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透明マントを求めて [物理]


透明マントを求めて 天狗の隠れ蓑からメタマテリアルまで (DISCOVER SCIENCE)

透明マントを求めて 天狗の隠れ蓑からメタマテリアルまで (DISCOVER SCIENCE)




 「もしも透明になることができたら?」というのは、古来からの人間の夢であった。

 ギリシア神話に出てくるハデスの兜、中世ドイツの「ニーベルンゲンの歌」、日本の昔話に出てくる天狗の隠れ蓑、H・G・ウエルズの小説「透明人間」など、主人公が透明になるという物語はたくさん描かれてきた。

 物語の中だけではない。どうにかして実際に透明マントを作ることができないか? 人間を見えなくすることはできないか? と、これまで様々な探求がなされてきた。

 まず最初にマジシャンたちが舞台上で人間消失マジックを演じるために、あの手この手を考え出した。それから、冷戦の米ソ対立がきっかけとなって、戦闘機を消してしまう「ステルス」の技術が生み出された。現在でもなお、軍事などを目的に、科学者たちは人間の姿を隠す透明化の技術に取り組んでいる。

 本書は、そんな透明マントを求める人々のあくなき情熱を描くとともに、その背後にある科学的なしくみを解説した本である。

 ものを見るということは、可視光線が物体にぶつかって、その反射した光が目の神経細胞に当たって電気が発生するということ。では、物体から光が反射しないようにすることはできないか? 物体の後ろにある背景から反射した光が物体を迂回して目に飛び込んでくるようにはできないか? 

 そんなふうにどうにかして人間の目を錯覚させられないかと、マジシャンや科学者たちが悪戦苦闘するところが面白い。

 そして、こうした奮闘ぶりを見ていくうちに、いつの間にかものを見るということはどういうことなのか、光というのはどういう性質があるのかということまで見えてきてしまう。

 科学者たちの生きざまなどを描きつつ、その間に科学的な解説も織り交ぜるというのは、外国のポピュラーサイエンスなどを読んでいると定番の手法だけれども、本書もこれに倣って書かれている。個々の人物たちの生きざまも面白いし、科学解説も非常に分かりやすくてためになる。ポピュラーサイエンスの手本のような本になっていて、とても面白い本だった。
タグ:雨宮智宏
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エントロピーと秩序 [物理]





 エントロピーという言葉をときどき聞くけれど、これはいったい何なのだろう? エントロピーの意味について解説した一冊。

 エントロピーというのは無秩序の度合いを示す量のことだそうだ。

 人は石炭や石油といった燃料を燃やして機械を動かすが、いくら石炭や石油を燃やしてもエネルギーの総量は変わらない。エネルギー保存則というものがある。宇宙のエネルギー量は不変である。

 じゃあエネルギーは使い放題かというと、もちろんそうではない。石炭・石油を燃やすたびにエネルギーは熱として解き放たれ、エネルギーの価値が低下してしまう。蓄積された一様だったエネルギーが、無秩序に散逸する。石炭・石油を燃やすごとにエネルギーは分散し、エントロピーが増加する。

 エントロピーが出てくるのは、石油を燃やすという話に限らない。たとえば、鉄がさびるといった化学的な反応についてもエントロピーが関係している。鉄がさびるのは、鉄と酸素が結合するからだが、この結合の際にもエネルギーが放出されてエントロピーが増加する。

 本書を読むと、エントロピーというのは、石油の燃焼から、鉄のさび、人間の呼吸、炭水化物の消化、頭の中の意識にいたるまで、ありとあらゆることに関連しているんだなあということが見えてきて面白い。エネルギーの放出とエントロピーの増加というのは、様々なところで見られる過程らしいのだ。

 だが、一番面白かったのは、エネルギーが散逸して、エントロピーが増加する過程で、物が作り出されるという話だ。

 人は石油を燃やしてエネルギーを放出して、熱を仕事に変換することで、機械を動かして建物を建てることができる。たんぱく質のような生命構造も、世界の一部をカオス状態に落ち込ませることで生まれる。

 大きな秩序でも小さな秩序でも、世界がカオスの状態に変化する過程で、秩序は生み出される。他のどこかでカオスが発生しているから、秩序が生まれる。

 人間はせっせと機械を動かして、秩序立った文明を維持しようとしているけれど、秩序が存在するということはどこかでカオスが発生してエントロピーが増加しているということ。そういうふうに世界はできている。この世のことわりを教えてくれるようなスケールの大きな一冊だった。
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文系のためのエネルギー入門 [物理]


バークレー白熱教室講義録 文系のためのエネルギー入門

バークレー白熱教室講義録 文系のためのエネルギー入門




 カリフォルニア大学バークレー校の物理学教授による、大学講義の内容を書籍化したもの。エネルギー問題をテーマに、科学的な知見を分かりやすく伝授してくれる。

 エネルギーの単位の話から始まって、クリーンエネルギー、地球温暖化のウソホント、原子力発電、シェールガスなど、エネルギーに関する最新の情報が盛り込まれている。NHKの取材に応じての講義なので、日本の話題が多く出てくるのも見どころだ。

