2012年12月14日金曜日

三つ子のパラドックス2 triplets' paradox 2 , deterministic Special relativity

http://akimpotos.blogspot.jp/2013/02/2-triplets-paradox-3.html以前 三つ子のパラドックス http://akimpotos.blogspot.jp/2012/03/blog-post.html で時間遅れはエネルギーの与えられていた物に発生するのでは? などと書いていましたがこれの意味をもう少し考えてみます。

If a time lag occurs in the thing in which energy was given in triplets' paradox http://akimpotos.blogspot.jp/2012/03/blog-post.html?
I further consider the meaning of this.

三つ子のパラドックスは別に双子のパラドックスというものがあって二つの宇宙船(AとBとします)しか存在しない場合はどちらに時間遅れが起こるのか?というものです。

With twins' paradox
When only two spacecrafts (referred to as A and B) exist, to which does a time lag happen?

なるほど二つしかない場合は一見完全に互いに同じに見えてパラドックスになっています。

When there are only two spacecrafts , which becomes completely symmetrical.

宇宙船Aが噴射していくとエネルギーが与えられたのはAなのでAがBに対して時間遅れが生じるとしてもよさそうに思いますがこれはもともとはじめに宇宙船AとBが静止状態からスタートして離れていくからであって例えば次のような場合はどうでしょうか?

The spacecraft A flies.
It is the spacecraft A that energy was given.
Therefore, in the spacecraft A, a time lag arises to the spacecraft B.
However, it is because the spacecraft A and the spacecraft B start and separate from the state of rest.
For example, when as follows, how is it?

「どこから来たのかわからない素性の知れない宇宙船AとBがやってきてすれ違おうとしている、この場合時間遅れの関係はどうなるのか?」

unknown spacecraft A and B are passing each other .
How about  in this case?

この場合はこの二つの宇宙船からなる系の定点をすれ違ったところと定めれば確定しそうです。
この定点からAとBの速度が確定しそれぞれの時間遅れが計算できることになります。

In this case it is likely to be determined where spacecraft  passed a fixed point of the system consisting of the two spacecraft.
So that each time delay can be calculated.velocity of A and B is determined from this fixed point.

三つ子のパラドックスはこの系の定点が地球であり、なので定点から離れる宇宙船のみに時間遅れはおこることになります。

In the paradox of triplets fixed point of this system is the earth,
So, the time delay will be occurs only on the spacecraft away from the fixed point.

双子のパラドックスは定点がAとBと二つにあるようです。

 in the twin paradox, the fixed point is located on the B and A.

この考えであれば次のようなパラドックスも矛盾無く説明できます。

This idea can be explained without contradiction as well, such as the following paradox.
これのBからAをみた時間、空間変換は次のようになります。
これはBからAの船尾(としておきます)での時間と距離をみたものでAの船尾から移動しない場合です。
したがってAの船尾では時間ばかりが進むということになり結果BとAの時間比較ができるということになります。

Observing the A from B.
Time and space conversion is as follows.

We got the time and distance in the stern of the A.
It is the case that passengers do not move from the stern of the A.

In the stern of A, the only time advance will occur.
So, it means that I can compare the time.


(時間、空間は簡単のため1秒としてあります。 なので時間は光速のC、距離は速度となります。赤線がローレンツ変換で、その変換結果が現れる双対軸は青)

(there is the time and space as one second to simplify it.) So C is the velocity of light, the distance become the velocity time. A red line is Lorentz transformation. ) blue in the axis where the conversion result appears
結果は、Aでは時間はC/γ となりAの時間はBより遅れます。

The result is C/γ in A. The time of A is delayed from B.

ところがAからBを見た場合も対称的な関係であることから同じく遅れるということになりパラドックスに見えます。

However, it is the relations that are symmetric when We watch B from A. So it becomes the paradox.

で、次のような場合はどうなるかというと

Well, how about the following case?

A,Bは連結して地球から速度Uまで加速



Bは逆噴射して 速度0(地球と同じ)になる
B retro-fires and becomes velocity 0


Bが逆噴射した(エネルギーを速度に変えた)のだからBはAより時間が遅れる?

Because B retro-fired ( changed energy into velocity ), in B, is time delayed from A?


これは下のように定点Kから素直にA,B別々にローレンツ変換するとまったく矛盾がない場合が得られます。

When A,B does Lorentz transformation separately obediently from fixed point K, a case without contradiction is provided really.

各々の宇宙船から定点を見る場合はその定点が二つの時間を持つため矛盾となるかもしれません。(これについては実はよく考えていません、特殊相対性理論は本当に頭がこんがらがってきます。)

Because the fixed point has two time when I watch a fixed point from each spaceship, it may become the contradiction. (in fact, as for the special theory of relativity that I do not think of carefully, a head really gets very tangled about this.)

定点を定めることにより全ての運動する物体の時間は定点に対して遅れる一方となります。

The time of all moving objects is delayed for a fixed point.

ところで宇宙船からは定点はどのように見えるかというと、これは定点の時間(Ct :t=1)、空間(定点なので 0)を変換(問い合わせてみること)すればよく時間はCγ(定点が進む)、距離は -uγ(遠ざかる) となります。

By the way, how may you see fixed point K from a spaceship?
You should convert time and space of fixed point K.
It becomes Cγ .
So  time of fixed point K  advances.
The distance becomes -uγ.
So fixed point K goes away from a spaceship.
更に定点を基準に宇宙船A,Bが互いにどう見えるかも計算します。
Aは定点から(C,u)、Bは(C,v)で運動しているのでAはBに、BはAに問い合わせてみます。

Furthermore, We start from fixed point K. And  calculate how We can see spaceship A,B each other.
A moves from a fixed point in (C, u).
A refers to B.
B refers to A.

計算は簡単で、 AはBからγb(C-uv/C , -v+u)、BはAからγa(C-uv/C ,- u+v) と見えていることになります。

The calculation is easy.
We see A with γb(C-uv/C, -v+u) from B and  B with γa(C-uv/C, - u+v) from A.

※ 宇宙船 A からBを観測した場合     observe B from spaceship A

時間項の比は、 Bの速度 v >=  Aの速度 u とした場合 γb >= γa となるので分母をAとしたい場合はその比 γa/γb <= 1  (つまりBはAに比し時間が遅い)とします。
これで、時間の進み遅れが計算できます。

We assume  v >= u.
The ratio of the time becomes γb >=γa.
When We assume a denominator A, it becomes the ratio γa/γb <= 1 .
in other words, in B, time is late in comparison with A.
Thus We can calculate a progress delay of the time.

速度は (-v+u) / (C-uv/C) となり合成速度が出ています。

The velocity becomes (-v+u) / (C-uv/C).
So We can calculate composition of velocity.

ところで、これは結局合成速度を出すことにしか他ならないということになります。

By the way, this becomes nothing but that We calculate composition of velocity after all.

今の気持ちはですね、オーマイゴッドですねえ。(少しガッカリ・・・)
ま、しかた無いので気を取り直して・・・。

The present feeling is  O MY GOD. (disappointed a little.)
Oh, take heart.


さて本当にOKかどうかはどうやって検証したらいいのでしょうか?
何らかの方法でK点を知る方法はないのでしょうか?
双方の宇宙船がビーコンを出しそれを観測するという方法はどうでしょうか?

