員して、遺伝子の機能を調べる
467.25 遺伝子組み替え 大腸菌プラスミド 制限酵素 / ウイルスベクター プラスミドベクター / ノックアウト:遺伝子破壊 ノックイン:遺伝子書換 トランスジェニック:外来遺伝子をランダム挿入 / CRISPR-Cas9 / カルスとアグロバクテリウム
467.3 細胞遺伝学 バイオインフォマティクス:実験の結果分かった塩基配列、アミノ酸配列、遺伝子の機能をデータベース化 / エピジェネティクス 遺伝子の修飾
解糖系 細胞質基質で回る グルコース→ピルビン酸
ミトコンドリア内の回路
TCA回路=クエン酸回路=クレブス回路:目的はNADH・FADH₂合成 / ピルビン酸 → アセチル CoA+オキサロ酢酸→クエン酸→α-ケトグルタル酸→コハク酸→フマル酸→リンゴ酸→オキサロ酢酸
電子伝達系:TCA回路で作られたNADH・FADH₂を使ってATPを作る
β酸化経路:脂肪酸からアセチルCoAを作り、TCA回路へ
アミノ酸代謝:アミノ酸からアミノ基を除去、TCA回路へ / アラニン → ピルビン酸 → アセチル CoA / グルタミン酸 → α-ケトグルタル酸 / アスパラギン酸 → オキサロ酢酸 / バリン・イソロイシン → コハク酸 / フェニルアラニン・チロシン → フマル酸
ケトジェネシス:肝臓ミトコンドリア限定 TCA回路が回らないときの回路 飢餓時にβ酸化でできたアセチルCoAからケトン体を作り続ける
ペントースリン酸回路 核酸の合成
アミノ酸合成は、 解糖系 TCA回路 ペントースリン酸回路 から炭素骨格を受け取り、 その後は 個別のアミノ酸合成経路(酵素反応の連鎖)で完成
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
タンパク質の分類
① 酵素(化学反応を触媒): (消化酵素) アミラーゼ ペプシン トリプシン キモトリプシン リパーゼ / (活性酸素除去) カタラーゼ SOD / (解毒・代謝) シトクロム P450 アルデヒドデヒドロゲナーゼ
プロテアーゼ(タンパク質分解) ヌクレアーゼ(DNA/RNA分解) ポリメラーゼ(DNA/RNA合成)
② 膜タンパク: イオンチャネル(Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Cl⁻ 濃度勾配通り ATP使わない) イオンポンプ(Na⁺/K⁺、H⁺/K⁺プロトンポンプ、Ca²⁺ 濃度勾配の逆 ATP消費) トランスポーター( 糖・アミノ酸・ペプチド イオン勾配通り 変形で輸送 ATP使わない)
Gタンパク質共役型受容体=GPCR=アミン系・ペプチド系受容体 下流にキナーゼのシグナル伝達系 / RTK ペプチド系受容体 / ステロイド系受容体=核内受容体)
③ 構造タンパク(細胞や組織の形を作る): コラーゲンとエラスチン(結合組織) ケラチン(爪・毛髪) ヒストン(DNAを巻く構造)アクチン(細胞骨格) 微小管(チューブリン)
④ モータータンパク(ATPを使って動く 輸送・分裂・筋収縮): / ミオシン(アクチン上を歩く) キネシン(微小管上を歩く) ダイニン(微小管上を逆方向に歩く)
⑤ 転写調節因子(遺伝子ON/OFF)山中4因子(Oct4、Sox2、Klf4、c-Myc) 癌抑制 p53 KRAS
⑥ 品質管理(タンパク質の折りたたみ・修復・廃棄) シャペロン ヒートショックタンパク E1~E3とユビキチン(不要物タグ) オートファジー関連タンパク質(ATG群)
⑦ 運搬・貯蔵 ヘモグロビン ミオグロビン フェリチン アルブミン カルモジュリン リポタンパク
⑧ 抗体
その他 カドヘリン 時計タンパク
細菌のタンパク質 鞭毛モータータンパク ABCトランスポーター(薬剤排出) ピロリ菌のウレアーゼ など
菌類のタンパク質 腐朽菌のセルロース ヘミセルロース リグニン分解酵素 / 麹菌のデンプン分解酵素 / 酵母のアルコール発酵の酵素 など
タンパク質が結晶を作る力 X線回折で重要
① 水素結合(H-bond) 側鎖(Ser, Thr, Tyr, Asn, Gln)や主鎖の NH / CO が関与 結晶格子の方向性を作る タンパク質結晶で最も重要な“秩序を作る力”
② 静電相互作用(イオン結合) Lys, Arg(+)と Asp, Glu(−)の引き合い 結晶化条件の pH に強く依存 結晶の安定性を大きく左右する
③ 疎水性相互作用 Val, Leu, Ile, Phe などの疎水面が“面と面”で接触 結晶の“面”を作る 結晶化沈殿剤(PEG、硫酸アンモニウム)で水が奪われると強く働く