 9・11で飛行機がタワーに衝突したときに、ビルが崩壊したのはどのようなメカニズムによるのか? 再生可能エネルギーの中で有望なものはどれか? 地球が温暖化している証拠はあるのか? シェールガスの採掘に問題はないのか? バイオ燃料とは何か? などなど、興味深いトピックがふんだんに出てくる。

 本書を読んでいて最もよかったのは、エネルギーについて解説する際に、根拠となる数値を示していたこと。

 たとえば、アメリカの総発電量はざっと500ギガワットで、日本は40ギガワットくらい。1ギガワット発電するには、原子力発電所か火力発電所が1基必要。風力発電で1ギガワットの電力を作るのには、風車が100基必要。太陽光を100%有効に使えた場合には、1平方キロメートル当たり1ギガワットを得られるが、実際には天候に左右されてしまうなどなど……。

 エネルギー問題を論じるときに、ついつい漠然とした言葉を使ってしまって、「原子力の発電量は大きい」とか「代替エネルギーには可能性がある」とか、あいまいな表現に終始してしまうことも多いけれども、そういうあいまいな言葉を積み重ねても、説得的ではないし、話がかみあわないで消化不良で終わってしまう。

 もし、数値で根拠を示すことができれば、話の土台ができて、議論を深めることができる。言っていることが正しいのかどうかも、数字自体に誤りがないかを見ていくことで、客観的に検証することができるのではないか。とくに、エネルギー問題などは、数値化に適した分野であるので、数字で語ることの重要性というのは確かにあるなあと考えさせられた。

 もうひとつ面白かったのは、ネガワットという考え方。代替エネルギーとしてどんなものが有望かと考えたときに、教授はもっとも有望なのはネガワットなんじゃないかという。このネガワットというのは、省エネによって削減されたエネルギーのこと。

 エネルギー問題を考えるときに、どんな方法でエネルギーを作り出そうか? 原発を使うか? 火力を使うか? 太陽光か? などと考えるのが普通だろうけれども、省エネ技術が普及すれば、そもそも必要なエネルギー量を減らすことができる。たとえば、アメリカの古い冷蔵庫をすべて最新式の冷蔵庫に替えただけで、40ギガワットの電力を節約することができるという。

 どうやってエネルギーを作るかではなく、どうやったらエネルギーを使わないでもよくなるかを考えることで、世界全体のエネルギー問題を解決していこうじゃないか。これがネガワットの考え方。まさに逆転の発想という感じで面白かった。

 エネルギー問題について、新しい視点を与えてくれる講義で、非常に刺激的。エネルギーの分野はどんどん進歩していて、新しい技術が生まれていることが分かって、思わずわくわくしてしまう。とくに、省エネ技術などは日本の得意分野なので、これから産業活性化が期待できるのではないだろうか? 本書を読んで、未来には今とは全く違う風景が広がっていることが見えてきて、これからどんな世界になっていくのかが楽しみになった。

これが物理学だ! [物理]


これが物理学だ! マサチューセッツ工科大学「感動」講義

これが物理学だ! マサチューセッツ工科大学「感動」講義




 マサチューセッツ工科大学で、名物講義になっているといわれているのが、ウォルター・ルーウィン教授の物理学の授業。ユーチューブで無料公開されているその講義は、全米のみならず、世界中の学生たちがこぞって閲覧し、教授の下にはチュニジア、インド、イランなどの遠方の国々からもメッセージが届くほどの人気ぶり。その講義の模様は、日本でもNHKの「MIT白熱教室」という番組で放映された。

 本書は、そんな教授の講義の内容を書籍化したもので、学生たちを虜にする講義のエッセンスが詰まっている。難解なイメージのある物理学も、教授の手にかかると、知的好奇心をくすぐられる刺激的な舞台へと早変わり。読者の脳をわしづかみにする興味深い内容になっている。

 講義のテーマは、重力、気圧、音、虹、電磁気、エネルギーに至るまで、多岐にわたっている。どの項目についても、興味深いエピソードが満載されいて、読んでいて思わずのめりこまされてしまう。

 どうにかして学生に興味を持ってもらおうと、できるだけ身近な例から物理学を説明しようとしているところが特徴的で、たとえば、「どうして、体重計の上に乗ってかかとを上げると、針が奇妙な動きをするのか?」など、誰でもすぐに家で実験できるような、イメージのしやすい話題を持ち出している。自分の生活圏内の話が多いので、本当にどうしてなんだろうと、今まで気づかなかったけれども身近な疑問などがたくさん出てきて、その現象のメカニズムがどうなっているのか、読んでいて続きが気になって仕方がなくなってしまった。

 謎を与えられると、どうしても答えが知りたくなるのが人間のもつ本能、好奇心というもの。虹はなぜ七色に見えるのか? オーロラはどうして出てくるのか? 飛行機はどうして飛ぶのか? 雷はどうして生まれるのか? 「なぜ?」という疑問を突き詰めて、そのメカニズムを解明していく面白さ。謎解きをするような、わくわくする感じが味わえる講義だ。