By the way, how should I have inspected whether I was really OK?
Will not there be the method to know the K-point by some kind of methods?
How about the method both spaceships give a beacon, and to observe it?


とりあえず本当に計算できるかどうか確かめてみます。
比 γa/γb または比 γb/γa  および互いの宇宙船までの距離が計測できるものと仮定します。

We will check whether We can really calculate first of all.
We suppose that We can measure ratio γa/γb (or ratio γb/γa) and the distance to each other's spaceships.





 検算    ※全ての^1/2 は+の絶対値

Checking   * All ^1/2 is absolute value of +



ほぼ双子のパラドックスの場合、しかしこれは非対称

In the case of approximately twin paradox.  However, this is asymmetry

完全な双子のパラドックス?      Completely symmetric twin paradox?

結局、定点Kも自由に定めることができます。
なので、ある地点の体験をしたければその地点に行けば良いということになります。
なので、結局不思議なことは何もないと言うことですね?

We can determine fixed point K freely, too after all.
So it is expected that We should go to the spot if We want to experience a certain spot.
So is it to say that there is no mysterious thing after all?

結局、合成速度を導出するというのは3つの点の関係に他なりません。

It is nothing but the relations of three points to derive composition of velocity after all.

この図は3つの点の固有時間の関係を表した参考です。
値は適当に入れています。  固有時間の値の大きさの関係に矛盾はありません。

This diagram is the reference that expressed relations of the proper time of three points.
The value can come properly.
Relations of  the value of the proper time do not include the contradiction.

他の定点が存在する場合も図にしてみました。
I made the diagram when other fixed points existed.

方向-速度図
direction -velocity diagram

「宇宙船が定点に向かっていくこと」と「宇宙船が定点から離れていくこと」は等価としています。
なので、矢印は外側にのみ向かいます。
なので、解釈するにはある種の癖がでるので注意が必要です。

It is equivalent that "a spaceship is separated from a fixed point" with "a spaceship going to the fixed point".
So the arrow goes outward.
So attention is necessary because a certain habit appears to interpret it.

v1による時間遅れについてですが、V0とu1による時間の遅れは同時に発生しています。
なので、全体の時間の遅れは「V0による時間の遅れ」 と 「u1による時間の遅れ」の合計 ではない。  なので矛盾は無いと思います。

 About a time delay by v1, the delay of the time by V0 and u1 occurs at the same time.
So the delay of the overall time is not the total of "a delay of the time by V0" and "the delay of the time by u1".
So I think that there is not the contradiction.

念のため、u1の「固有時間」を確認しておきます。
「固有時間」はローレンツ変換の保存量で時間遅れを表します。
なので、u1のL空間中のローカル座標系でのx軸とy軸の「固有時間」を計算します。
これは、単なる合成速度を計算すればよいので、いちいち計算するまでも無く 、tu1=sqrt(1- v1^2/C^2) となります。
計算する合成速度はu1,u2のことです。念のため。

I confirm "proper time" of u1 just to make sure.
I express a delay of the time with quantity of preservation of the Lorentz transformation at "peculiar time".
So I calculate "proper time" of x-axis and the y-axis in local coordinate systems in L space of u1.
Because you should calculate simple synthetic velocity,  there is not it, and this becomes tu1=sqrt(1- v1^2/C^2) even if I calculate one by one.
The composition of velocity to calculate are u1 and u2. Just to make sure.

一方、v1の「固有時間」も tv1=sqrt(1- v1^2/C^2) です。

つまり、u1の終点の時間の遅れと、v1の終点の時間の遅れは同じということになります。
u1とv1の終点は宇宙船Aです。

On the other hand, it is tv1=sqrt(1- v1^2/C^2) at "proper time" of v1.

In other words a delay of the time of the terminal of u1 and the delay of the time of the terminal of v1 are to be the same.
The terminal of u1 and v1 is spaceship A.

y軸上の「固有時間」は voy-u1y=0 なので結果 0です。
つまり、x軸上の「固有時間」だけを考慮すれば良いということになります。

Because "proper time" on the y-axis is voy-u1y=0, it is result 0.
In other words I am to consider only  "proper time" on the x-axis.

この関係は、もっと極端なケースを考察すると解りやすいです。
It is easy to understand that these relations consider a more extreme case.

以上のことをとりあえず纏めます。
I settle the above-mentioned thing first of all.

1. 合成速度の関係を使ってもなお双子のパラドックスと同じパラドックスが発生する。
    ある点から観測しても、また他の点から観測しても良い。
    そして、それぞれで矛盾のない答えが得られる。

1. Paradox same as twin paradox still occurs even if I use the relations of the synthetic speed.
    You may observe it again from other points even if you observe it from a certain point.
    And an answer without the contradiction is provided in each.

2. 定点は時間遅れを比較するための基点となりうる。

2. The fixed point can become a basic point to compare the delay at time.


これを理解するための合理的な解釈は次のようなものでしょう。

1. まず、力学と時間は別のことだろう。

物体の運動やエネルギー保存に関わること、いわゆる力学では実は相対的な観測でも成立するのです。特殊相対性理論でもおなじことです。
例えば、弾性衝突の実験を飛行している宇宙船の中でしても、地球でしても同じように解くことができます。はたまた異なる宇宙船中で実験しても同じことです。

The rational interpretation to understand this will be the following thing.

1. At first, as for the time, It will be different from the mechanics.
In fact, even relative observation is established with motion of object and being concerned with energy preservation, so-called mechanics. Even the special theory of relativity is the same thing.
For example, I can untie it in the same way even if I do it in a spaceship flying an experiment of the elastic collision even if it is the earth. Or it is the same thing even if I test it in different spaceships.

参考   Reference  http://akimpotos.blogspot.jp/2012_02_01_archive.html


2.例えば、宇宙線が地球に衝突する場合は力学的に宇宙線の時間が遅れてより長く進みます。
これは地球からの相対的な観測ではそうでないとエネルギー的につじつまが合わなくなるからです。
また、特殊相対性理論は観測した値を使っても良いと言っています。
しかし、ややファンシーな表現ですが宇宙線の粒子の上に小人が住んでいるとします。
この小人の年齢のとり方は力学の観測とは別の法則に従っているのではないでしょうか。
小人は地球から観測される前から宇宙線の上に住んでいるのですから・・・。



2. For example, when cosmic rays collide with the earth, the time of cosmic rays is delayed dynamically and advances for a longer time.
This is because otherwise consistency does not match energetically by the relative observation from the earth.
In addition, I say that the special theory of relativity may use the value that I observed.
However, it is slightly fancy expression, but it is said that a dwarf lives on the particle of cosmic rays.
Will not how to get age of this dwarf obey the law that is different from the observation of the mechanics?
Because the dwarf lives on cosmic rays since before was observed from the earth; :-)


3. 時間遅れの関係は下のzを定める必要があります。
定点Kが宇宙船Bにあれば時間遅れは宇宙船Aだけに発生するでしょう。
これもまた特殊相対性理論に従っていますよね?

