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随分昔のアニメーションですが、「勇者王ガオガイガー」というアニメが今でも大好きです。(^^) いわゆる「熱血ロボットアニメ」(笑)で、私など、つい夢中になって必殺技の名前とか、画面と一緒になって叫んじゃったりします(爆)。(^^ゞ しかも、このアニメ、何気なく科学のエッセンスがそこかしこにぎっしりで。(^^) 今までのアニメなら「反重力」とか適当な言葉でお茶を濁すところを、「ヒッグス粒子の…」と、きちんとそれらしき言葉で何気に解説していたりします。(^^) SFヲタクな私は、もうそれだけでワクワクしちゃったりするんですが。(^^ゞ さて。 しばらく前に、お友達のこーじさんから「物質の質量が欠損する」というお話を伺いました。 私自身の復習もかねて、ここで少し、質量とエネルギーの関係について考えてみようと思います。(^^) ・質量保存の法則 さて、ここで学校で習った科学のおさらいをしておきましょう。(^^) C + O2 -> CO2 これは単純に「炭素と酸素が反応して二酸化炭素が出来る」ということを表した化学反応式です。 この中で「->」という記号の右側と左側で、元素の数がお互いに違っているということはありません。 言葉を変えれば。 どんな化学反応が起こった場合でも、その反応前と反応後でその姿かたちが変わっても、全体としての物質の総量は変わらないということです。 これを「質量保存の法則」と言います。 ・エネルギーを取り出す 何らかの物質と酸素が結合するということは、酸化、すなわちそこに熱というエネルギーが発生することを表します。 では、そのエネルギーはどこから来たのでしょう。 先の化学反応の場合、炭素分子と酸素分子が結び付いた際、そのエネルギーが発生したと考えられます。 つまり、分子同士が結合すると、そこからエネルギーが発生するわけです。 実は、分子同士を引き離してもエネルギーが発生することが分かっています。 つまり、何らかの物質を結合させたり、あるいは引き離したりすることで、そこからエネルギーを得ることができるわけです。 ・実は質量は減っている? ところで。 アインシュタインの特殊相対性理論から導き出された有名な公式があります。 E=mc^2 これは物質の質量とエネルギーが等しいということを表しています。 言葉を置き換えれば。 1gの物質を100%エネルギーに変換すれば、莫大な量のエネルギーがそこから得られることを意味します。 逆に言えば、膨大なエネルギーを集中させれば、そこに物質を生成することも可能ということです。 それを踏まえて、先の化学反応式を見てください。 「->」の右側と左側で物質の総量は変わらないと言いましたが、この反応の前後で熱が発生していることを実は見落としているのです。 つまり、先ほどの解説をもっと正確に言い表すなら。 「化学反応の前後で、エネルギーを含めた物質の総量は変わらない」 と言わなければならないわけです。 ということは…。 この化学反応の前後で、反応した物質の総量は(それこそ、気絶するほどささやかではありますが)その一部がエネルギーに変わっているために減っていることになります。 ・より大きなエネルギーを取り出す 話は急に変わりますが。(^^ゞ 目の前で、男の子と女の子が、仲良く指切りをしているとしましょう。(^^) 「あの男の子、密かに私も狙っていたのに…むかつくー」 そう思って、絡め合っている小指を、力ずくで離しちゃったとします(笑)。(^^; おそらくは、その男女がプロレスラーでもない限り、絡めあっていた小指同士は簡単に離れますね。(^^) 指が離れたときも、そのふたりはお互いが離れた際に、さほど反動は感じられないと思います(ここが肝心)。(^^) ですが。 「絶対に離れたくない!」と言わんばかりに、その男女がお互いを超合金のワイヤー(爆)でぐるぐる巻きにしていたらどうでしょう。(^^; いくらむかつくからと言って、そのふたりを引き離そうとしても、今度はそう簡単にふたりを引き離すことは出来ません。(^^) ですが、とんでもなく強い力でワイヤーを引きちぎったときには、その反動は凄まじく、結び付いていたふたりは遠くまで吹っ飛ばされて大怪我をするかも知れません。 この例から分かることは。 弱い力で結び付いていた物同士を引き離したとき、そこから得られるエネルギーは小さい。 強い力で結び付いていた物同士を引き離すと、そこからは大きなエネルギーを得られる。 ということです。 先のアインシュタインの公式から、「質量=エネルギー」であることが知れています。 つまり、より大きなエネルギーを得るということは、より多くの質量がエネルギーに変わっているということに他なりません。 ・分子同士の結合と原子同士の結合 長い前置きはこのくらいにしておいて。(^^ゞ 最初に紹介した化学反応式は、「物を燃やす」ということに他なりませんから、私たちの日常でよく目にする反応と言えます。 言い換えれば、私たちにも簡単に引き起こすことが出来る反応です。 これは分子同士の結合が、自然界の中でも「電磁相互作用」と言う、比較的弱い力でなされているためです。 大した力も必要とせずに得られる反応ですから、そこから得られるエネルギーは大したことはありません。 では、分子よりもさらに根源的なもの、すなわち原子を相手にしたらどうでしょう。 原子は私たちの世界を構成するもっとも根本をなすもののひとつです。 原子は、分子同士を結び付けていた「電磁相互作用」よりもはるかに強い「強い力」あるいは「弱い力」という力によって結び付けられていて、そう簡単にくっ付けたり結び付けたりすることは出来ません。 考えてみてください。(^^) もし、原子を簡単にくっ付けたり割ったりすることが出来たなら…。 金の原子をちょっとだけ削れば白金(プラチナ)に出来ます。大儲け出来ますね(笑)。 (^^) あるいは鉄の原子をいくつかくっ付けることが出来れば、金やプラチナを簡単に作ることが出来ます。まさに錬金術です。金やプラチナの相場は下落するどころか、市場は完全に崩壊します(笑)。 つまり、原子同士は簡単に操作できないからこそ、今の私たちの生活は成り立っていると言っていいでしょう。(^^) では、普通には出来ない原子同士の結合や分解を強引に行ったとしたら…。 そこから得られるエネルギーは莫大なものとなります。その原理を用いたのが原子爆弾、すなわち原爆です。 アインシュタインの「E=mc^2」の公式が原子爆弾を生む基礎になったというのは、このような経緯からです。 ・どのくらいの質量がエネルギーに変わるのか では、分子レベルの反応と、原子レベルでの反応とで、それぞれどのくらいの質量がエネルギーに変わるのでしょうか。 