Name: 2D世界の周期表 (The Periodic Table in a 2D World)
Uploaded: 2025-06-17T18:09:48.000Z
Duration: 4 min 22 s
Description: VoiceTubeの動画で発音を聞きながら英語表現を覚えよう！学べる英語：

In a two-dimensional version of our universe, electrons would still orbit atoms and there would still be a periodic table for the elements, but it would be different from our table and would look like this.

私たちの宇宙の二次元バージョンでは、電子は依然として原子の周りを回っており、元素の周期表が存在するだろう。

This is oversimplifying, but the chemical properties of an atom are determined by how its outermost electrons are behaving, since they are the most weakly attracted to the nucleus and therefore most available to interact with other atoms.

これは単純化しすぎだが、原子の化学的性質は、その一番外側にある電子がどのように振る舞うかによって決まる。なぜなら、電子は原子核に最も弱く引き寄せられ、したがって他の原子と最も相互作用しやすいからだ。

So, roughly speaking, the periodic table is a diagram of which orbital happens to be the outermost one for each atom.

つまり、大雑把に言えば、周期表とは、それぞれの原子について、どの軌道がたまたま一番外側にあるかを示した図なのだ。

In 3D, the possible orbitals of an electron have energies that look something like this, left to right means orbiting with more angular momentum, and bottom to top means orbiting with more energy and generally more distance.

3Dでは、電子の可能な軌道は次のようなエネルギーを持っている。左から右はより角運動量の大きい軌道を、下から上はよりエネルギーと一般的に距離の大きい軌道を意味する。

When you throw a bunch of electrons around a nucleus, they fill up the possible orbitals and don't share them more than two per orbital because electrons don't like each other.

原子核の周りにたくさんの電子を投げつけると、電子は可能な軌道を埋め尽くすが、電子はお互いを嫌うので、1つの軌道につき2つ以上共有することはない。

Kind of like water filling up a funny shaped tank.

変な形のタンクに水を入れるようなものだ。

So, which orbital the outermost electron is in depends on both the shape of the tank and how full you fill it, that is how many electrons there are.

つまり、一番外側の電子がどの軌道にあるかは、タンクの形と満タンにした量、つまり電子の数によって決まる。

Technically speaking, each electron you add changes the shape of the tank, so what we're showing here is actually something more like the level of each orbital if it were the outermost one, not the actual levels.

技術的に言えば、電子を加えるごとにタンクの形が変わるので、ここで示しているのは、実際のレベルではなく、それぞれの軌道が一番外側にある場合のレベルのようなものだ。

Also, we don't have a good explanation for why the tank has the shape it does, but that's a topic for another video.

また、なぜタンクがあのような形をしているのかについては、うまく説明できないが、それはまた別のビデオで。

When you gradually fill up the tank to see what the outermost orbital of each element is, you get our periodic table, well, after a slight rearrangement.

各元素の一番外側の軌道が何であるかを見るためにタンクを徐々に満タンにしていくと、私たちの周期表が、まあ、少し並べ替えた後に出来上がる。

For 2D atoms, there are two big differences.

2次元原子の場合、2つの大きな違いがある。

First, while in 3D the electromagnetic force that attracts electrons to the nucleus is a one over r squared law, since it depends on the surface area of a sphere, in 2D, a sphere is just a circle whose surface area is its circumference, so the electromagnetic force is a one over r law.

まず、電子を原子核に引き寄せる電磁力は、3次元では球の表面積に依存するため、rの2乗の1乗の法則となるが、2次元では球は表面積が円周となるただの円であるため、電磁力はrの1乗の法則となる。

This difference changes the vertical spacings, the energy levels.

この違いによって垂直方向の間隔が変わり、エネルギーレベルが変わる。

And second, because in 2D there are fewer dimensions in which to move, there are also fewer ways for electrons to orbit, which means fewer orbits for each energy level.

第二に、2次元では移動できる次元が少ないため、電子の軌道の取り方も少なくなり、各エネルギー準位の軌道数が少なくなる。

In particular, for a given amount of angular momentum, an electron can only be orbiting clockwise or counterclockwise, unlike 3D where there are a lot more possible orientations.

特に、与えられた角運動量に対して、電子は時計回りか反時計回りにしか周回できない。

So, for each value of angular momentum, there are only two possible orbitals at each energy level.

つまり、角運動量の各値に対して、各エネルギー準位で可能な軌道は2つしかない。

If we gradually fill up the 2D orbitals with electrons to see what the outermost orbit of each element is, the result is a table that looks like this, or after a slight rearrangement, something more like the typical table for our 3D universe.