3. It is necessary for the relations of the delay of the time to determine z.
If there is fixed point K on spaceship B, the delay of the time will occur only on spaceship A.
Does this obey the special theory of relativity again, too?
このu1,u2が判る一番簡単な例は宇宙船A,Bが交差した地点で、その地点に何か目印を置くことができればわかるでしょう。 車とちがい宇宙には地面が無いので宇宙船が交差する前には速度u1,u2は測れません。

I will understand the simplest example understanding this u1,u2 if I can put an anything mark at the spot at the spot where spaceship A,B intersected. Speed u1,u2 cannot be measured before a spaceship intersects because there is not the ground unlike a car in the space.

地球(B)から宇宙船Aが出発するということは u1=0,z=0 で交差したということと等価です。

It is equivalent with having intersected in u1=0,z=0 that spaceship A leaves earth (B).


4. 力学はもともと相対的かつ強い対称性があります。
運動体のエネルギー量は相対運動する点から観た場合容易に変化します。

4. Originally the mechanics has a relative and strong symmetry.
When I watch it from a point carrying out a relative activity, the amount of energy of the moving body changes easily.


E=m*(V+B)^2/2   B is relative velocity


一方特殊相対性理論は時間と空間の変換です。
この二つを組み合わせると相対性というより混乱が更に高まることになります。

On the other hand, the special theory of relativity is conversion of the time and space.
Confusion will rise rather than relativity more when I put these two together.

そこで私は悩むのをあきらめました。私は特殊相対性理論が示すものは無条件に認めることにします。

Therefore I gave up being troubled. I decide to recognize the thing which the special theory of relativity shows unconditionally.

つまり、矛盾していると思えることでもそれが適用できるケースが実際にあると思います。

In other words I think that there is really the case which it can apply even that I think that I contradict it to.


力学に適用する「時間」
 "Time" to apply to the mechanics

これは完全に相対的かつ対称的な関係です。
This is completely relative and symmetric relations.

しかし、経過時間として使われることはありません。
However, there cannot be the thing used as an elapsed time.

まるでストップウォッチのようです。
This is totally like the stopwatch.



これは経過時間として使われる時間です。 これはまるで普通の時計のようです。
This is time spent as an elapsed time.    This is totally like the clock.


さて、2種類の「時間」があると言うことになるのでしょうか?

By the way, will we be to have two kinds of "time" ?

再び、謎々だ?
特殊相対性理論って本当は特殊相対性謎々生成理論って言うのじゃないか?
今、なんとなくどこかの神経が切れた音が聞えたわ。

It is a riddle again?
Is the special theory of relativity that a special relative riddle generation theory actually says?
I just heard the sound that somehow some nerve was cut. :-o

この謎々への私の答えは次のとおりです。
これは、まるでキュビスムである。
キュビスムでは正面、側面、上面、下面、ヨコ、タテ、斜めが全て平面で表現されています。
特殊相対性理論でも2種類の時間と空間の関係がローレンツ変換に入っている。
でも、本当に2種類の時間と空間が存在するのでしょうか?
私は次のように答えるでしょう。
「それは神のみぞ知る」
だけど、私は2種類の時間と空間が存在したら面白いと思います。
それは、結局ローレンツ変換の使い方の区別にすぎないのかもしれません。

My answers to this riddle are as follows.
This is totally Cubism.
Front, side, top surface, lower part, side, length, all the slants are expressed on a plane in Cubism.
Lorentz transformation contains relations of two kinds of time and space in the special theory of relativity.
But will two kinds of time and space really exist?
I will answer as follows.
"Only God knows it"
But I think that it is interesting if two kinds of time and space exists.
It may be only distinction of how to use Lorentz transformation after all.


冷静に考えると、やはりこのトリックはローレンツ変換の使い方の区別であるようです。

After all this trick seems to be distinction of how to use Lorentz transformation when I think calmly.



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To be continued
http://akimpotos.blogspot.jp/2013/02/2-triplets-paradox-3.html





2012年9月20日木曜日

非弾性衝突と運動量保存

非弾性衝突で運動量保存が成立する条件は、衝突の前後で

m1,m2 :質量     u1,u2 : 衝突前の速度   v1,v2 :衝突後の速度   
DB : 衝突により失われるエネルギー

式1   (1/2)*m1*u1^2+(1/2)*m2*u2^2  =  {(1/2)*m1*v1^2+(1/2)*m2*v2^2} +  DB

となります。

また相対性により    B :観測者の相対速度

式2   (1/2)*m1*(B+u1)^2+(1/2)*m2*(B+u2)^2 = {(1/2)*m1*(B+v1)^2+(1/2)*m2*(B+v2)^2} +  DB

でもエネルギー保存関係が成立します。

このとき 衝突により失われるエネルギー DB が相対速度に影響されない性質のものであるとすると(例えば熱とかになる)

式1 - 式2より

式3  m1*u1+m2*u2  =   m1*v1+m2*v2

と運動量保存関係が出せます。 http://akimpotos.blogspot.jp/2012/01/blog-post_19.html

速度をベクトルとしても、エネルギーは内積演算に従うことから同様に扱えます。

この運動量保存関係と 反撥係数   e  に

式4    e = -(v1-v2) / (u1-u2)

を用いると 式3 と4 より

式5  v1 = ((e+1)*m2*u2+(m1-e*m2)*u1)  /  (m2+m1)

式6 v2 =  ((m2-e*m1)*u2+(e+1)*m1*u1) / (m2+m1)

式7   DB = - ((e^2-1)*m1*m2*(u2-u1)^2) / (2*(m2+m1))       

となり、これは  u1,u2 の衝突前の速度のみに依存するものとなります。








2012年6月8日金曜日

積分の複素数近似

電子の静止エネルギーは電子の電荷の元になる微小電荷を寄せ集めたものになっているであろうとのことです。

微小電荷を寄せ集めるということのイメージは図のようにある力で距離Rが無限遠から0まで押し込んだときのエネルギーの総量ということのようです



実際には荷電粒子間の反発力は距離の逆二乗なので単純には距離0までは押し込めそうもないということですが神様の力で仮に押し込めたとします。

説明の都合上まだ一体にはならないとして話しますが
次に力を緩めると電荷は反発して離れていきます。
力学的には神様の手は反発に伴ってエネルギーを回収しているので無限遠方まで離れたということで全体としてはエネルギーは+-0となるはずと予想できます。

この神様の力の入れ方、抜き方(蛇足ですが神様は手を離すのではなく反発がそうなるように加減しているのかもしれません、離してはエネルギーを回収できないですから・・・)はどうなるのが一番自然かということですが電子は質量があるので、押込むのには+とーの電荷が引き合うときの運動と同じになるのがこれは反発と対称ですし自然だろうと仮定してみます。

また微小電荷には電荷に相当する微小質量があるとします。
そうすることで自然にエネルギーと速度が対応付けできます。

押し込むエネルギーを計算するときに反発力*押込み距離で計算していますが
押込み力=反発力とした場合は力が平衡するので微小電荷は動きません。
反発力*押込み距離で計算するということはつまり
押込み力=反発力 +(+とーの電荷が引き合うときの加速度を生じさせる力)ということです。
押込んだ後は次に反発です、神様が何とかして押込んだ後手を緩めると微小電荷はそのまま反発して無限のかなたに飛んでいくものとします。神様はこのときエネルギーを回収するはずです。
この反発はもともと集まった電荷の作用と質量なのでそのスピードやエネルギーが計算できます。
なので押込みに要するエネルギーは蓄積された電荷と質量に数値として現れていることになります。  つまり、押込みに要するエネルギーはほとんど既に現れていて特になにか余分なものとして
溜まることはないのではないかと思います。