④ ファンデルワールス力(分散力) すべての原子間に働く弱い引力 結晶格子の微調整を担う タンパク質の表面同士が“ぴったり並ぶ”のに必要
⑤ 水和構造(水分子の媒介) 水分子がタンパク質表面に橋渡し 水素結合ネットワークを形成 結晶の 30〜60% は水でできている(タンパク質結晶は“濡れたスポンジ”)
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
生体内21種類
必須アミノ酸9種類:体内合成できない イソロイシン ロイシン リシン(リジン) メチオニン フェニルアラニン トレオニン(スレオニン) トリプトファン バリン ヒスチジン
非必須アミノ酸12種類:体内合成できる アラニン アルギニン(成長期は必須に近い) アスパラギン アスパラギン酸 システイン グルタミン グルタミン酸 グリシン プロリン セリン チロシン(フェニルアラニンから合成) オルニチン(タンパク質構成アミノ酸ではないが代謝上重要)
生理活性物質 チロシン・フェニルアラニン→カテコールアミン チロシン→甲状腺ホルモン ヒスチジン→ヒスタミン トリプトファン→セロトニン グルタミン酸→GABA 記憶
メチオニン代謝経路 メチオニンのメチル基でDNA RNAをメチル化 発現抑制 ビタミンB6 B12 葉酸 などが関与する
アミノ酸の分類は 「電荷」「極性」「疎水性/親水性」「側鎖の構造」
非極性(疎水性)アミノ酸 Gly(G) グリシン Ala(A) アラニン Val(V) バリン Leu(L) ロイシン Ile(I) イソロイシン Met(M) メチオニン Pro(P) プロリン Phe(F) フェニルアラニン Trp(W) トリプトファン
極性(非荷電)アミノ酸 側鎖が水と水素結合できる → タンパク質表面に多い Ser(S) セリン Thr(T) スレオニン Asn(N) アスパラギン Gln(Q) グルタミン Tyr(Y) チロシン Cys(C) システイン(S–S結合形成)
酸性アミノ酸(負電荷) pH7で側鎖が − に帯電 Asp(D) アスパラギン酸 Glu(E) グルタミン酸
塩基性アミノ酸(正電荷) pH7で側鎖が + に帯電 Lys(K) リシン Arg(R) アルギニン His(H) ヒスチジン(pKaが生理的pHに近い)
芳香族アミノ酸(紫外吸収) → タンパク質定量(280 nm)に重要 Phe(F) Tyr(Y) Trp(W)
含硫アミノ酸 → 酸化還元・S–S結合 Cys(C) Met(M)
側鎖が H のみ(最も単純) Gly(グリシン) 小さく柔軟で、タンパク質の折れ曲がりに使われる
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
1953年 ワトソン・クリックモデル X線回折はロザリンド・フランクリンが担当
1960年代 アガロースゲル 電気泳動 DNA RNA 長さで分離
1970年 制限酵素発見 1971年 制限酵素で特定断片を分離 1972〜1973年 制限酵素とリガーゼで遺伝子組み換えに成功
DNA断片の末端の塩基は染色はできるが、途中にある塩基は、配列が分からなかった。(DNAの塩基配列を解読できなかった) 1977年 サンガー(イギリス)が解決
1977年 サンガー法: ジデオキシヌクレオチド ddATP ddTTP ddCTP ddGTP による合成停止で、Aの位置 Tの位置 Cの位置 Gの位置、それぞれで止まった断片が多数 → 電気泳動にかけ、長さを調べる
1983年 PCR法: DNA増幅 解析に必要な量まで増やす / プライマーの開発も同時期
1985年 インフルエンザ菌(インフルエンザウイルスではない) 全ゲノム解読
ワトソン アメリカ国立衛生学研究所 ヒトゲノム計画 1990年~2003年
ベンター セレラ・ジェノミックス社(パーキンエルマー社の子会社) ショットガン方式でヒトゲノム計画に対抗 超音波でDNAをランダムに砕いて両端を読み、電気泳動、コンピュータでオーバーラップを解析 ~2003年
2003年 ヒトゲノム計画終了
2005年 次世代シークエンサー 1塩基ずつ合成しながら蛍光で読み取る
2012年 CRISPR‑Cas9
2014年 オックスフォード・ナノポア社 ナノポアシークエンサーを開発 電流の変化で読みとっていく 端でなく、途中にある塩基も順に読んでいく ナノのポア(孔)にDNAを通す
ゲノムとDNA DNA は物質そのもの、ゲノムはその生物が持つ全遺伝情報のセット
塩基配列が分かっても、遺伝子の機能は分からないので、それを別途探索する必要がある → NDC 467.2 実験遺伝学
