“文系”の科学講座の最近のブログ記事

地球温暖化の主な原因は二酸化炭素・メタンなどの温室効果ガスの人為的
な排出が近年では地球環境規模で無視できないほどに増大したことによる
とされている。

しかし、温室効果ガスの排出すべてがこのような現象の要因になっているわ
けではない。主たる原因は人間による化石燃料の大量使用であるという説が
有力である。化石燃料は人類の歴史と比してはるかにながいスパンをかけて
生成される有機化合物である。したがってその使用による温室効果ガスの排
出量に植物の光合成などによる吸収量が追いつかないために問題になるの
である。
よく焼畑農業が地球温暖化のやり玉にあげられることがあるが、それは跡地
が放置されるなどして再び光合成による二酸化炭素吸収の機能を果たさなく
なった場合にのみ問題となることである。
また、割り箸を使わずにマイ箸を推奨しているところもあるが、間伐材を利用
した割り箸を利用する分には問題にならない。ただ、森林が植林もせずに乱
伐されつくられた割り箸が出回っているのが現状なので、その乱伐のもとを絶
たない限り問題は解決しない。

というより、一般的に地球温暖化のメカニズムをこうとらえているひとは意外と
多いのではないだろうか？

木材を燃やす→その燃焼熱で大気の温度が上がる→地球温暖化

これは大きなまちがいである。排出した温室効果ガスと同量が吸収される環
境が機能していれば問題ないのである。

ヘリウムガスを吸い込むと声が高くなるが、これはヘリウム中での音
速が通常の大気中より速いからである（ヘリウム分子（Ｈｅ）が小さく
て動きやすい分、音を伝える速度が速い）。これはわりと簡単な原理。

それではちょっと角度を変えて、なぜヘリウムガスは吸い込んでも安
全なのか？ 厳密にはヘリウム１００％のガスを吸うのは窒息の恐れ
があるため危険である。吸い込んで遊ぶためのヘリウムガスのボン
ベには酸素が混ぜてある（『モヤモヤさまぁ～ず２』で飛行船用のヘリ
ウムガスを吸って遊んでいたが、あれは危険である。まぁおそらく子供
用のおもちゃだから酸素を含むタイプのものだった可能性は高いが、
とにかく用途以外の使用は危険である）。

ヘリウムはいわゆる『希ガス』に含まれる物質で、常温では気体で単
原子で存在する。
一般的に原子は核子（陽子と中性子）を中心に構成される原子核とそ
の周りを回っている電子で構成されている。原子核（陽子）と電子の電
荷はそれぞれ打ち消しあい、全体として原子の電荷は中性である。
電子の回る軌道を電子殻という。この電子殻は内側から２個（Ｋ殻）、
８個（Ｌ殻）、１８個（Ｍ殻）、...、の電子を収納可能である。
電子は、基本的に量子数の小さい電子殻から順に入ることになってい
る。いちばん外側の電子殻の電子を最外殻電子といい、これが電子殻
に含むことができる電子の最大数である場合『閉殻』という。
この状態は化学的に非常に安定で、この状態として存在する原子が『
希ガス』である。
ヘリウムは原子番号２で２つの電子がＫ殻を埋めている状態で閉殻し
ている。ゆえにヘリウムは化学的に安定しており、人体への安全性が
高いのである。

以前、『特殊相対性理論』についてやや強引な解説をしたことがある。
そのときは「相対的に光速に近い物体に流れる時間は遅くなる」とい
う結論で終わっていたと思うが、この理論の最終的な帰結はこの式だ
ろう。
この式の表していることとは「質量とエネルギーは等価である」という
ことである。この結論に至るまでの理論についてはとてもわたしに説
明できることではない。なのでこの式の持つ意味だけ説明してみよう
と思う。

たとえば原子力発電で持ちられるウランの核分裂反応を例にとると、
核分裂を起こしやすいウラン２３５（２３５は質量数）に中性子を１つ吸
収させるとウラン原子は２つ以上の原子核と高速中性子に分裂する。
例えば、

^２３５Ｕ ＋ ｎ → ^９５Ｙ ＋ ^１３９Ｉ ＋ ２ｎ

このように右辺と左辺の核子数は等しい。しかし、実際の原子核の質
量は一般に陽子と中性子の質量の総和よりも小さい。この質量差を質
量欠損と呼ぶ。
では、この失われた質量はどこへ行ってしまったのか？
そう、エネルギーに代わったのである。
アインシュタインは独自の理論構成のもとにこの数式を導き出し、やが
てそれは実験によって正しいことが証明されるのである。
しかしこの理論が実証されたために原子爆弾という恐ろしい兵器が開
発されてしまったわけである。