もし余分に蓄積されるエネルギーがあるとすればこの押込みと反発のエネルギー差になるはずです。
ところがエネルギーは逆一乗なので距離0でどうやっても発散は避けられません。
分割して積分するにしても距離0では ∞ー∞(∞から∞を引く)を計算することになりますがこれを単純に0と断定することはできません。

そこで発想を変えて実数から虚数に拡張してルートは実数軸から微小 -iδ(lim ->0とします)だけ虚数側を通します。

これで極を避けることができて連続したルートを通すことができます。
したがって積分範囲は -∞ から ∞までとることができます。(δ=0 でない限り連続になります)
さらに積分範囲が -∞ から ∞ ( うろ覚えですが片側有限の範囲でも極を内に入れていれば
OK・・・?)だと留数定理により円積分できて計算が楽になります。

これで計算できるのはエネルギーの距離積分の押込みと反発分の差なので蓄積される
エネルギーそのものではないですがなにか参考になるかもしれません。

結果、エネルギー積分差は Ke^2/2 となります。

蓄積されるエネルギーそのものは出せませんでした。しかし、もし押込んで一体になっていくとするとエネルギー積分差にかかわる何らかの量が余分に蓄えられているのではないか?ということが伺えて面白いと思います。

それにしてもエネルギーの積分されたもの、これは一体なんでしょ? 力を積分したものがエネルギーポテンシャルならこれはエネルギーを積分した何らかのものでしょうがスカラだしよくわかりません。 ここを見られた方をガッカリさせるとは思いますが、多分エネルギー自身を距離で積分するということ自体あまり意味がなく、まあ・・なんといいますか逆一乗の留数マジックという気がしてます。 その上私自身勉強中なので・・・・
しかしこの留数で極を避けるテクニックは使用制限はないのでしょうか?例えば積分範囲がエネルギーとなる式があっても複素数に拡張して扱えばOK? いくらなんでもいい加減すぎるような気がします。多分この話はどこかに根本的なエラーがあるとは思いますが・・・・。

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2012/6/12 追記 
(新しくページをつくるのが面倒くさいので追記で対応することにしました。読む方は■■■■■■■ で囲んだここは飛ばして最後に読んだほうが経緯が良くわかると思います)

どうにもこうにもエネルギーが出せないのであきらめていたんですが

ひらめきました。  キーワードは対数発散

ワイスコップ( Weisskopf) の計算したもので量子電磁力学を用いて電子の自己エネルギーを計算すると、{m^2C^2e^2/(πhC)}log{h/(mCx)}となるそうです。
この自己エネルギーも 距離 X をゼロに近づけると発散します。
これはくりこみ理論(Renormalization theory)と関連性があるものらしいです。

私が参考にしたサイトは  TOSHIの宇宙 電子の自己エネルギーとDiracの海 です。
<http://maldoror-ducasse.cocolog-nifty.com/blog/2006/12/post_5d9e.html>

この式は極の量子電磁力学的近傍でないと成立しませんが
この近傍では 距離 X で微分すると 力は 1/X と逆一乗になります。
つまり留数でエネルギーを出せます。
ここで問題は今まで円積分はe^iθ と半径1mで計算していましたが
これでは量子電磁力学的近傍じゃないのでだめなんじゃないかということですが、じつは式中でキャンセルされるため計算を簡単にするために半径を省いていました。
なので半径αをかけて線積分路は αe^iθ となります。
そしてこのαは lim -> 0 として絞り上げても良いのです。
したがって、留数は極点近傍だけの式から出すことができます。
なので、極から離れると力は逆二乗分がでてきますが、これは考慮する必要はありません。
あくまでも極近傍の式が重要です。
ということでやっとすっきりした感じです。トリビア1ゲットだぜ。
これでタイトルも「電子に蓄積するものについて」 から 「電子の自己エネルギーについて」にかえました。

追記 終わり
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追記    2012/6/13,22 ~        
発散しないエネルギーが出たということで喜んでいたんですが
留数と実数軸(距離)との関係を確かめたところ

wiki  の Application of Jordan's lemma
http://en.wikipedia.org/wiki/Jordan%27s_lemma
にあるように使い方を間違えていたようです。

integrate(f(x),-∞,+∞) = i2π*留数(極の位置) となるのでエネルギーが結局虚数になってしまいました。複素数を使った副作用が出た感じです。

この値は、i2π{m^2C^2e^2/(πhC)} で ^-60  オーダと非常に小さく、電子に余分に蓄積されるものは実質0のようです。 力学的なものなのでやはりということです。
蓄積されるものとは結局電荷eと質量m(とそのエネルギーmC^2)そのもの以外にはないということでしょうか?
まあ虚数がでても発散して計算できなくなるよりはましと思うほかなさそうです。
タイトルも大げさなので変えました。

定義域が実数の関数の積分(積分範囲が 実数 -∞ から ∞ まで)は留数をつかって複素数関数に近似することができます。今回の場合は上の追記にあるように 実数0+i 10^-60  オーダの虚数(ω)がでてきました。級数が小さい場合は無視して実質0とできます。

積分定数(Ω)も考慮に入れると Ω + iω となります。(円積分なのでこれは何らかのバイアス値というイメージ?)
積分定数Ωは物理なので計測できるものはそれを使ってもいいのでしょうがこのシナリオではどうでしょう仮に質量エネルギーのmC^2とすると結局 mC^2+ iω = 約mC^2 としてもいいのでしょうか?

留数は  wiki  の Application of Jordan's lemma  http://en.wikipedia.org/wiki/Jordan%27s_lemma
にあるように極が半円の中にあれば適用できます。

ところで積分範囲が 0 から ∞ まで の関数も同じように留数をつかって複素数関数に近似することができるのでは? と想像できます。 積分範囲が 0 から ∞ まで の関数は対数発散の微分ですからψ/x と逆一乗形のものです。 これはまともに積分するとlog(x)  なので ∞ - (-∞)  と発散しますす。
ところが、留数で近似すると半円の中に入っていればいいのなら -∞ から ∞  で積分したものとも同じ結果になっても良いのでは?とも思えます。

なので、まるでパラドックスのようなことになってしまいます。

可能性は
1) そもそも本来留数の適用できないケースである(この可能性が一番高いような気がします)。または使い方が適切でない(近似に使用できる積分範囲は-∞ から ∞ までのみ)
2) もし1)がOKであればこれは対数発散の消去をしたことになる。 複素数の世界ではそれでも案外OK? もしそうなら対数発散消去の手法ゲットだぜ

ということになります。 なので今後これの確認をしようと思います。

以上のことは次のようなイメージ図になります。
※ クリックして拡大











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追記    2012/7/4 追記

色々なサイトで教えてもらおうと投稿したのですが進展なしということで、結局自分で考えることにしました。 考えてみれば簡単な線積分なので最初から自己解決を目指せばよかったのです。

結果は
1) 積分範囲が 0~ ∞の場合は発散します。 なので発散しないためには積分は -∞ ~ +∞ に限ります。

次に直線部分を線積分したところビックリする結果がでました。
積分結果は以下ですが

積分範囲(-R~R)が微小でも lim id->0 で iπ となります。 つまりこれはデルタ関数です。
wikiで調べると 佐藤超函数 http://ja.wikipedia.org/wiki/%E4%BD%90%E8%97%A4%E8%B6%85%E5%87%BD%E6%95%B0  というものらしいです。 (英語wikiはhttp://en.wikipedia.org/wiki/Hyperfunction ) つまりこれは 留数が出せます。