塩基配列が分かって、アミノ酸配列が分かって、機能も分かったら、データベースに登録する → 467.3 細胞遺伝学 バイオインフォマティクス
免疫染色:抗体試薬で特定アミノ酸配列を認識して発色させ 特定タンパクの局在や細胞内小器官などを可視化
化学修飾: Ca²⁺ や Mg²⁺、pH、極性、膜電位などに応答 (全体にランダム挿入、特定箇所への挿入 どちらも有効)
蛍光色素(フルオレセイン ローダミンB クマリン) 抗体と併用して、特定タンパクに結合したり、化学修飾を併用して、特定環境で光らせたりする
下村脩 オワンクラゲからGFPを単離
チャルフィー GFPを 大腸菌・線虫(C. elegans)で発現 GFP遺伝子を導入 遺伝子発現した箇所で光る 生きた細胞の染色が可能
チェン 緑以外の蛍光タンパク YFP, CFPなど / FRETの実用化 2つの蛍光分子の距離を“数 nm の精度で”測る
GFP以外に ルシフェラーゼ ドロンパ などの蛍光タンパク
ルシフェラーゼは発光に基質を必要とするがGFP自己発光 / GFPはどこにあるか(空間情報) ルシフェラーゼはどれだけあるか どれくらい活性があるか(量・時間情報)
GFP、ルシフェラーゼは個体として生きているもの 個体としては死んでいるが、組織・細胞として生きているもの、組織・細胞としても死んでいるもの 全てを観察できる
GFPのランダム導入で、Ca²⁺ や Mg²⁺、pH、極性、膜電位などの応答で光らせるためには、さらにGFPを改良したものが用いられる / GCaMP: Ca²⁺センサー / pHluorin:PHセンサー / ArcLight:膜電位センサー ・・・
プロモーター:転写因子が結合して、特定遺伝子のmRNAへの転写を始める点
プライマー:DNA上の特定部分だけを人工的に増幅したいとき、開始点、終了点にプライマーを使う / 人工的に合成された20塩基前後の一本鎖DNA
遺伝子実験一般で使うほか、環境DNA 腸内フローラ 感染症の検査 犯罪捜査(STR反復領域) 親子鑑定(STR反復領域) で使われる
原核生物:16S rRNA / 原生生物:18S rRNA 真菌:ITS領域 / 動物:魚類・昆虫:COI / 植物:rbcL / matK / ウイルスはウイルスごとに「標準ターゲット
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
糖鎖は酵素によって付加されたもの
糖たんぱく質は糖鎖がくっついた蛋白質 / N型糖鎖(Asn に付く) / O型糖鎖(Ser/Thr に付く)
小胞体でN型糖鎖付加・ゴルジ体でO型糖鎖付加 / 糖鎖をタンパク質をくっつけ、タンパク質の折りたたみのチェックポイントとする
ABO式血液型 赤血球表面の糖鎖構造の違い
腫瘍マーカ CA19-9(膵臓癌)は糖鎖 CEA(大腸がん)は糖たんぱく質 AFP-L3(肝臓癌)は糖鎖の亜型
CDは、多くの場合、糖たんぱく質で、免疫細胞を見分ける指標
HbA1c はヘモグロビンに付着した酵素をはかる 糖鎖ではない 非酵素的
シアル酸 糖蛋白や糖脂質を修飾 細胞の標識 / マクロファージはシアル酸で自己細胞を認識 / インフルエンザウイルスはシアル酸を足掛かりに感染
マクロファージは ガラクトース・マンノース を非自己の糖鎖として認識
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
脂肪酸の使われ方: β酸化 → ATP生成 (主要) / 細胞膜の材料(リン脂質)/ 中性脂肪(トリアシルグリセロール)として貯蔵
血液検査の結果の見方として LDLが悪玉コレステロール HDLが善玉コレステロール でよいが、厳密には悪玉でも善玉でもコレステロールでもない
LDL HDLは、コレステロールとリポ蛋白の複合体
LDLは、コレステロールをステロイドホルモン合成の場や胆汁酸合成の場へと運び、HDLは余ったコレステロールを肝臓に戻す
コレステロール合成回路: アセチルCoA → HMG-CoA → メバロン酸 → コレステロール / 細胞質と滑面小胞体
ステロイドホルモン(コルチゾール、テストステロン、エストロゲン) 胆汁酸
コレステロールは細胞膜リン脂質の材料ではないが、調整剤
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
原核生物と真核生物の違い 定義的には核膜の存否 細胞内小器官の存否 / 原核の多くは環状DNA 真核の多くは染色体DNA
原核生物:細菌 / 単細胞真核生物:原生動物 菌類の一部=酵母 / 多細胞真核生物:菌類の多く 動物 植物