科学の進歩とはときに"負の遺産"を生み出すものである。

３人の日本人研究者がノーベル物理学賞を受賞した。
故・湯川秀樹氏の理論を継承する素粒子物理学の部門では、日本は世
界でも最先端だと言われてきた。思えば高エネルギー加速器など夢の
ような時代に、カネがかからず脳の中で思考をめぐらせるだけで理論構
築ができた素粒子物理学は湯川氏の時代の日本の貧しい研究環境の
なかで必然的に発展してきたのかもしれない。
今回評価された南部氏、小林・益川氏の研究のキーワードは『対称性の
破れ』であるが、正直南部氏の理論はわたしにはちんぷんかんぷんであ
った。小林・益川氏の理論をわたしなりに解釈すると、粒子と反粒子（質
量が粒子と同じで電荷が反対）は一対になると互いに打ち消しあい、後
には光だけが残る。しかし実際には粒子は存在し、その膨大な数の集合
体が宇宙である。わかりやすい例が陽子と反陽子である。実際の宇宙に
は陽子のほうが多数存在しており、反陽子は自然界にでは圧倒的に少数
しか存在し得ない。これは粒子と反粒子の性質にあるわずかな違いを示
す『ＣＰ対称性の破れ』に素因するという考えに基づき、素粒子クォークが
３世代６種類以上あることが必要だとする結論を両氏は導き出した。

いずれの理論も３者が数十年も前に構築した"仮説"であり、それらの理
論が実際の実験装置によってやっと正しいことが明らかになったのである。
つまり仮説の発表からそれが正しいと証明されるまで（実験装置が追いつ
くまで）何年も待たなければならないのである。

小林、益川両氏が師事した名古屋大学の坂田昌一博士は弟子たちの理
論が証明される前に若くして亡くなった。彼もこの受賞を天国で喜んでい
るだろう。

どうも、チャットモンチーの『シャングリラ』が頭から離れないガールズポップ
好きのｎｉｓｓｙです。

わたしの家の近くに信号機があります。
それは『ＬＥＤ式信号機』というやつで、発光ダイオードが使われています。
発光ダイオードは光を出すダイオード。ダイオードとは片方からの電流しか
流さない半導体素子である。
従来の信号機に比べて消費電力が格段に少なくてすみ、日本でも徐々に
置き換えが進んでいるが、若干コストがかさむため、現状ではそれほどの
シェアをあげるには至っていない。
看板などもかつてはネオンサインなどがよく使われていたが、いまではすっ
かりＬＥＤに置き換わってしまった。

この田舎に信号機だけが最先端なので、ちょっぴり浮いているように見える。

今日ふとしたことで二次方程式の解の公式の記憶があやふやなことに
気がついた。
分子が－ｂ±√ｂ^２－４ａｃなのは思い出せた。
だが分母が思い出せない。そんな複雑なものではなかったはずだが…。
結局ネットに頼るのがいちばん手っ取り早い。分母は２ａだった。
当時はよく理由もわからずただ暗記していただけだったが、この結果を
導き出すのに『平方完成』と呼ばれる手法を使うのだということもネットに
出ていた。確かそれで二次関数の変曲点の座標の位置がわかるという
ものだったはずだ。だんだん思い出してきた。

今日はセンター試験二日目だということで、こんな話題にしてみました。
なんだか無性に数学を復習したくなった。

まずはこの新聞記事から。

毎日新聞　２００７年１２月４日　東京朝刊

そもそも笑いがこの病気に有効かもしれないという予測はどこから来
ているのでしょう？ まずそこが謎です。
そんでまたなんで『ザ・ぼんち』なのでしょう？ 治験者の好みによっ
ては逆効果もあるってことですか？
最後に本当にこんな結論を出せるものなんでしょうか？ 『ザ・ぼんち』
じゃなくて『小島よしお』だったらどうだろうかとか、検証が足りない
ような気がしますが。記事には載ってない細かいデータがあるんです
かね。
もっとも小島よしおで４０分は健常者でも体に悪そうですが。

ヒトの皮膚細胞からさまざまな細胞へ分化する能力を持つ
万能細胞（ｉＰＳ細胞）を作り出すことに日米ふたつの研究
チームが成功したという画期的なニュースが入った。
それまで同様の能力を持つ細胞としては胚性幹細胞（ＥＳ
細胞）が有力視されていたが、ヒトでの作成の成功例はま
だなかった。この研究成果によって再生医療の研究は一
気にｉＰＳ細胞に移ることになりそうだ。
正直言ってわたしはＥＳ細胞の研究のことしか知らなかっ
た。ノーベル賞ものの研究成果との声もあるが当然だろう。
この研究が進めばさまざまな病気の治療の道が開けると
思われる。
もちろんその際には安全面や倫理面の問題を解決しなけ
ればならない。研究よりもある意味こちらのほうが解決が
難しいかもしれない。しかしひとたび治療の可能性が見出
せると、回復の可能性を持つ患者は治療を求めることに躍
起になることは必至である。