翻って元のシナリオに戻って考えて見ますと エネルギーは 力 1/x^2 を積分して出しました。
次にエネルギー(1/x の項になります)の通過前後で何か差が出るかな?ということで発散部分での積分を避けるために複素数で近似して -∞  ~ +∞  でエネルギーを距離積分できるようにした。 それで留数を使おうとしたのです。(これ自体は思い違いでラプラス逆変換にしか適用できないことがわかりましたが・・・)
いかん、頭がどこかにトリップしそうです。 ・・・ところがですね、 直線部分だけでも積分するとデルタ関数で原点でのエネルギーを取り出したということらしいのです。
それで、iπ の意味ですが、これは例えると地質調査のボーリングってありますよね、これはこのパイプのようなもので取り出したエネルギー値は iπ を除いたものになります。

結局、「エネルギーの距離積分の差(押込みと反発でのエネルギー距離積分の差)を出そうとした」 と「エネルギーの原点での値を得る」ということが等価なのではないか?
結果発散しないエネルギー値が出てきた・・・。
出てくるのはいいのだけど本当にそれでOK?ということが問題です。

なんとも不思議な話ですが原点での エネルギー(1/x項)の発散がなくなってしまいました。

しかもこの方法を採った一つ一つの動機はごく自然なものです。

・エネルギー(1/xの項)を -∞  ~ +∞  で連続して距離積分するために複素数に拡張して(つまり連続関数にして) lim id->0  として実数に戻す。そうすれば 1/x は奇関数なので押込みと反発の差に関する何らかの値が出るだろう。それは多分原点での蓄積される何らかの値だろう。

なのにいつの間にかそれはデルタ関数になりエネルギーの原点での値を取り出すという意味になっています。

そうすると、原点でのエネルギー値を出すのに力をわざわざ 1/x の形(エネルギーはlogで対数)の形にする必要はありません。素直に力は 1/x^2でエネルギーは 1/x としても良いようです。

本当にこれでもOKでしょか? 全体を観るとパラドックスのようだけれども、一つ一つ見ると妙につじつまがあうような、なにか狐か狸に化かされているような気がしてきました。
これは、私のレベルでは本当に手に負えません、なのでまた方々に相談してみようと思います。

ところでなぜこんなテーマをやっているのかその理由があるのでついでに記しておきます。
電気力線ってありますよね。 +と-で 力線がつながっている良く見る図ですが、よくよく見ると不思議なところがひとつあります。

それは、中心の外側で無限の先に伸びている力線、これはどこに繋がっているのでしょうか?
中心以外はなんとなく有限の範囲で繋がっているのが想像できるのですが中心だけは想像できません。まああるとしても重ねあわせだし、距離の差分値なのでかなり小さいでしょうけど、無限のかなたに消えていくだけのように見えます。 だけど多分、おそらくこれも繋がっていると考えてもいいはずです。 ところがこれをあらわす方法がわからない。 多分実数の範囲ではむりだろうな・・・ということは予想できますが・・・。

だけど、複素数であればどうでしょうか? 複素数の中ではこの線が繋がっているのではないか?つまり複素数の中では円(またはループ)で実数では -∞  ~ +∞  となるのでは?
物理でこの種の対応が存在する場合、実数の -∞  ~ +∞ というのはその裏に 複素数の円が潜んでいるのでは?という気がしています。 つまり ∞ は複素数世界への接続点・・・(標語としてきれいに決まった ^^)ということなのでしょうか?



追記 終わり
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とにもかくにも電子は微小電荷が集まってできたものではなくはじめから電荷eと質量mとして存在しているものです、なので理論の組み立てとして集まるという方法をとると何か話がおかしくなるのではないか?(無限の力で神様が押込めるなど・・・)そのために神様の手とかいろいろなトリック的な方法をとらざるを得ないのでは・・・という気がします。   それよりも逆に電子というものは微小電荷を神様が切り離していったら(切り離したら反発力で飛んでいきますから)エネルギーの積分されたものが最後に残る・・・そういうものと定義してもよいのだが、しかしそれを人間が知りたいがため集めるというストーリーを取らざるをえなかったというのが真相のような気がします。 なので微小電荷が集まったらエネルギーの積分されたものも集まっていたというストーリでも、まあなんといいますか、とにかくも計算できさえすれば良いのではないでしょうか。

と言っても数学的に表さなければなりません。 ここで気になるのは留数の積分範囲です。 蓄積を出すのに -∞ から ∞ まで積分しましたが積分範囲が 0 から ∞ まででも良いとすればこれは押込みだけを計算するのと押込から反発までを積分するのと等価ということになります。
これは確認しなければなりませんが片側有限の範囲でも極を範囲内に入れていればOKであれば数学的にもOKということになります。


更に面白いのが
1.  相対論のエネルギー式γmc^2に適用したときでも、元のエネルギー式KQdQ/R
に適用しても結果は同じということです。

KQdQ/R はRの符号で+-があるので感覚的に納得できるのですが γmc^2 は符号がありません。 考えれば複素数だから当たり前ですがこれも感覚的に面白いです。

2. さらに 級数などで 1/R^2 以上の逆べき項や R^n 等の正則なものは0になります。
つまり 1/R 以外は無いものとして扱えます。不思議なものです。

3. 式15(%o15)をみると円積分の結果  e^2*K  と  m*C^2  部 ときれいに分離されているのがわかります。

4. 式8(%o8) を見ると 微小電荷の速度V=C となるのは R=0 です。つまり原点ぎりぎりまで加速は可能です。      また、微小電荷dQとその微小電荷対応分の質量dmは関係なしです。

Vのグラフは  (見やすいように距離Rは対数、 電荷Qが 1.609*10^-37 まで集まった時点のもの)


--------  式  ------------------------------------

電子の電荷 e:1.61*10^-19;        クーロン定数  K:8.976*10^9;     光速 C:3*10^8;
電子の素の質量  m :(注 電子の質量は9*10^-31ですがこのシナリオでの値は蓄積エネルギー分が +αされるため素の質量は多分少し異なるはずです);
Q:微小電荷が集まった電荷  dQ: 微小電荷量  dm:微小電荷に対応する質量  R:距離






2012年5月27日日曜日

引力とエーテル その2

相対的には重心の位置にいる観測者が重心点から発する場と運動する質量の関係を観ているということですが

重心は質量の逆比の内分点となります。質量比ですから重心点は固定してます。
引力によりMとNが引き合いそれぞれ運動していきます。
MとNがそれぞれ無限遠から引き合いある間隔Rとなったときの様子を観てみます
積分範囲が換算質量となっていますので同様に空間縮小変化率を導き出すことができます。


2012年5月26日土曜日

引力とエーテル

引力による空間の縮小について思ったこと。

引力に限らずある遠隔力が働いて物が運動するという場合その運動の様子が遠隔力の働く空間の定義のひとつになりえます。
引力そのものは F=Gmn/r^2 という有名な式です。
物体が運動すると相対性理論によるとその進行方向に空間が縮みます。
これでひとつ遠隔力(場?)を定義してみます。
ある二物体 MとNがありNは無限のかなたから距離 R までMの引力に引かれてやってきたとします。