原核生物⊃古細菌=アーキア(細胞壁あり) rRNA統解析で細菌と別系統の細菌 極限環境微生物が多い / 好熱菌 好冷菌 好酸菌 好塩基菌 好圧菌 メタン細菌 硫化水素代謝菌 など / ただしすべての極限環境微生物が古細菌ではない
原核生物⊃真正細菌⊃感染症パンデミック 肺炎球菌 結核菌 ペスト菌 コレラ菌 らい菌 インフルエンザ菌(ウイルスでない方) 赤痢菌 ジフテリア菌 レジオネラ菌 →NDC 493.8 感染症.伝染病学
原核生物⊃真正細菌⊃食中毒 カンピロバクター サルモネラ O157 黄色ブドウ球菌 ウェルシュ菌 セレウス菌 腸炎ビブリオ ボツリヌス菌 → NDC 493.157 食中毒
真核生物⊃原生生物⊃原生動物(細胞壁なし) アメーバ ゾウリムシ ユーグレナ(ミドリムシ) 有孔虫(殻はあり) 放散虫(殻はあり)
真核生物⊃原生生物⊃原生動物(細胞壁なし 病原性あり) マラリア原虫 赤痢アメーバ トキソプラズマ クリプトスポリジウム トリコモナス →NDC 493.8 感染症.伝染病学
真核生物⊃原生生物⊃緑藻類(細胞壁あり) クラミドモナス クロレラ ボルボックス → NDC 474 藻類.菌類
真核生物⊃原生生物⊃珪藻類(細胞壁あり) ケイソウ → NDC 474 藻類.菌類
真核生物⊃原生生物⊃渦鞭毛藻類(細胞壁なし) ウズベンモウソウ(赤潮原因) サンゴと共生する褐虫藻 夜光虫(葉緑素なし) →NDC 473.4 鞭毛藻類[鞭毛植物]
(藻類の多細胞生物は一般的に微生物の範疇に含めない / コンブ ワカメなど多細胞褐藻類 アオサなど多細胞緑藻類) 微生物ではない
(原生動物と藻類の区分は、細胞壁の有無による。ただし、ウズベンモウソウの例外あり)
(藻類は葉緑素を持つが、夜光虫の例外あり)
葉緑素=クロロフィルがある微生物は シアノバクテリア(原核) スピルリナ(原核) ユーグレナ(真核 原生動物) 藻類(真核 藻類) / 健康食品化されているのは クロレラ ユーグレナ スピルリナ
(カビは多細胞生物だが、微生物に含まれる キノコを微生物に含める見方あり)
真核生物⊃真菌⊃カビ⊃アレルギー・食中毒を起こすもの アスペルギルス属 ペニシリウム属 → NDC 491.8 アレルギー(免疫学)NDC 598 家庭衛生
真核生物⊃真菌⊃カビ⊃抗生物質を作るもの ペニシリウム属 アクレモニウム属 →499.02(薬学史) 499.3 薬化学
真核生物⊃真菌⊃カビ⊃醸造・発酵に関するもの 麹菌(アスペルギルス・オリゼ アスペルギルス・ソーヤ) 酵母 →NDC 588.51 醸造学.醗酵.工業微生物学 NDC 588.6 調味料:醤油,ソース,食酢,味噌 NDC 648.18 チーズ.ヨーグルト[凝乳]
真核生物⊃粘菌 アメーバ体(栄養体)→変形体→子実体(胞子形成) / 和名は “~ホコリ” という名前が非常に多い → NDC 473.30 変形菌類[粘菌植物]
プランクトン:原生生物(原生動物 藻類) 多細胞生物(刺胞動物 棘皮動物 貝類 甲殻類など)の幼生 →NDC 663.68 プランクトン
油をつくる微生物 主に真核生物⊃藻類 ボトリオコッカス(緑藻類) ナンノクロロプシス(藻類⊃オクロ植物) クロレラ(緑藻類) ユーグレナ(原生動物 藻類ではない) →NDC 579.97 微生物・酵素の高度利用
プラスチックをつくる微生物 ラグストニア・ユートロパ 原核生物⊃真正細菌 →NDC 579.97 微生物・酵素の高度利用
醸造用・発酵用微生物:麹菌(アスペルギルス・オリゼ アスペルギルス・ソーヤ)は真核生物⊃真菌で多細胞 酵母は真核生物⊃真菌で単細胞 / 乳酸菌 酢酸菌 納豆菌 酪酸菌 プロピオン酸菌は原核生物⊃真正細菌 →NDC 588.51 醸造学.醗酵.工業微生物学 NDC 588.6 調味料:醤油,ソース,食酢,味噌 NDC 648.18 チーズ.ヨーグルト[凝乳]
薬を作る微生物:放線菌とカビ 放線菌は原核生物 カビは真核生物⊃真菌(子嚢菌) / 産生する物質は低分子有機化合物が多い / 抗生物質と抗真菌薬は放線菌・カビ両方、抗寄生虫薬は放線菌、免疫抑制剤はカビ 一部抗癌剤も放線菌・カビが作る → 499.02(薬学史) 499.3 薬化学
ケラチンを分解する微生物 白癬菌 真核生物⊃菌類
キチンを分解する微生物 細菌 多数 キチナーゼで分解
リグニンを分解するのは、担子菌⊃白色腐朽菌 きのこ
下水処理場で活躍する微生物 細菌 有機物分解は好気性 アンモニア分解はと好気性 硝酸イオンを窒素にするのは嫌気性 メタン細菌は嫌気性で古細菌 嫌気性、好気性で槽が分かれる / セルロース分解は真菌⊃糸状菌 / 細菌を食べる原生生物 →NDC 518.2 下水道.下水工学.都市排水
ウイルスは生物に含まれないが、微生物学、微生物病学の対象にはなる