ことは“生”にまつわる問題だけに、研究よりも早い安全面
倫理面の問題解決が望まれる。一筋縄にはいかないだろ
うが。

マシン語あるいは機械語という言葉を聞いたことがあるだろうか？
これはプログラムのいちばん原始的な言語のことである。
コンピューターの世界では究極的に１か０しかないという話は聞い
たことがあるだろう。それでは不便なので、その１と０の１セットを
『１ビット』といい、それを８つ集めたものを『１バイト』といった。１バ
イトでは１０進法で０から２５５までの数字を表すことができる。これ
を効率よくあらわしたのが『１６進数』といわれるものだ。使用する
文字は０から９、ＡからＦの１６文字（たとえば『Ａ０』とか『６Ｄ』とか）。
マシン語はこれらの羅列でプログラムが組まれている。
ふつうにパソコンを使う分にはまったく気に留めることではない。
実際いま市販されているプログラムだってマシン語で書かれている
ものなんてせいぜいゲームくらいだろう。

むかしの貧弱なＣＰＵでパソコンを動かすために、先人はたゆまぬ
努力をしてきたのである。

筑波大と東京大の研究チームによって、原子核を構成する
陽子や中性子を束ねる『核力』が、物質を構成する最小の
素粒子『クォーク』の働きで生じるという理論がスーパーコン
ピューターの計算によって裏付けることができたという。
故・湯川秀樹氏の発表した『中間子理論』を発展させた内容
で、中間子理論が最新の素粒子理論からも裏付けられたこ
とにもなる。

毎日新聞　２００７年６月２１日　東京朝刊

それが今回実証できたわけである。いやぁ、湯川先生偉大な
り。
研究者としても一流で、核兵器廃絶の社会運動家としても積
極的だった湯川博士。博士の研究はいまでも優秀な研究者
によって受け継がれていますよ。

自然界に存在するウランのほとんどの質量数は２３８
である。これらは通常核分裂反応は起こさない。
しかし、高速増殖炉はプルトニウム２３９と微量の
ウラン２３５（いずれも核分裂を起こしやすい）を
燃料とすることで、ウラン２３８をプルトニウム２３９
に転換しようというものなのである。
つまり発電をしながら元燃料の量を上回る燃料を生成
しようという“夢の原子力発電”なのである。

しかし、冷却材に金属ナトリウムを使用することなど
技術的な障壁がかなり大きいため、現在高速増殖炉
開発は中断されたままである。
こんな“ネズミ講”みたいなシステムが本当に実用性
があるのか、考えてみるほど懐疑的になる。

１９４０年、アメリカ・ワシントン州で橋の落下事故が
起きました。
橋は開通してわずか４ヶ月、しかも崩壊の原因はたった
風速１９ｍ／ｓの風でした。計算上では風速６０ｍ／ｓ
まで耐えられるはずだったのですが…。

物体は変形を加えると元に戻ろうとして逆方向に変形し、
戻った物体に再び力が加わるとまた変形するということ
が繰り返され（自励振動）、変形がどんどん大きくなる
固有の振動数をもっています。
風速１９ｍ／ｓの風は橋の周りに渦を起こし、固有振動
数に等しい周期的な力を橋に与えていたのです。

この事故をきっかけにさまざまな物体が自励振動を起こす
可能性を考慮されるようになりました。
科学に犠牲はつきものなんでしょうかね。
（ちなみにこの事故の犠牲者は犬一匹のみだそうです。）

電気自動車の動力源はモーターである。
当然、モーターは電気で動く。
ではその電気はどうやって発電されているのだろう？
水力や風力、バイオ、ソーラー発電ならともかく、
原子力、火力発電などで電池の充電をまかなったら
結局環境負荷を発電源に押し付けてるだけじゃないか
と思う。
単純に『環境によい自動車』というイメージがつくのは
いかがなものか？
電気自動車が増えれば発電需要量は増える。現在の
火力発電主体の発電事情に対し、どう対処したらいい
のか？

電気自動車で走るまわりの空気は汚れないが、どこかの
発電所のまわりの空気は（ＣＯ_２排出も含めて）汚れるの
である。

階段の下で照明をつけて階段の上で消します。
次に上がってきたひとも階段の下で照明をつけて
階段の上で消します。
スイッチの状態は同じなのについてたり消えて
たりする。不思議だと思わなかったですか？

これはＸＯＲ（ｅＸｃｌｕｓｉｖｅ－ＯＲ）の電気回路を
使っているからです。

つまり

となるのです。
と理屈では解るのですが、実際の回路を見たことが
ありません。
ここが文系の限界。無念。

さっそく来年度の教科書から冥王星はなくなるらしい。
現場の先生はどんな風に教えるのだろう？ はじめから
冥王星など存在しなかったかのように教えるのだろうか？
それともことの経緯とともに冥王星が惑星から除外された
ことを教えるのだろうか？