無限のかなたでの速度は 0 、空間の縮小率は 1(縮小なし)で速度Vに応じて進行方向の
空間が縮小します。 縮小率はローレンツ収縮なので 1/γ = (1-V^2/C^2)となります。

距離Rでの運動エネルギーは力と距離の積分で
En : integrate(-fn(X)*Qn*N, X,R,∞)   fn(x)は単位質量あたりの引力で加速度、Qn は換算質量
なのでこれは重心点を起点にしているということになります。

速度Vでの運動エネルギーは N*V^2/2 (計算の簡便のため近似領域でのシナリオとします)
これで速度が出せます。 速度が出ると空間の縮小率がでます。

一方引力は加速度だから距離Rに応じて空間の縮小率が異なるはずです。
なので空間縮小変化率ψは 1/γ をRで微分すれば良いということになります。

この空間縮小変化率ψが加速度=引力に対応していると仮定すると。
次のことが推測できます。

1、相対的には重心の位置にいる観測者が重心点から発する場とNとの関係を観ている
     ということになります。(こういう関係は対称的なのでたぶんMに対しても同じ・・・のはずです)

2、これは重心点の及ぼす空間の定義で  M>>Nでは Mが重心点となる。

3、加速度にするには C^2*(1/γ)で補正する必要がある

4、C^2が静止質量 M+N に係るとするとそれは静止エネルギーである、場は質量ではなくエネルギーが作っているようだ

5、γは ≧1なので空間縮小変化率は実際の引力の加速度より大きいが
    これは何かしらイメージとしてはNは単位質量あたりにスリップや抵抗を受けているとも思える。

6、γは例えば 地表ではほぼ1 (M(地球)>> N として)
     G*M/(C^2*R) は (7*10^-11 )*(6*10^24)/((9*10^16)*(6*10^6) = 0.8 * 10^-9 <<<< 1

特に4番目は何かしらが空間縮小変化率に抵抗している感じでこれがあのエーテルの流れかもしれないと一瞬思いましたが今までのことを思い出すとやはりちがうのではないかと思います。

どういうことかというと、つまり空間の縮小で場を定義すると言うことで、縮小は近くでは密で
無限遠の先で縮小率1(縮小なし)ということになります。これはエーテルの流れではなく
イメージとしては力線にフィットするという感じがします。第一エーテルの流れだとエーテルが
どこにいくかもイメージできません。
力線は広大無辺の宇宙に薄まり消えていく、悪く言えばゴミ捨て場にすてて後は知ったこっちゃないと無責任でいられます。

一方エーテルの流れというのは思うに実際の運動ベクトルの方向が力線の方向(空間の縮小では密から疎)と反対であるというイメージであることから発想されているような気もします。
どちらを実態と思うかということであり、結局哲学的な話になってしまいます。
あと、速度を出すのに 近似の N*V^2/2 ではなくちゃんと γNC^2-NC^2 で出すと結果は以下のようになります。


結局最後は空間縮小変化率を引力の加速度に合わせこむということで相当怪しい感じで全体的にもそこはかとなくイタイ感が漂ってます。

まず、距離Rでの運動エネルギーを出すのに En : integrate(-fn(X)*Qn*N, X,R,∞)   としていますが
Nの速度による運動質量の増加を入れなくてもよいのか? これはR点より逆に引き離すことを考えるとこの引き離しの速度でエネルギーが場合により変わってくるということであり指標になるエネルギーがでないし、不思議なことにエネルギーは速度と時間が無くても計算できてしまいます。(もし考慮するとしても速度が無限小、変わりに時間が無限大 なので質量増加は考慮しなくてもよいのでは・・・とも思えます)、また一般相対性理論では引力で光が曲がるということで運動質量の無いものにも適用できるもの・・・なのでひょっとしたらポテンシャルエネルギーというのはそういう性質のものではないのかもしれません。
等等いろいろ突っ込みどころ満載で結局トリビアにもならなかったのですが、それでもなんとなく捨てがたしという感じではあります。


2012年3月18日日曜日

4元数と回転

ベクトルの回転公式はコンピュータグラフィックスをする方はご存知の方も多いと思いますが、
ロドリグの公式では A(軸),B(回転させるベクトル)は単位ベクトル)
C=Bcosθ+A<A , B>(1-cosθ) - (B×A)sinθ  または
C= A<A,B>+(B- A<A , B>)cosθ - (B×A)sinθ
にあるようにクロス積で直交を出して軸回りにcos(θ)sin(θ)の組み合わせで回転させています。

ロドリグの公式から
1 Bcosθ - (B×A)sinθを抜き出すとどうなるでしょうか?

これは下図に示すように楕円回転のベクトル式になり、演算規則はクロス積ですから対応は  ( i , j , k ) = ( jk - kj , ki ik , ij – ji ) 
ij = –ji = k  ,   jk = –kj = i  ki = –ik = j 

代数的に総積でき、結合則があると拡張すると
k = ij = (jkkj)( ki ik) = jkki – jkik – kjki + kjik = jkki – jjk – kii – kkk
なので kk = jj = ii = 1 となります。これは内積(符号は逆)になります。

したがって式1 代数的に出すと
式2: B * A = B * [cosθ Asinθ]  =    Bcosθ – (< B , A >  + (B×A )sinθ)
=  < B , A > + [Bcosθ (B×A)sinθ] 内積分(スカラ)が増えて計算されます。

2は反時計回り回転ですが、その先にベクトルDB2θ回転したもの)がありこれが逆回転してベクトルCになるとします。
式3 C =  A * D =  [cosθ Asinθ] D = Dcosθ  – (< A , D > + (A×D)sinθ)
 = < A , D > + [Dcosθ (A×D)sinθ]

式2と3をみてみると 軸との内積は同心円上にあるので同じです。ベクトルは逆回転になっています。したがって
C =  A * D = B * A  となるので Aの逆演算 {A}とすると {A} = 1 / A なるものがあればDが求まるわけです。 これは式2と同じ要領で計算すると
4  {A} = 1 / A = 1 / (cosθ – A sinθ) = cosθ + A sinθ となります。

なのでD
式5: D = {A} * B * A     となります、回転角は2θ。

しかし、ほんと4元数って機械みたいですね。

2012年3月6日火曜日

三つ子のパラドックス

宇宙船の中の時間は 航路図 と 光路図  http://akimpotos.blogspot.com/?v=0p
にある外から観た玉の飛行時間α と宇宙船中の玉の飛行時間の比で
遅れます。(1/γとなる)
ところがこれは対象的な関係なのでいわゆる双子のパラドックスとなります。
http://ja.wikipedia.org/wiki/双子のパラドックス

で、双子でダメなら三つ子にしてしまえということで、
三つ子の1人を地球に、あとの二人をそれぞれ宇宙船で旅行させます。
宇宙船が帰ってきた時に二人の兄弟にそれなりの年齢差が出るように
それなりの速度差で飛ばしまた同時に帰ってこれるように…など条件を整える
ものとします。

そうすると、もし地球の時間が遅れるのならば帰ってきた時宇宙船は
速度差があるのだから地球の時間の遅れにも差がでます、
つまり帰ってきた兄弟は同時に年齢差のある地球の兄弟を見ることになり
これではオカルトになってしまいます。


