文系でもよくわかる世界の仕組みを物理学で知る｜松原隆彦

何かと話題にのぼる物理学を基礎とした技術たち。それらがわかれば世の中はもっと面白くなるのでは？ガチガチの文系の僕がどこまで理解できるか試しに読んでみる。

カミオカンデの発見は本命ではなく副産物

カミオカンデと言えば、電子の仲間である「ニュートリノ」が観測され、２００２年に小柴昌俊さんがノーベル物理学賞を受賞したことで有名だ。ちなみに、カミオカンデをさらに発展させた「スーパーカミオカンデ」では、ニュートリノの振動が発見され、ニュートリノには質量があることがわかり、その成果から、２０１５年には梶田隆章さんがノーベル物理学賞を受賞している。そのため、「カミオカンデ＝ニュートリノの観測装置」と思われがちだが、もとはと言えば、電磁気力と弱い力と強い力の３つを統一した理論を確かめるために造られたものだ。カミオカンデには巨大なタンクに大量の水が蓄えられている。その大量の水に含まれた大量の陽子のなかから、もし理論が正しく、崩壊するものがあれば、光が出る。その光をキャッチするために、タンクのまわりには光のセンサーがぎっしりと張り巡らされているのだが、今のところ、陽子崩壊の現象は見つかっていない。その代わり、偶然にも見つかったのが、地球近くの星の爆発によって宇宙からやってきたニュートリノだ。ニュートリノとは素粒子（素粒子については５章で説明しよう）の一つで、現在ニュートリノには３種類あることがわかっている。さて、ニュートリノが水（水素と酸素）の原子核や電子とぶつかると光が出る。この光のパターンは、陽子が崩壊するときとは異なるため、カミオカンデで観測された光がニュートリノによるものだとわかり、カミオカンデは一躍有名になったのだ。

何かの研究を行っている時、副産物的な発見はあることは意外と多いだろう。日常生活でもある特定の結果を求める行動がまったく別物のベネフィットを得ることが時たまある。物理学の世界でも副産物的発見があるのはちょっと身近に感じる。ニュートリノの発見が世の中にインパクトを与えたのは事実だが、どのように凄いのかが頭の悪い僕には理解不能だ。リチウムイオン電池のようにわかりやすいものの方が僕らは身近に感じる。

偏光レンズで水中がクリアになるのはなぜ？

海や川で水中を上から覗き込んでも、水の中はなかなか見えない。それは、水面でキラキラ反射する光が邪魔をして、水中からの光があまり届かないからだ。そんなとき、偏光サングラスというものを使うと、水面で反射する光をカットしてくれるため、水中がクリアに見えるようになる。釣りが趣味の人なら、すでに愛用しているかもしれない。ランニングやゴルフ、ウィンタースポーツといった地面や雪面からの照り返しが気になるアウトドアスポーツでも重宝されているようだ。偏光サングラスはなぜ照り返しをカットしてくれるのか、そもそもあまり聞き慣れない「偏光」とはどういうことなのか、説明しよう。光を見ても、私たちの目には光っているのか光っていないのかしかわからないが、光には実は、左右に揺れる横方向に振動する波と、上下に揺れる縦方向に振動する波の２種類の波に分解できるという性質がある。太陽の光や照明からくる光は、多くの光の集まりなので、あらゆる方向に振動している。こうした光のことを物理学では「自然光」という。これに対して、特定の方向にのみ振動する光、偏った光が「偏光」だ。偏光サングラスでは、レンズに偏光板という、縦方向の振動の光だけを通す特殊なフィルターが使われている。金属以外の物に反射した光は、反射面と水平方向に振動する偏光になるという性質がある。つまり、水面で反射した光のほとんどは横方向の偏光に変わる。だから、縦方向の光だけを通す偏光板が入ったサングラスをかけて見ると、反射した光は遮られ、水中からの光が届きやすくなるのだ。それが、水中がクリアに見えるようになる、ということだ。

偏光レンズにすると高いんだよな。ただでさえ目が悪くてレンズ代がかかるのにオプションで偏光レンズを選ぶとまた値があがってしまうので今まで偏光レンズに手を出したことがありません。お金に余裕があったら偏光サングラスとか買いたいんだけど。水中がクリアに見えるなんて効果があるとは知りませんでした。マリンスポーツが趣味な人には朗報ですね。

アインシュタインはなぜ「天才」なのか

時間や空間は誰にとっても共通の絶対的なものではなく、相対的なものである、時空間のゆがみによって重力が生じる──といった相対性理論は、私たちの常識とは異なるため容易には受け入れがたい。その常識を打ち破ったところに、アインシュタインのすごさがある。彼が一般相対性理論を発表した当時、この理論を理解する科学者は世界に数人しかいなかったという伝説もあるほどだ。その真偽のほどはさておき、どうしても常識にとらわれ、ついていけなかった人は多くいたはずだ。なおかつ、一般相対性理論は、アインシュタインの〝頭の中〟から生まれた。このことも彼が天才といわれる所以だ。というのは、物理学は通常、実験結果から既存の理論とのズレを見いだし、そのズレを手掛かりに、新しい理論を探していくことで発展していく。これまでの理論では説明することのできない何らかの実験結果が先にあり、「なぜ、理論とズレるのか」「なぜ、こうした現象が起こるのか」を世界中の科学者が懸命に考えるなかで、新しい理論が生まれる。そういう意味では、特殊相対性理論が、光の速度が常に一定になるという観測結果をきっかけに生まれたのは、物理学の通常の発展のプロセスだった。

昔、アインシュタインのIQは200でそれを基準にIQが設定されていると聞いたことがあるがこれ本当かな？よく頭の良い人が登場すると指標としてIQが算出されるが、IQ200なんていう人はきたことがない。やはりアインシュタインは天才なのだろう。

日常で物理学を感じることはほとんどないが、その当たり前な万物の動きを知るためには物理学は必須。当たり前すぎで疑問にすら思わない事象に着目しそれを解明していくのは並大抵の発想力では不可能だろう。物理学が苦手でアレルギー反応が出てしまいそうな人に読んでほしい。少なくとも物理学がどのように世の中に影響しているかがわかるので。

※この書籍はKindle Unlimited読み放題書籍です。月額980円で和書12万冊以上、洋書120万冊以上のKindle電子書籍が読み放題になるサービスが初回30日間無料となっております。PCの方はサイドバーのリンクより、スマホの方は下の方へスクロールしていただければリンクが貼ってありますので興味のある方はどうぞ。なお一部の書籍はキャンペーンなどで無料になっていて現在は有料となっている場合もありますのでその場合はあしからず。