ウイルス感染症:風邪、インフルエンザ、ノロ、麻疹、COVID-19 HSV(ヘルペス) HIV(エイズ) エボラ出血熱 →NDC 493.8 感染症.伝染病学
性病を起こす微生物(広義): 原核生物⊃真正細菌(淋病、梅毒) 原核生物⊃クラミジア門 / ウイルス(HIV、ヘルペス、HPV) 原虫(トリコモナス) カビ(カンジダ) →NDC 494.99 性病[花柳病]
癌をおこす微生物(広義): 原核生物⊃真正細菌:胃癌(ピロリ菌) / ウイルス: 子宮頸癌(ヒトパピローマウイルス HPV) 肝炎・肝癌(HBV HCV) T細胞白血病(HTLV-1) →NDC 491.65 癌(病理学)
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
メンデルの法則 エンドウマメ
親世代(P世代) AA(優性ホモ) × aa(劣性ホモ)
子世代(F1世代) すべて Aa Aの形質が現れる
孫世代(F2世代) Aa × Aa の自家受精 → AA Aa aA aa Aの形質3 aの形質1 表現型は3:1
メンデルの法則がなりたつエンドウマメの形質: 種子の形(丸/しわ) 種子の色(黄/緑) さやの形(膨/縮) さやの色(緑/黄) 花の色(紫/白) 花の位置(途中/先端) 茎の長さ(長/短)
モーガンのショウジョウバエ実験 眼の色 体色は性差が出る 翅の形 脚の形 体毛の形では性差が出ない
赤目と白眼 F₁:すべて赤眼 F₂:オスだけ白眼が出現 → 遺伝子は染色体上に存在する と結論
相同染色体: 生殖細胞はn 体細胞は2n
DNA2重らせんが2つある 片方は 父由来 片方は 母由来
同じ相同染色体の上に遺伝子が並ぶと 独立に分離しない / 同じ染色体上にある遺伝子は、父のものか母のものか、どちらか一方をを受け継ぐ
一定の確率で交差が起こる。同じ染色体上の遺伝子が、独立して遺伝 頻度は遺伝子間の距離で決まる
塩基配列の考え方より前から、どの遺伝子がどの染色体にあるかは、交配実験で確かめられた / 複数の形質を交配し、どの染色体にあるか、どれくらい離れているかを組換え頻度から推定
コケ、シダの生活環で n と 2n がどの時期かを確かめたのはメンデル以前 顕微鏡で染色田を観察 19世紀ホフマイスター
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
モデル生物 大腸菌 酵母 線虫 ショウジョウバエ シロイヌナズナ マウス ヒト アフリカツメガエル 遺伝子数 全ゲノム解読年
大腸菌 Escherichia coli 4300 (1997)
酵母 Saccharomyces cerevisiae 6600 (1996)
線虫 Caenorhabditis elegans 20000 (1998)
ショウジョウバエ Drosophila melanogaster 14000~15000(2000)
シロイヌナズナ Arabidopsis thaliana 27000(2000)
マウス Mus musculus 20000~23000 (2002)
ヒト Homo Sapiens 19,000〜20,000 (2003)
アフリカツメガエル Xenopus laevis 40000 (2016)
世代時間が短い=繁殖が速い 飼育・培養が容易 遺伝子操作が容易 表現型が観察しやすい
異常のある変異体の発見 あるいは変異種を故意に作る
発現しているmRNAの塩基配列 タンパク質のアミノ酸配列 特定 マイクロアレイ ウエスタンブロット
SNPS 配列の異常がある遺伝子を特定
GFP FRET 蛍光抗体試薬で 特定蛋白の動きを追う / 特定蛋白の周囲の環境(イオンなど)を追う
遺伝子と遺伝子の関係 転写因子→発現 上流→下流 などの関係をつきとめる
既知の配列、機能については、バイオインフォマティクス NDC 467.3 細胞遺伝学 が参考になる
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
セントラルドグマ:DNA→エキソンとイントロンをスプライシング→mRNA 核外へ→リボゾーム複合体がmRNA上を走りタンパク質合成 → シャペロンで立体構造(細胞質と小胞体) /
核外DNA ミトコンドリア 葉緑体
ミトコンドリアDNAは古生物学での指標: 母系遺伝する / 突然変異率が高く、進化時計として使える / 細胞あたり多数存在し、化石からも回収しやすい
葉緑体DNAはベクターとして使われることがある
エピジェネティクス DNAメチル化 / ヒストンのアセチル化 / miRNA・lncRNAによる転写調節