なので、時間が遅れるのは宇宙船の方ということになります。



宇宙船の時間(T)の遅れは地球の時間をtとすると
T=t/γ ですがこの分母分子にm*c^2を乗じると
T=t*静止エネルギー/運動エネルギー とエネルギー比の形にできます。
なので時間が遅れるのは実際にエネルギーを与えられた方(つまりwikiにあるように
加速度を持った方)という解釈でもよさそうです。


-----------------------------------------------------------------------------------------------
続きがあります。
There is a continuance.
<http://akimpotos.blogspot.jp/2012/12/2-triplets-paradox-2-deterministic.html>

2012年2月28日火曜日

航路図 と 光路図

「速度合成 と MAXIMAへの式の貼付け」では、玉の航路図を用いましたがこの際なので光路図との関係をまとめておきます。
シナリオは速度Uで飛行する宇宙船の中を速度V=C/3で飛行する玉と光の様子を観るものです。
光は船の中で反射して往復しています。
光が逆行する場合は図中の左にある場合の座標変換関係を流用して表しています。
したがって、本来は玉の飛行中に黄色の矢印で示す宇宙船の図を置くことは適切ではありません。
本来の意味内容を考えると宇宙船の図を置くということは、その場所で座標変換の様子を観たい・・・・・ということであり、単に位置関係を知りたいならそれは斜交座標中のピンクの矢印で示す宇宙船の距離軸(上の方の)への射影でわかります。
また座標関係が反転しており、黄色とピンクで示す関係が繋ぎ目のところで突然入れ替わるという物理的にオカルトチックなものになっています。 地図でいえばメルカトル図法のように角度を保存するために面積が犠牲になっているという感じでしょうか。(この図では事象の一致と座標変換の保存)


2012年2月25日土曜日

速度合成 と MAXIMAへの式の貼付け

「(物理)運動量保存はエネルギー保存則? その12  」で特殊相対性理論での速度合成を逆行列で求めましたが、式に冗長というか不要なものがくっついていたので、結果には影響は出ないのですが、まああまりにひどいので整理して再掲しました。
くっついていた不要なものとは逆変換で求める際に付加していたγで、下図でベクトルA,B を C,Dから求めるのに使っていたものですがまったく必要ないものでした。
Tsuを変換行列とすると
[C*t, t*V]=[A , B]=Tsu*[α , β]  したがって         INVERT(Tsu)*[A,B]=[α,β] で 合成速度は  C*β/α となる。 [C*t, t*V]は更に時間 t  が共通なので γ と同じくこれも省略できますがあまり省略しすぎると物理的意味がわからなくなります。

更に玉にも座標系を与えると [C*t, 0]=[A , B]=Tsv*Tsu*[α , β]  したがって  
INVERT(Tsu)* INVERT(Tsv)*[A,B]=[α,β] で 合成速度は  C*β/α となる。(図はありません)
この C*t も片側が 0 なので実際は0以外の何でもよいです。



ところでいままでMAXIMAの式を添付していたのだけど、MAXIMAへのペーストのテストをウインドウズのメモ帳で確認して問題ないと思っていたのだけど、不思議なことに少しでもメモ帳を編集すると例えば

/* [wxMaxima: input   start ] */
beu:u/c;
/* [wxMaxima: input   end   ] */

のようなブロック単位ではではペーストできなくなってしまうことがわかった。 「/* [wxMaxima: input   start ] */」の部分を除いて 式「beu:u/c;」だけコピーは可能だがこれだと大変だ。どうも文字コードか何かの関係のような気もする。これは掲載した式でも同じ。

仕方ないので下記のように式だけにすると全てひとつのセルに入ってしまう。
動作はちゃんとします、がコメントも入れられなくなってしまうので  簡単なものならいいけど長いものだと使いにくくてどうしようも無い。
要所要所分割して入れると少しは見やすいかもと試してみたのだけどこれだと動作がどうもおかしい。
一行毎に徹底的に分けるか1セルに全て入れるしかないようです。
もうね、ガッカリです、お手上げ。

速度合成の式(MAXIMA)  
     ・全てひとつのセルに入れるようにしてください。(全行一括でコピーしてペースト)
---------------------------------------------
kill(all);
beu:u/c;
gmu:1/sqrt(1-beu^2);
tsu:gmu*matrix([1,-beu],[-beu,1]);
bev:v/c;
gmv:1/sqrt(1-bev^2);
tsv:gmv*matrix([1,-bev],[-bev,1]);
outvct:matrix([c*t],[0]);
invert(tsv).invert(tsu).outvct;
%[2]/(%[1]/c);
ratsimp(%);
outvct2:matrix([c*t],[t*u]);
invert(tsv).outvct2;
%[2]/(%[1]/c);
ratsimp(%);
---------------------------------------------

2012年2月10日金曜日

(物理)運動量保存はエネルギー保存則? その17

弾性衝突に関係するエネルギーを区別し以下に列挙していきますと、
静止質量のエネルギー(mC^2)、運動質量のエネルギーがある。
運動質量のエネルギーはγmc^2のこと(特殊相対性理論では質量はγmとなることからも導出できるので。)
 運動質量のエネルギーは観察する立場により異なる相対性(並進対称性?)のエネルギーで偽?エネルギー。
弾性衝突ではこれらのエネルギーは衝突前後(というよりその時点つまり瞬間で)で保存する。エネルギー以外でも運動量、運動質量、静止質量も保存する。特殊相対性理論での近似域でも同じ。
保存量はこの三つしかない、なぜなら特殊相対性理論のエネルギーを微積分していくとエネルギー γmc^2->運動量_γmv->質量γm->運動量->エネルギーと巡回するだけだから。相対速度のBで微分してあとB->0として良い訳はこれが速度であることから例えば0の時点でも加速度は持っているからその変化は有る。
特殊相対性理論ではエネルギー、質量はc^2が有る無しだけなので等価らしい。
近似域ではエネルギーは2次式(スカラ)なのでプロットすると円、運動量は1次式(ベクトル)でプロットすると線、この交点で衝突した場合と、しなかった場合の衝突後の速度が決まる。
従って衝突前後で保存するのは当然。 もし保存しなかったらこの世界はないのだから問うこと自身意味がない。

ということで特殊相対性理論でのうエネルギーと運動量のプロットするとどうなるかみていきます。

特殊相対性理論ではエネルギーと運動量の方程式で弾性衝突後の速度は解けないので数値的に求める。
数式処理ソフトのMAXIMAで方程式の0点を飛び出させるように絶対値の逆数をとり、それを3Dグラフでプロットすれば様子がわかるだろうということです。


その様子が上の図でエネルギーの線が円で、運動量が斜め線。
結構微妙ですが、MAXIMAはそれなりに描いてくれているようです。
これをみると弾性衝突でのエネルギーと運動量の役目がよくわかります。

交わるところが解のところで、右下は衝突しなかった場合、左側が衝突した場合です。 従ってこの左を目安に数値解を求めて行きます。
MAXIMAのグラフはグリグリ動かすことができるので真上からみるとよりはっきりします。
詳しくは下に式を載せてあるのでみてください。
それで、あれやこれやを試しながら、解のあるところをある程度解の範囲に絞り込んで、それを簡易ソルバーでさらに締め上げていきます。
この簡易ソルバーは2方向から締め上げる方式で、精度は10^-4 程度が限界のようです。
四方八方から締め上げていけば精度をあげることができると思います。

