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小さい世界

原子核に付いて書こうと思ったんですが、その前に、基礎の話。みんなにイメージだけでも知っておいて欲しい話です。科学については詳しい、と自覚しているような人には、つまらないかも知れません。

自分で絵を書こうとも思ったんですが、もっと良い絵があるので、使わせてもらいます。xkcdという理系オタク向けのコミックスから。描かれてるものを、全部暗記しようとかはしなくていいです。ネタも混じってますし。重要だと思う部分だけ、あとで説明するので、まずは眺めてみてください

"Depth"、深さ。

Depth

人間の大きさから、ずっと小さいものまで並んでるわけです。

正直、生き物でやって欲しかったんですが、これより上手く描く自信はないので我慢(笑)


上の方から順に。

1.人の大きさは、1~2mくらい。でもこの記事では、すごく小さい数の話をするので、桁以外は気にしない事にします。

というわけで1m


2. "Ovum"

人の卵子ですね。生き物はものすごい数の細胞から出来てますが、細胞の中でも大きい方です。

10-4m、0.1mmくらいの大きさです…という事は、肉眼で見えますよね?面白いなぁ。

人間の体の中には100兆個くらいの細胞があります。


3. "Bacteriophage"

これはウイルス。ウイルスには細胞がありませんが、遺伝子は備わっています。「頭」の部分に、DNAまたはRNAが入っているんですね。

10-8~10-7mの大きさ。10~100nmとも書けます。nm(ナノメートル)は、10億分の1m。

人間の遺伝情報が入った染色体も、大体同じ大きさです。


4. "Si, Si, Si…"

これは、コンピュータを拡大してるので、半導体のシリコン(ケイ素)の原子が並ぶ絵になってます。コンピュータ以外のものでもなんでも、拡大すれば原子で出来ていることが分かります。生き物を拡大した場合には、酸素、水素、炭素、窒素の原子が特に多く登場するはずです。

原子が集まり、1つの塊になっている物が分子で、単純なものでは、水(酸素原子1個と水素原子2個)や、二酸化炭素(酸素原子2個と炭素原子1個)などがありますね。DNAは、とても大きな分子で、数十億個の原子から出来ている場合もあります。

原子の大きさは、10-10mくらい。0.1nmです。

人間の体に含まれる原子の数は、28桁の数字になるくらい多いです。そんなに原子が小さいと思うのか、そんなに人間が大きいと思うのかは、視点の違いですね。


4. "Electron cloud"

1つ1つの原子が何で出来ているかというと、原子核の周りに電子(electron)があります。元素(原子の種類を決めるのは、(普段)その原子の中に電子が何個あるのか、です。

原子と原子がくっついて分子を作るのは、いくつかの原子の間で電子を交換したり、間に電子を置いたりした方が安定した状態になる事がある、という事です。化学という学問は主に、どういう場合にこれが起こるのか、という探求です。


5. "Silicon nucleus", "Proton"

一番下の方にあるのが、原子核(nucleus)。

原子核の大きさは、10-15mくらい。原子全体の10万分の1の大きさしかありません。原子核の大きさからすると、かなり遠くに電子があるという事です。

原子核は、陽子と中性子というもので出来ています。小さい小さい原子核ですが、原子の重さ(質量)のほとんどが、原子核に詰まっています。陽子と中性子は、どちらも電子の2000倍くらい重いからです。

陽子と電子は、静電力で引き合うようになっていて、ちょうど同じ数になると一番安定します。なので、原子の中にある陽子の数と、電子の数は一緒。原子の種類は、電子の数で決まると書きましたが、原子核の中にある陽子の数でも同じ答えになります。

中性子は、静電力には関わらないので、電子への影響も小さく、化学反応とはあまり関係がありません。ただ、重さは陽子とほぼ同じですし、原子核が安定するかどうかは、中性子の数に大きく左右されます

放射性物質と言って、ここ2ヶ月のニュースに出ている物質は、中性子の数が少な過ぎたり、多過ぎたりするために、原子核が不安定になっているものなんですね。(原子炉から出ているものは、中性子が多過ぎるものがほとんどです。)


もっと小さいものに付いて、絵に描かれていない事を少しだけ話すと、陽子や中性子も、クォークと呼ばれるさらに小さい粒子で出来ている事が分かっています。そして電子やクォークは、今のところ素粒子、つまりそれ以上分解できない粒子だと考えられています。どちらも、今は測れないほど小さいものです。大きさのない、点粒子だという可能性もあります。


大雑把な話だけでも、みんなに知っておいてほしいな、と思ったことです。大きい物の話もした方がいいかな?大きい物の絵もxkcdにあるんで。

テーマ : 自然科学
ジャンル : 学問・文化・芸術

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プロフィール

アシュリー

Author:アシュリー
カリフォルニア州バークリー在住、元スポーツジャンキーのアシュリーです。

今観るスポーツは、アーセナル(サッカー)とグリズリーズ(バスケ)、あとテニス。

専門の物理ネタ以外にも、色々書いていくつもりです。

Twitterをハンドル名Inoueianでやっています。

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