メチル化 アセチル化にも酵素が関与 / 発生・細胞分化におけるDNAメチル化パターン / がんでは抑制遺伝子の異常メチル化 / 老化時計 / 可逆的
トランスポゾン: 動く遺伝子 / トランスポゾンの移動は、世代間でも起こるし、一個体が生きている間にも起こる
ウイルス由来が多いと考えられる / 自己複製能を持つ塩基配列 / 癌の原因 / 突然変異の原因 / エピジェネティクスで抑制
テロメア 染色体の末端にある TTAGGG の反復配列 / 分裂のたびに50〜100 塩基ほど短くなる / テロメアは個体の寿命に関連 / しかしテロメラーゼでテロメアを伸ばすと癌リスクが高まる
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
大腸菌プラスミド(小さい方の環状DNA)を 制限酵素 リガーゼ(ライゲース) で切り貼り 遺伝子を導入 / 大腸菌に、インシュリン インターフェロン などを生産させる
大腸菌プラスミド、ウイルスベクターを使って、高等な生物に遺伝子を導入 → プラスミドの場合マイクロインジェクションで胚に遺伝子を導入 / ウイルスベクターの場合、感染で胚に遺伝子を導入
マイクロインジェクションは顕微鏡下の注射 細胞内に入れる 特殊な場合は核膜の中へ
Crsp-CAS9 もともと枯草菌がウイルス撃退する自然免疫の遺伝子 クリスパーで切ってベクター(ウイルスやプラスミド)を入れる ガイドRNA DNAにくっつくための配列 CAS9は切断 プラスミド環状だが鋳型にしてつくる 切れたのを治すときにDNAできる
酵母 酵母プラスミドに遺伝子導入 (酵母プラスミドをベクターとして使うことはない)
線虫 プラスミドまたはCRISPR-Cas9をマイクロインジェクション / ウイルスベクターを直接、胚へ
ショウジョウバエ P元素ベクター=ショウジョウバエのDNAトランスポゾンをベクター化したもの / 胚へのマイクロインジェクションで導入 / 転移酵素を別プラスミドから供給
ノックアウトマウス: 特定遺伝子を破壊 / ウイルスベクター あるいは CRISPR-Cas9 のマイクロインジェクション
ノックインマウス: 特定遺伝子を置き換え / ウイルスベクター あるいは CRISPR-Cas9 のマイクロインジェクション
トランスジェニックマウス: ウイルスベクターを直接、胚へ ランダム導入
キメラマウス: 遺伝子改変した ES 細胞をふつうのマウスの初期胚に注入 / ES細胞はそのままではマウスにならない 生殖系列に乗せるためキメラにする / 現在の主流は胚直接法(CRISPR)だが、複雑な改変ではES細胞法(キメラ)も
シロイヌナズナ
カルス法: 葉片や根を アグロバクテリウム感染 → カルス形成 → シュート再生 → 根形成 → 植物体 ノックイン
花芽浸漬法: 花芽をアグロバクテリウム液に浸す トランスジェニック
ヒト: ウイルスベクターを直接、細胞株へ あるいは CRISPR/Cas9をマイクロインジェクション
RNA干渉法 細胞内のmRNAを標的として分解、特定の遺伝子からタンパク質が作られないようにする
エピソーム 染色体には組み込まれず、核内で
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
バイオインフォマティクス*
データベース、テキスト、論文で、何か記号が出てきたら、生物種か 細胞腫か 細胞内小器官か タンパク質か 低分子有機化合物か ミネラルか どれに該当するのが、区別が必要がある
アミラーゼ:AMY(デンプン分解)
ペプシン:PGA/PGC(胃でタンパク質分解)
トリプシン:PRSS(膵臓のタンパク質分解)
キモトリプシン:CTR(膵臓のタンパク質分解)
リパーゼ:PNLIP/LIPF(脂肪分解)
カタラーゼ:CAT(過酸化水素分解)
スーパーオキシドディスムターゼ:SOD(活性酸素除去酵素)
シトクローム:CYP(代謝酵素)
アルデヒドデヒドロゲナーゼ:ALDH(アセトアルデヒド分解酵素)
アルコールデヒドロゲナーゼ:ADH(アルコール分解酵素)
イオンチャネル: SCN(Na⁺) KCN(K⁺) CACN(Ca2+)
イオンポンプ:ATP (Na⁺ と K⁺ 入れ替えなど)
トランスポーター:SLC / ABC
G蛋白共役型受容体GPCR:ADRB(アドレナリン) HTR(セロトニン) DRD(ドーパミン) AGTR(アンジオテンシン) AVPR(バソプレシン) OXTR(オキシトシン)
受容体型チロシンキナーゼRTK:EGFR / HER2 / FGFR / VEGFR / INSR(インスリン) / MET / RET