下の式は順次実行しないといけないので、ctl + R で再実行するようにしてください。
maximaがおもちゃのようにヒョヒョコ再計算して行くのはみていて面白いですよ。

注意:3Dグラフをプロットするところは頭にxを付けて xplot3D( …としてMAXIMAが反応しないようにしてあるので表示したい場合はxをとってください。
----------------------------------------------------------------------------------
/* [wxMaxima: input   start ] */
kill(all);
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: comment start ]
% set initial value
   [wxMaxima: comment end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
C:30;
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
B:20;
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
vi1:10;
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
vi2:-20;
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
m1:1;
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
m2:2;
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: comment start ]
% cov
   [wxMaxima: comment end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
vo1:(B+vi1)/(1+B*vi1/C^2);
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
vo2:(B+vi2)/(1+B*vi2/C^2);
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
uo1:(B+ui1)/(1+B*ui1/C^2);
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
uo2:(B+ui2)/(1+B*ui2/C^2);
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: comment start ]
% gamma
   [wxMaxima: comment end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
Gvi1:1/sqrt(1-vi1^2/C^2);
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
Gvi2:1/sqrt(1-vi2^2/C^2);
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
Gui1:1/sqrt(1-ui1^2/C^2);
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
Gui2:1/sqrt(1-ui2^2/C^2);
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
Gvo1:1/sqrt(1-vo1^2/C^2);
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
Gvo2:1/sqrt(1-vo2^2/C^2);
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
Guo1:1/sqrt(1-uo1^2/C^2);
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
Guo2:1/sqrt(1-uo2^2/C^2);
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: comment start ]
% energy,momentum
   [wxMaxima: comment end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
Ei:Gvi1*m1*C^2+Gvi2*m2*C^2-Gui1*m1*C^2-Gui2*m2*C^2;
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
Qi:Gvi1*m1*vi1*C+Gvi2*m2*vi2*C-Gui1*m1*ui1*C-Gui2*m2*ui2*C;
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
Eo:Gvo1*m1*C^2+Gvo2*m2*C^2-Guo1*m1*C^2-Guo2*m2*C^2;
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
Qo:Gvo1*m1*vo1*C+Gvo2*m2*vo2*C-Guo1*m1*uo1*C-Guo2*m2*uo2*C;
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
define(plotEi(ui1,ui2), abs(Ei));
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
define(plotQi(ui1,ui2),abs(Qi));
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
define(plotEo(ui1,ui2), abs(Eo));
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
define(plotQo(ui1,ui2), abs(Qo));
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
define(plotEQi(ui1,ui2), (abs(Ei)*abs(Qi)));
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
define(plotEQo(ui1,ui2), (abs(Eo)*abs(Qo)));
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
define(plotEio(ui1,ui2), (abs(Ei)*abs(Eo)));
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
define(plotQio(ui1,ui2), (abs(Qi)*abs(Qo)));
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
define(plotEQ(ui1,ui2),  (abs(Ei)*abs(Eo)*abs(Qi)*abs(Qo)));
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: comment start ]
% plot
   [wxMaxima: comment end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
xplot3d([1/plotEQi(ui1,ui2), 0,
[ui1,-29,29], [ui2,-29,29]],[plot_format,gnuplot],[grid,50,50])$
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
xplot3d([1/plotEo(ui1,ui2), 0,
[ui1,-29,29], [ui2,-29,29]],[plot_format,gnuplot],[grid,52,52])$
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
xplot3d([1/plotEQ(ui1,ui2), 0,
[ui1,-29,29], [ui2,-29,29]],[plot_format,gnuplot],[grid,52,52])$
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
xplot3d([1/plotEQ(ui1,ui2), 500,
[ui1,-24.8,-24.4], [ui2,-0.5,0.5]],[plot_format,gnuplot],[grid,52,52])$
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: comment start ]
% slover
   [wxMaxima: comment end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
mysolver(slicenum,clp,cheklevel,xa,xb,ya,yb):=block(
[jj:0,kk:0,nextcheklevel,nextxa,nextya,nextxb,nextyb,dx,dy,value1,value2],
dx:(xb-xa)/slicenum, dy:(yb-ya)/slicenum,
for k:0 thru slicenum-1 do (kk:k,
    for j:0 thru slicenum-1 do (jj:j,
        nextxa:xa+jj*dx,nextya:ya+kk*dy,
        value1:float(1/plotEQ(nextxa,nextya)),
        if value1 >= cheklevel then
        (print("done left  ",jj," ",kk," ",value1," "),
        j:slicenum-1,k:slicenum-1)
  )),
for k:0 thru slicenum-1 do (kk:k,
    for j:0 thru slicenum-1 do (jj:j,
        nextxb:xb-jj*dx,nextyb:yb-kk*dy,
        value2:float(1/plotEQ(nextxb,nextyb)),
        if value2 >= cheklevel then
        (print("done right ",jj," ",kk," ",value2," "),
        j:slicenum-1,k:slicenum-1)
        )),
if value1 <= value2 then (value1:value2), nextcheklevel:value1*clp,
return([clp,value1,nextcheklevel,float(nextxa),float(nextxb),float(nextya),float(nextyb)])
)$
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
result:mysolver(100,40,1000,-24.6,-24.55,-0.2,0);
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
result:mysolver(100,%[1],%[3],%[4],%[5],%[6],%[7]);
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
result:mysolver(100,%[1],%[3],%[4],%[5],%[6],%[7]);
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
result:mysolver(100,%[1],%[3],%[4],%[5],%[6],%[7]);
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
result:mysolver(100,%[1],%[3],%[4],%[5],%[6],%[7]);
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
result:mysolver(100,%[1],%[3],%[4],%[5],%[6],%[7]);
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
result:mysolver(100,%[1],%[3],%[4],%[5],%[6],%[7]);
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
result:mysolver(100,%[1],%[3],%[4],%[5],%[6],%[7]);
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
result:mysolver(100,%[1],%[3],%[4],%[5],%[6],%[7]);
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: comment start ]
check Left
   [wxMaxima: comment end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
float(plotEi(result[4],result[6]));
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
float(plotQi(result[4],result[6]));
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
float(plotEo(result[4],result[6]));
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
float(plotQo(result[4],result[6]));
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: comment start ]
check right
   [wxMaxima: comment end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
float(plotEi(result[5],result[7]));
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
float(plotQi(result[5],result[7]));
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
float(plotEo(result[5],result[7]));
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
float(plotQo(result[5],result[7]));
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: comment start ]
   [wxMaxima: comment end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
float(Gvi1*m1+Gvi2*m2);
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
float(Gui1*m1+Gui2*m2);
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
define(mi(ui1,ui2), float(Gui1*m1+Gui2*m2));
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
mi(result[4],result[6]);
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: comment start ]
   [wxMaxima: comment end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
float(Gvo1*m1+Gvo2*m2);
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
float(Guo1*m1+Guo2*m2);
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
define(mo(ui1,ui2), float(Guo1*m1+Guo2*m2));
/* [wxMaxima: input   end   ] */
/* [wxMaxima: input   start ] */
mo(result[4],result[6]);
/* [wxMaxima: input   end   ] */
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