The uncertain location of electrons - George Zaidan and Charles Morton

確率の雲として存在する電子 -- ジョージ・ザイダンとチャールズ・モートン

翻訳: Akiko Hicks 校正: Tomoyuki Suzuki

You probably know that all stuff is made up of atoms

身の回りのもの全てが 原子でできているとか

and that an atom

原子は とてもとても

is a really, really, really, really tiny particle.

小さいものだと 知っているかもしれないね

Every atom has a core,

どの原子にも核があり

which is made up of at least one

少なくとも１つの

positively charged particle

プラスの電荷を持つ陽子と

called a proton,

プラスの電荷を持つ陽子と

and in most cases,

通常 似たような数の

some number of neutral particles called neutrons.

電荷を持たない 中性子からなっている

That core is surrounded

この核の周りを

by negatively charged particles called electrons.

マイナスの電荷を帯びた 電子が飛び回っている

The identity of an atom is determined

原子が何の原子であるかは

only by the number of protons in its nucleus.

原子核の中にある 陽子の数で決まるんだ

Hydrogen is hydrogen because it has just one proton,

陽子が1つだけなら水素

carbon is carbon because it has six,

陽子が６つなら炭素

gold is gold because it has 79,

79個あれば金の原子だと

and so on.

全てこのように決まっている

Indulge me in a momentary tangent.

ちょっと横道にそれてみよう

How do we know about atomic structure?

どうやって原子の構造が分かるのか？

We can't see protons, neutrons, or electrons.

陽子､中性子､電子は 実際見ることはできない

So, we do a bunch of experiments

だから 実験を重ねて

and develop a model for what we think is there.

予測するものの モデルを構築する

Then we do some more experiments

さらに実験を繰り返し

and see if they agree with the model.

結果がモデルに合うか確かめる

If they do, great.

モデルに合えば素晴らしいが

If they don't, it might be time for a new model.

合わなければ 新しいモデルが必要とわかる

We've had lots of very different models for atoms

紀元前400年のデモクリトスの 原子論以来

since Democritus in 400 BC,

いろいろな原子モデルが提案されてきた

and there will almost certainly

この先も新しいものが

いくつも生まれるだろう

be many more to come.

Okay, tangent over.

では ここで本題に戻ろう

The cores of atoms tend to stick together,

原子の核にあるものは くっついて固まっているが

but electrons are free to move,

電子は自由に動き回っている

and this is why chemists love electrons.

だから化学者は電子が好きなんだ

If we could marry them,

結婚できるものなら

we probably would.

したいくらいだ

But electrons are weird.

でも 電子は実に変わっている

They appear to behave either as particles,

小さいけれど 野球のボールのように

like little baseballs,

粒子としてふるまったり

or as waves, like water waves,

水の波のようにふるまったりもする

depending on the experiment that we perform.

実験の仕方によって 違う性質を示すんだ

One of the weirdest things about electrons

特に電子が変わっているのは

is that we can't exactly say where they are.

その位置が はっきり分からないこと

It's not that we don't have the equipment,

計測する装置が問題ではなく

it's that this uncertainty

この不確定さが

is part of our model of the electron.

現在の電子のモデルになっている

So, we can't pinpoint them, fine.

だから 正確な位置はわからないが

But we can say there's a certain probability

原子核の周囲の特定の場所に

of finding an electron in a given space

電子が存在するかどうかを

around the nucleus.

確率で示すことはできる

And that means that we can ask the following question:

だから こんな質問もできるんだ

If we drew a shape around the nucleus

原子核のまわりに

such that we would be 95% sure

95％の確率で 特定の電子がみつかる

of finding a given electron within that shape,

空間を描いたら

what would it look like?

どんな形になるだろう？

Here are a few of these shapes.

実はこんな形になる

Chemists call them orbitals,

これらは電子軌道と呼ばれ

and what each one looks like

それぞれの形は

depends on, among other things,

主に 軌道の

how much energy it has.

エネルギーの量で決まってくる

The more energy an orbital has,

軌道のエネルギーが大きいほど

the farther most of its density is

電子が存在する確率が 最も高い場所は

from the nucleus.

核から より離れていく

By they way, why did we pick 95%

ところで なぜ95％の確率で

and not 100%?

100％ではないのだろう？

Well, that's another quirk

これもまた ちょっと変わった

of our model of the electron.

電子のモデルが関係している

Past a certain distance from the nucleus,

原子核からある程度離れてしまうと

the probability of finding an electron

電子がそこで見つかる確率が

starts to decrease

減っていくが

more or less exponentially,

指数関数的な減り方をする

which means that while it will approach zero,

つまり 確率は限りなくゼロに近づくが

it'll never actually hit zero.

完全にゼロにはならない

So, in every atom,

ということは

there is some small, but non-zero, probability

ある原子に属する電子が

that for a very, very short period of time,

かすかだが ほんの短時間

one of its electrons

ほんの少しの確率で

is at the other end of the known universe.

遠く離れた 宇宙の果てに 存在する可能性があるわけだ

But mostly electrons stay close to their nucleus

でも 通常 電子は 原子核の近くで

as clouds of negative charged density

マイナスの電荷を持つ粒子として

that shift and move with time.

濃淡のある雲の様に 時間と共に変化しながら存在する

How electrons from one atom

ある原子に属する電子が

interact with electrons from another

他の原子に属する電子と どう関わるかが

determines almost everything.

ほぼ あらゆるものを決定する

Atoms can give up their electrons,

原子は自分の電子を

surrendering them to other atoms,

他の原子に渡したり

or they can share electrons.

他の原子と共有したりできるんだ

And the dynamics of this social network

このような原子間の関係が

are what make chemistry interesting.

化学をおもしろいものにしている

From plain old rocks

そこらへんの石ころから 複雑な生物まで

to the beautiful complexity of life,

そこらへんの石ころから 複雑な生物まで

the nature of everything we see,

私たちが 見たり 聞いたり

hear,

私たちが 見たり 聞いたり

smell, taste, touch, and even feel

匂いや味や 手で触って感じるもの

匂いや味や 手で触って感じるもの

匂いや味や 手で触って感じるもの

匂いや味や 手で触って感じるもの

is determined at the atomic level.

全ての本質が 原子レベルで 決まっているんだ