ペプチド系受容体:IL2R(インターロイキン) IFNAR(インターフェロン) IFNGR(インターフェロン) TNFR TGFBR
ステロイドホルモン受容体: NR3C1(グルココルチコイド受容体) NR3C2(ミネラロコルチコイド受容体) AR(NR3C4)(アンドロゲン受容体) ESR(エストロゲン受容体) PGR(プロゲステロン受容体)
甲状腺・ビタミン系 THRA / THRB(甲状腺ホルモン受容体) VDR(ビタミンD受容体) RXR(レチノイドX受容体) RAR(レチノイン酸受容体)
光受容体(オプシン) RHO(ロドプシン:暗所視) OPN1LW(赤) OPN1MW(緑) OPN1SW(青)
味覚受容体 TAS(甘味 うま味 苦味)SCNN/ENaC(塩味) PKD(酸味)
触角受容体 PIEZO(触圧) TRPV1(高温・カプサイシン) TRPM8(冷感・メントール) TRPA1(刺激性化学物質) SCN(痛覚)
聴覚受容体:TMC(有毛細胞機械受容)
嗅覚受容体:OR
構造タンパク: コラーゲン:COL エラスチン:ELN ケラチン:KRT ヒストン:HIST
レールとモーター: アクチン:ACT チューブリン:TUB ミオシン:MYH/MYO キネシン:KIF ダイニン:DYNC、DNAH
シャペロン:HSP
ユビキチン:UBA UBB UBC UBE
オートファジー:ATG MAP GABARAP
ヘモグロビン:HB ミオグロビン:MB フェリチン:FTH/FTL アルブミン:ALB カルモジュリン:CALM リポタンパク:APO
抗体: 重鎖(H鎖 可変部) IGH 軽鎖(κ鎖) IGK 軽鎖(λ鎖) IGL
カドヘリン CDH PCDH
時計タンパク PER / CRY / CLOCK / BMAL
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
*****ここまで 整理すみ
NDC 492.4 放射線医学
核医学 F‑18、Tc‑99m、I‑123、Lu‑177 など)を体内に投与 ガンマ線・陽電子を検出して画像化(SPECT・PET)
NDC 498.48 公害病<一般>
水銀:水俣病・第二水俣病 ヒ素:ヒ素ミルク カドミウム:イタイイタイ病 ダイオキシン:油症
NDC 533 熱機関* 熱工学*
蒸気期間
ガソリンエンジン (吸気 圧縮 燃焼 排気)
ディーゼルエンジン
NDC 541.66 磁性材料*:永久磁石,電磁石,コイル[線輪]
強磁性かつ軟磁性のもの 鉄(Fe) ケイ素鋼 パーマロイ(Ni–Fe) Mn-Znフェライト Ni-Znフェライト
磁場ではなく電流で磁化される 高い透磁率と低い保磁力
磁気シールド、電磁石の芯、トランス(変圧器)のコア、磁気センサーなどに使われる
トランスの芯は硬磁性体で、電磁石の芯は軟磁性体
トランスの芯に強磁性体 鉄 高い透磁率 保磁力が高いことで、交流磁束を効率的に伝える ヒステリシス損や渦電流によるエネルギー損失が少ない 小型のものにはパーマロイ(鉄とニッケルの合金)、大型のものにはケイ素鋼板(鉄とケイ素の合金)
モーター・発電機の変動磁場(交流)のコイルには 軟磁性体の強磁性体が使われる
モーター・発電機の固定磁場のコイルには、硬磁性体の強磁性体が使われる (固定磁場も直流の電磁石・軟磁性体が使われることもある)
ネオジム磁石Nd₂Fe₁₄B
ネオジム磁石は、磁場の中に入れて、数日から数週間程度でその磁場に対して徐々に磁化されていく。
ネオジム磁石のキュリー点は312℃程度だが、180℃ほどで保磁力は激減 高温での保磁力のためにはジスプロシウムDyを加える
MR素子: 磁性材料をスパッタリングで数nmの薄膜に積層させる
GMR(巨大磁気抵抗)磁性層/非磁性層/磁性層 の多層膜 CoFe / Cu / CoFe
TMR(トンネル磁気抵抗) 磁性層/非磁性層/磁性層/絶縁層/磁性層/キャップ層 CoFe / Ru / CoFeB / MgO / CoFeB / Ta
GMR:電子のスピン依存散乱が変わる → 抵抗が変化
TMR:電子のスピン依存トンネル確率が変わる → 抵抗が変化
磁歪素子: 磁場をかけると伸び縮みする金属 センサー・アクチュエータの基礎材料 レアアース(Tb・Dy)の 4f 電子の強い磁気異方性が巨大磁歪を生む
NDC 548.1 情報理論*
量子ビットの重ね合わせ状態:0と1の情報が同時にある確率で混在しているイメージ。
超伝導方式:ジョセフソン接合を使用。超伝導体同士を絶縁層で結合。極低温で動作。入出力はマイクロ波。
半導体方式:電子スピンや電荷状態を利用。低温で動作。入力は電圧+マイクロ波。出力は電流。