各元素の一番外側の軌道が何であるかを調べるために、2次元の軌道を少しずつ電子で埋めていくと、このような表になる。

There are two ways we might name the 2D elements.

2D要素に名前をつけるには2つの方法がある。

We could use the same names as the 3D ones with the same number of protons and electrons.

陽子と電子の数が同じであれば、3次元のものと同じ名前を使うことができる。

So that carbon, sulfur, zinc, and cadmium would be the names of the 2D noble gases, and the 2D halogens, which in 3D are fluorine, chlorine, etc, would be instead boron, phosphorus, copper, silver, etc.

つまり、炭素、硫黄、亜鉛、カドミウムが2Dの希ガスの名前になり、3Dではフッ素、塩素などの2Dのハロゲンが、代わりにホウ素、リン、銅、銀などになる。

The other proposal is to name 2D elements based on the equivalent chemical properties.

もう1つの提案は、同等の化学的性質に基づいて2次元元素に名前を付けるというものだ。

So that the noble gases are still neon, argon, krypton, etc, the halogens are still fluorine and chlorine, and so on.

希ガスはネオン、アルゴン、クリプトンなど、ハロゲンはフッ素と塩素などだ。

This second naming proposal means we leave out a lot of names, but we also get to add some new ones because there are blocks in the 2D periodic table that we don't have in the 3D one.

この第二の命名案は、多くの名前を省くことを意味するが、2次元周期表には3次元周期表にはないブロックがあるため、新しい名前を追加することもできる。

So, what's the point of a 2D periodic table?

では、2次元周期表は何のためにあるのだろうか？

I mean, maybe it could help predict the behaviors of quasi particles on a 2D surface like a thin layer of graphene.

つまり、グラフェンの薄い層のような2次元表面上の準粒子の挙動を予測するのに役立つかもしれない。

Maybe it can help improve mathematical techniques.

数学的テクニックの向上に役立つかもしれない。

But mostly, I think it's an exercise in curiosity, it's simply cool that we can calculate and predict the whole 2D periodic table and have confidence that it's reasonably accurate since the same type of calculations correctly predict the 3D table, even if we could never actually experience a 2D universe.

たとえ2次元の宇宙を実際に体験することができなくても、同じような計算で3次元の周期表を正しく予測することができるのだから。

There are two other issues that might totally invalidate this table, but I'll get to those in a minute.

この表を完全に無効にしてしまうかもしれない問題が他に2つあるが、それについては後ほど。

This video was supported in part by Nova PBS's new documentary, Decoding the Universe, Quantum.

このビデオは、Nova PBSの新しいドキュメンタリー『Decoding the Universe, Quantum』によって一部サポートされている。

You can stream it right now on Nova's YouTube channel, which is linked in the description.

ノヴァのYouTubeチャンネルで今すぐストリーミングできる。

We need to know how things interact on a fundamental level, entanglement is the stubborn, disturbing, interesting and the most confusing.

エンタングルメントは、頑固で、邪魔で、興味深く、そして最も混乱させるものだ。

Part of what it means to describe how nature works.

自然がどのように機能するかを説明することの意味の一部である。

Go to the link in the description to watch Nova's Decoding the Universe, Quantum.

説明文にあるリンクから、ノヴァの『宇宙を解読するクオンタム』をご覧ください。

And thanks to Nova for their support of Minute Physics.

そして、ミニッツ・フィジックスをサポートしてくれたノヴァに感謝する。

Okay, so the two issues that could completely invalidate the rest of this video.

さて、このビデオの続きを完全に無効にしてしまう可能性のある2つの問題だ。

One, I have not looked at all into whether 2D nuclear physics allows stable nuclei, although it seems reasonable.

1つは、2次元原子核物理学が安定した原子核を可能にするかどうかについては、合理的だと思われるが、私はまったく調べていない。

If you don't have a nucleus, you can't have an atom.

核がなければ原子はできない。

And two, because of the nature of the electromagnetic force in two dimensions, it's not actually possible to ionize an atom, that is to remove an electron completely, so molecules and chemistry might be totally different and very weird and the periodic table might be irrelevant.

そして2つ目は、2次元の電磁力の性質上、原子をイオン化すること、つまり電子を完全に除去することは実際には不可能で、分子や化学はまったく異なる非常に奇妙なものになり、周期表は関係なくなるかもしれない。

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