 教授は教室では、いっぷう変わった実験も行っているという。それは、マジックを観るような楽しいパフォーマンス。教室内に虹を作り出したり、女性を空中浮遊させたり、空の青色を浮かび上がらせたり、ライフルでペンキの缶を打ち抜いたり……。物理学を使って魔法のようなイメージを作り上げてしまう。本書にもその内容が紹介されていて、これは実際に教室で見たら楽しいだろうなと思ってしまった。

 目には見えないけれども、物体と物体との間には様々な力が働いている。その不思議なメカニズムを、解き明かしていく教授の講義。ユーモアたっぷりに最後まで飽きさせない興味の尽きない本だった。映像の方はまだ見ていないので、実際どんな講義が繰り広げられているのか、今から見るのが楽しみだ。

E=mc² [物理]





 アルバート・アインシュタインが発見した方程式、E=mc²。その発見の裏側を描いた科学ノンフィクション。

 エネルギー(E)は質量(m)に光速(c)の二乗を掛けたものと等しい。アインシュタインはどのようにしてこの式を発見するに至ったのか? そもそも「E(エネルギー)」、「=(イコール)」、「m(質量)」、「c(光速)」、「²(二乗)」といった概念は、それぞれどのような意味を持つのか? 本書は、この世界一有名な方程式について解説するとともに、その発見にいたるまでの科学者たちのドラマを紹介している。

 方程式の意味を分かりやすく解説したポピュラーサイエンス本で、自然現象を科学的に解き明かしていく面白さが伝わってくる。科学の発見の裏側に、様々な科学者たちの人間味にあふれたエピソードがあることも分かって興味深い。

 アインシュタインがこの式を発見したり相対性理論を考えた話はもちろんのこと。フランス革命期に質量の研究で偉業を成し遂げたものの、改革派の攻撃対象となり、断頭台で命を落とすことになったラヴォアジェ。光の速度を発見したにもかかわらず、当時の科学界の権威たちから無視されて、不遇の時代を送ったレーマーなど、豊富な人間ドラマが描き出されている。

 一番の読みどころは、E=mc²が世界にどのような影響をもたらしたのかという後半部分。アインシュタインがこの発見をした当時、世界では第二次世界大戦の暗雲がたれこめていた。質量がエネルギーと等価ということは、ある条件のもとでは、物体は自らの質量をエネルギーに変換して放出するということでもある。もしこの方程式を応用すれば非常に強力な爆弾が作れるのではないか? ドイツとアメリカは競って原子爆弾の開発に取り組みはじめる。

 やがて、ドイツに先んじてアメリカで原子爆弾が完成し、その後、広島上空で原爆が投下されてしまう。E=mc²という科学上の発見が戦争の道具に使われてしまった顛末が詳細に書かれていた。

 ひとつの方程式が様々なドラマを生み出していることが分かる一冊。同じ方程式が宇宙の解明に役立ちもするし、人殺しの道具にもなったりする。科学の発展がもたらす影響について、いろいろと考えさせられる本だった。

重力とは何か [物理]





 重力の持つ不思議さをたどるとともに、重力研究によって宇宙の成り立ちがどのように解明されていったのか、宇宙科学の変遷について解説した本。

 ニュートンの万有引力の話から、アインシュタインの特殊相対論と一般相対論、ビッグバン理論、量子力学、超弦理論、ブラックホールと重力のホログラフィー原理、そして多重宇宙の世界にいたるまで、宇宙の謎をめぐる科学探求の物語が重力研究の黎明期から最先端の理論まで描きだされている。

 一般向けに書かれた本で、テーマ自体は重力という難解なものであるにもかかわらず、比喩表現などが多用されていて非常に読みやすい内容だ。好奇心をくすぐられるような話がたくさん出てきて、思わず最後まで引っ張られてしまう。途中からは内容も最先端の分野になってきて、さすがに難しくて完全には理解しきれなかったけれども、そのさわりだけでも知ることができたのは非常に有益だったといえる。

 宇宙は誕生後40万年まで超高温のプラズマ状態だったそうだ。電気を帯びた電子が自由に飛び回っていて、光はこれに反応してしまい、まっすぐに飛ぶことができない。いわばプラズマの雲がかかっている状態となり、宇宙誕生後の状態を望遠鏡で光をキャッチして観察することはできないという。

 だが、重力はこのようなプラズマの雲にも遮られないため、もし宇宙誕生直後の重力波を重力波望遠鏡でキャッチすることができれば、宇宙誕生の謎を解くことができるかもしれない。重力の研究が進めば、宇宙がどのように成り立っているのかが見えてくるかもしれないそうだ。

 科学の最前線でどのような研究が行われているのか、その研究が宇宙の解明にどのような影響をもたらすのか、先端的な内容について手ごろに学ぶことのできる本で、非常に興味深い一冊である。最近話題になったヒッグス粒子も出てくる。知らなかったことが分かったり、もやもやしていたことがクリアになったりと、頭の整理になる本。類書を読んでさらに宇宙について知りたくなる、わくわくさせられる本だった。
タグ:大栗博司