イオントラップ方式: 磁場により浮かせたイオンを利用。室温〜低温で動作。入力はレーザー 出力は蛍光。
光方式: 光子の量子状態(偏光・位相・時間ビン・空間モード・周波数モード・光子数)を利用。常温で動作。 入出力は光。空間モードはマッハツェンダー干渉計利用。
音の標本化 横軸で分割 音の量子化 縦軸で近似
画像の標本化は格子 量子化は R・G・Bそれぞれが 256/1024/4096段階
オーケストラの音のデジタル化は、各周波数の振幅を標本化、量子化し、符号化するのですか? 周波数ごとに振幅を測るわけではありません。 時間軸で“空気の圧力そのもの”を標本化し、量子化し、符号化します。
音声データ 画像データ 動画データの標本化 量子化 符号化は、OSIの何層? データをデジタル化する前処理であり、 物理層(Layer 1)より下 プレゼンテーション層(Layer 6)は「データの表現形式」 画像・音声・動画の符号化(JPEG、MP3、H.264 など)
NDC 548.13 人工知能* パターン認識*
セル・オートマトン:格子状のセルと単純な規則
遺伝的アルゴリズム:脳のニューロン
遺伝的アルゴリズム DNA・進化
ニューラルネットワークは、Q&Aを訓練データとして特徴点を生成し、遺伝的アルゴリズムは、環境との相互関係でベクトルの組み合わせを最適化し、セル・オートマトンは、局所相互作用から生命を模倣
現在、遺伝的アルゴリズム、ニューラルネットワーク、セル・オートマトンの稼働は、特別な電子回路が必要でしょうか、ソフトウェアだけで稼働できますでしょうか? ソフトウェアだけで稼働できます。
ニューラルネットワークの場合、GPUを使用することで、より高速な処理が可能になる
形態素解析は文章を単語や品詞に分割する処理であり、意味解析は文章の意味を理解するための処理です。
NDC 549.98 粒子加速装置
XRD X線回折 X線を当て、回折パターンから結晶構造を特定 回折強度は電子密度のフーリエ変換 (結晶化すれば、有機化合物、タンパク質の形も特定可能)
試料は結晶だが、 アモルファスについても研究が進行中 小角散乱
XRF 蛍光X線 X線を当てると出てくる蛍光X線から、微量元素の種類を特定 原子番号11(Na)〜92(U) (有機化合物 タンパク質は分からない)
SAXS 分子間距離・クラスター構造・ネットワーク形成を調べる
XAFS 吸収端の位置で価数を判定できる 表面の酸化状態・化学状態の分布 バルク内部まで見える 金属クラスター化合物 リン+ベンゼン環 → ホスフィン PPh 金とリン
XPS 表面 5–10 nm の元素の化学状態 酸化状態(Fe²⁺ / Fe³⁺ / Fe⁰) 結合エネルギーの違い 元素の割合
小角散乱
ICP クライオ 電子線回折は?
NDC 563.8 合金学
状態図(Fe–C、Cu–Zn、Al–Si など)
NDC 562.8 稀有金属の鉱石
アルカリに富むマグマは希土類を濃集しやすい - 例:ネフェリンシエナイト、ペグマタイト
588.6 調味料:醤油,ソース,食酢,味噌
☆日本酒と味噌にはアスペルギルスオリゼ 醤油にはアスペルギルスソーヤ
清酒では 米のでんぷん分解能(アミラーゼ活性)が高い菌 味噌でも A. oryzae が広く使われる(米麹・麦麹の主流)
醤油 → Aspergillus sojae(ソーヤ)または A. oryzae の高プロテアーゼ株 醤油は 大豆タンパク質の分解力(プロテアーゼ活性)が極めて重要
お酢は 米でんぷん→(麹 アスペルギルス・オリゼ)→ブドウ糖→(酵母)→アルコール→(アセトバクター)→酢酸
黒酢は玄米を使う
醤油: 小麦でんぷん →(麹:アスペルギルス・ソーヤ)→ ブドウ糖 →(酵母)→ アルコール / 小麦でんぷん →(麹)→ ブドウ糖 →(乳酸菌)→ 乳酸 / 大豆タンパク質 →(麹:アスペルギルス・ソーヤ/製菊)→ アミノ酸+有機酸
味噌: 米(または麦)でんぷん →(麹:アスペルギルス・オリゼ)→ ブドウ糖 →(酵母)→ アルコール / 米(または麦)でんぷん →(麹)→ ブドウ糖 →(乳酸菌)→ 乳酸 / 大豆タンパク質 →(麹:アスペルギルス・オリゼ/製菊)→ アミノ酸+有機酸
醤油 味噌づくりでは納豆菌が大敵 プロテアーゼが強すぎ 蛋白質が必要以上に分解され、糸を引く味噌・糸引き醤油
アスペルギルスフラバス はカビ毒アフラトキシンを作る 急性肝障害 しかしそうした事故は起こっていない
NDC 780.193 運動生理学
軸側(中指・薬指 尺骨・脛骨側 尺骨神経)を安定させ、 橈側(親指・人差し指 橈骨・腓骨側 正中神経)を優先して動かす運動制御。

真鍋幸之