そこで『冥王星』の存在を教育の場から消し去られても
孫の代まで伝えおくためにおさらいをしておきましょう。
（そんな必要ない？ まあまあそうおっしゃらずに）
・冥王星の軌道は基本的に海王星の軌道の外にある
　（内側を回るときもある）。また軌道は他の惑星と
　比べて大きく傾いている。
・冥王星の直径は地球の５分の１程度である。
・カロンという衛星が存在し、大きさは冥王星の直径の
　半分くらいである。
・表面は窒素、メタン、一酸化炭素が固体化したもので
　構成されている。

さらに詳しく知りたい方はこちらへ

ドクター中松が“発明”したといわれる別名「灯油ポンプ」の
ことです。石油ストーブなどの燃料タンクより高いところに
ポリタンクを置き、この装置をセットし数回ポンプを押すと
あら不思議。ひとりでにポリタンクから燃料タンクへ灯油が
入っていくじゃありませんか。
このメカニズムは「サイフォンの原理」を応用したものです。
管のなかに液体が充満している場合、管の最高地点まで
は手前に、その先からは反対方向に重力が働きます。
いっぽうで両方の液面には大気圧がはたらいて、管に
はたらく重力に逆らおうとします。低い位置のほう（すなわち
燃料タンクのほう）の管のなかは高い位置のほう（ポリタンク）
より大きい重力を受けています。管の最高地点ではそれぞれ
引っ張り合いをしているわけですが、それによって真空が
発生するには水ならば約１０ｍの高さが必要になります。
それ以下だと重力は大気圧に負けて灯油は“チュルチュル”
と燃料タンクのほうに流れ続けるのです。

説明してる本人もこれで説明しきれてるか疑問ですが、なかには
このことを知らずに灯油が入りきるまでシュポシュポとポンプを
押しているひとがいるかもしれませんので、まめ知識として覚えて
おいてください。

流体中（液体や気体）では流れの速い部分の圧力が低くなる、
これを「ベルヌーイの定理」といいます。
タテに曲がるカーブはボールの上部分が進行方向に向かって、
下部分がその反対に回転しています。
回転によってボールの周りには気流が生まれます。それは
ボールの回転方向とおなじ方向に流れています。
一方、ボール全体はキャッチャーのミットめがけて進んでい
ますから、いわば「向かい風」を受ける形になります。
そこでボールの上部分はこの「向かい風」とボールの回転に
よる気流が衝突し、気流はもとの「向かい風」より弱められます。
逆にボールの下部分ではボールの回転による気流が「向かい風」
にプラスされ、もとの「向かい風」より気流は強まります。
つまり「ベルヌーイの定理」によりボール全体に下向きの力が
加わるのです。よってタテに曲がるカーブは曲がる（落ちる？）
のです。
ではストレートはどうでしょうか？　じつはさきほどのカーブ
とはまったく逆の回転がかかっているのです。
ただまっすぐ進んでいるように見えますが、じつは上向きの力
（揚力）を受けているのです。俗に「切れのいいストレート」
といいますが、あれは回転数が高く揚力が大きいので、重力に
逆らってボールがなかなか落ちない球のことをいいます。
フォークボールやナックルボールなどの無回転系のボールは
じつは重力と「向かい風」による抵抗を受けて落ちているように
見えるのです。だから曲がり方としてはカーブのほうが大きい
のです。

だからよいカーブ、よいストレートを投げたいひとは、より多く
の回転をボールにかけてください。当たり前か。

どういうわけかこれについて書きたくなってしまいました。
これからいう説明はあくまでも簡易的なもので厳密にいうと
正しくないところもあると思います。その都度指摘していた
だければありがたいです。

時速２００キロで走っている新幹線のなかで進行方向に
向かって時速１００キロの球を投げたとき、地上で見ていた
ひとは何キロの球に見えるでしょう？
答えは３００キロの速さで新幹線の進行方向に進んで見えます。
単純に速さが足し算されるわけです。
ではこれが球ではなく光だったらどうでしょう？
新幹線の速さを限りなく光の速さに近いと仮定します。
結論からいうと、光の速さは新幹線のなかから見ても、地上
から見ても、まったく同じなのです。
このことからどういうことがいえるでしょう？
本当に単純にいってしまうと地上の時間の流れと地上から
見る新幹線のなかの時間の流れは異なっているのです。
新幹線のなかの時間の流れは地上よりゆっくり流れるのです。
逆に新幹線のなかから見ると地上の時間の流れは新幹線の
なかよりゆっくり流れて見えます。

ものすごく強引に結論を押し付けてしまいましたが、わたし
にはこれが限界です。ただ「相対性理論」という言葉は知って
ても、なにも知らないよりは“おりこうさん”気分になれる
んじゃないかな？