最近の研究では 科学反応(石油燃料)のエネルギー変換率 : 0.00000001% と言われています。つまり、石油を100t燃焼して、ようやくそのうちの1gが熱や光のエネルギーに変わったという計算です。 対して、核エネルギーの場合は 核分裂反応(ウラン235) のエネルギー変換率: 0.09% と言われています。 多くの質量がエネルギーに変わっているということは、すなわち、そこから得られるエネルギーがそれだけ大きいということになります。 これだけ見ても、一般の爆発物に比べて、核爆弾が如何に強力かが分かります(核融合なら、さらに効率よくエネルギーを取り出せるが、ここでは割愛)。 -------------------------------------------- いかがだったでしょうか。 解説がかなり長くなってしまったため、もしかしたら難解な印象を与えてしまったかも知れません。もしそうなら、それはひとえに私の文章表現力の欠如から来るものです。ごめんなさい。m(__)m 実はここまでが、最初に登場したガオガイガーの解説のための布石だったりします(笑)。 質量がエネルギーに変わる、あるいはその逆がありうるということを知っていると、「ゴルディオンハンマー」と呼ばれるグラビティツールによって、敵が吹き出す強大な風力エネルギーを光量子(光子)に変えてしまったり、敵本体を光量子に分解してしまうことが可能であることが分かってきます。(^^) また、この辺から超弦理論(スーパーストリング理論)も登場してきます(笑)。(^^) これを踏まえると、ディバイディング・ドライバーによる空間拡張や空間圧縮、あるいはウルトラマンの巨大化まで説明が付けられます。(^^) ああ…どんどんブログがヲタク化していく…誰もついてこられないんぢゃないか?…(--;
by m_kyao
| 2009-03-09 09:08
| 科学
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Comments(9)
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rikuzen
at 2009-03-09 23:49
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おお、一番。
超弦理論は私がニュートン別冊で買った頃はでかでかと超ひも理論て書いてたなあ。 確か折り畳むんですよねえ。 でも読んだ筈だけど頭に内容が残っていないです。 空間拡張 > 壺中天 空間圧縮 > 縮地法 巨大化 > 大魔神 と取り敢えず頭の中でレトロな物に置き換えておきます。 ついでに 空間跳躍 > 兎歩 とか適当に置き換えておきますので、その内説明されるんではないかなと期待して楽しみにしておきます。
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アキオ
at 2009-03-09 23:51
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akio
at 2009-03-09 23:52
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m_kyao at 2009-03-10 12:21
rikuzenさんへ
こんにちは! レスをどうもありがとうです。(^^) >超ひも理論 いろいろな言い方があるんですよね(笑)。雑誌によっても違うし、今と昔では呼び方も違ってたり。(^^) >折りたたみ そうです。別の言い方をすると「どうしてこの世界は3次元(時間も入れると4次元)なのか」ということです。アノマリーが出ないように調整していくと、本来は10次元(あるいは23次元)なのに、4つの時空を残して、プランク長以下にまで折りたたまれているのではないか、というのが主旨です。 >レトロなもの わはは。そうきたかー(笑)。(^^) 空間跳躍辺りは「瞬歩」でもいいかもですね。(^^)
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m_kyao at 2009-03-10 12:23
アキオさんへ
こんにちは! レスをどうもありがとうです。(^^) >何をコメントして… わはは。そうですよねー。いろいろ気を使っていただき、恐縮です。迷っているうちに一番乗りも逃しちゃったみたいだし(笑)。(^^ゞ
Kyao殿 ご丁寧にありがとうございました。
読んでいると、沢山の「?」が頭をよぎりますね。なので いつかこの辺のご講義を MOTOさん、隊長殿、オイラ達を交えて スカイプでリアルタイムで聞けると良いと思います! いつか実現しましょう!
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m-kurata
at 2009-03-10 22:38
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いや~面白いです!(よく分かんないけど(笑) わかった気になってしまうような・・・。 原子爆弾が効率的なのは、よくわかりました。 変換効率の%をもっとあげられる方法がわかれば、温暖化をストップでスキルのでしょうね~。
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m_kyao at 2009-03-11 07:29
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m_kyao at 2009-03-11 07:34
m-kurataさんへ
こんにちは! レスをどうもありがとうです。(^^) >面白い ヲヲ、そう言っていただければ嬉しいです。(^^ゞ きちんと理解していただけなかったのは、やはり私の表現力の不足からくるものと思います。ごめんなさい。m(__)m でも、興味を持っていただければ、そこからまた話は続きますから私としてはそれだけで十分です。ありがとうございます。(^^) >変換効率 核融合を利用すると、エネルギーの変換効率をもう一桁大きく出来ます。すでに実験室での運用は始まっていますから、実用化まであと一息なんですよね。 ただ、エネルギー効率という意味では太陽電池の方がずっと良かったりしますので(笑)、地球の衛星軌道上に発電衛星を置いてしまう方がいいかも知れませんね。これならあと45億年ほどはエネルギーには困らないと思いますし。(^^)
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