ポン助の雑談ブログ

興味を持ったことをまとめました。

科学

地球の71%は海で占められていることは皆さんもご存じだと思います。そして海水の総量ですが、体積にすると約14億立方㎞(プールにすると、縦横が2000㎞、深さ337㎞)。重さにすると140京トン(1400000000000000000トン)になります。

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そして海から海水(水)がだんだんと無くなっていきます。というのも、水は化学式でH2Oとして表され、水素原子2つと酸素原子1つで構成されています。水が蒸発して地球上空に上昇すると、太陽からの紫外線などでわずかな量ですが水素と酸素に分解されてしまいます。

水素は非常に軽いので(元素の周期表で一番最初なので一番軽い)ヘリウムと共に地球の重力では留めておくことができず宇宙空間に逃げていきます。1秒当たり水素3㎏、ヘリウム50gの量が宇宙空間に逃げていきます。1日にすると、水素259200㎏、ヘリウム4320㎏。1年にすると水素9.46万トン、ヘリウム1576.8トンが宇宙空間に逃げています。

余談ですが、水素は海水として膨大に蓄えられているため宇宙空間に逃げても大したことありませんが、ヘリウムは資源として限りがありますので希少価値の高い資源となります。(世界生産の6割を占めるアメリカが戦略物質として2021年にアメリカ国外へのヘリウム供給をストップします。)日本のヘリウム輸入量は年間2000トンぐらいですので、それに匹敵する量のヘリウムが毎年宇宙空間に逃げ出しています。

ここで話を戻しますが、海水の減少は宇宙空間に逃げる水素以外にも、近くに含まれる海水が地球内部に取り込まれるものもあります。広島大学大学院の研究グループによると、年間23億トンの海水が地球内部に取り込まれています。

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内訳は、25億トンの海水がプレートと一緒に地球内部に取り込まれ、2億トンの水が火山活動などによって地上に放出されており、差し引き23億トンの海水が無くなっています。今までは比較的浅い部分の地殻だけに水が含まれていると考えられていましたが、もっと深い地殻にまで水が含まれていることがわかり、プレートと一緒に地球内部に取り込まれる海水の量が増えました。そして海水の減少スピードから計算すると、6億年後に地球上から海水がなくなってしまう可能性があるという結果がでました。

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愛媛大学の研究グループによると、プレートから地球内部に取り込まれた水は、マントルの最深部2900㎞(地球の核との境界部分)まで達する可能性があるとの研究結果があります。この結果によると、地球内部には地表の何倍もの水が蓄えられている可能性があります。長い年月から水の循環を見ると非常に面白いですね。

広大な宇宙を一瞬にして破滅に追い込むエネルギーをご存じだろうか?それは原爆とか水爆などの核兵器は問題じゃないほど強力なエネルギーになります。それは星の爆発やブラックホールよりも強力なエネルギーになります。
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ドラえもんに登場した秘密兵器「地球破壊爆弾」よりも強力になります。
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これが地球破壊爆弾。ネズミもろとも吹き飛ばそうとしました。

その膨大なエネルギーはまだ仮説段階ですが、この宇宙が「偽の真空(ぎのしんくう)」だった場合に発生するかもしれない現象のことです。偽の真空とは、字の通り偽りの真空状態のことです。ここでいう真空状態とは、エネルギーが最も低い状態のことを表しています。宇宙空間など、空気がない状態の真空とは別物になりますので間違えないでください。

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ジェットコースターが上から下に落ちるように、エネルギーも高い状態から低い状態になろうとする性質があります。また不安定から安定になろうとします。

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宇宙も誕生から現在まで、エネルギー状態を徐々に落としてきたと考えられている学説があります。なので現在の宇宙の状態が一番エネルギーが低い状態すなわち「真の真空(しんのしんくう)」状態であるとは言い切れません。今の宇宙が偽の真空なのか真の真空なのか観測するすべがないので、現在はどの状態なのか分かりません。

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現在の宇宙は加速膨張していることが観測から分かっています、もし宇宙が真の真空状態であれば、宇宙は加速膨張していき、空間がバラバラに裂けてしまいビッグリップを引き起こす。あるいは宇宙空間だけが膨張し、星間ガスなどの物質が徐々に薄まり、わずかな素粒子だけが残る暗くて冷たい宇宙が永遠と膨張していくだけの宇宙になります。

もし宇宙が偽の真空だった場合、何か物理学的なきっかけがあれば、エネルギー状態がより低くより安定になろうとします。物理学的なきっかけとは、分かりやすく言うと坂道の途中で止まったボールをちょっと突っついて転がすようなものです。

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このエネルギー状態を低くなることを「真空崩壊」といい、もし宇宙で真空崩壊が起きれば今の宇宙は存在できず崩壊してしまいます。具体的には、現在の宇宙での基本的な物理定数(光速・万有引力・電気素量などなど)の値が変わってくる可能性があります。あるいは現在存在している様々な素粒子も存在できない可能性があります。素粒子が存在できないということは、素粒子でできている惑星や地球、人類も存在できません。

ひとたび真空崩壊が宇宙のどこかで始まれば、光速(秒速30万キロメートル)の速さで伝わるとされています。もし地球から1光年先で真空崩壊が始まれば、1年後には地球も飲み込まれ崩壊してしまい、100億光年先であれば100億年後に地球は崩壊してしまいます。真空崩壊が起こる場所は確率ですので、地球からはるか遠くの場所で起こる可能性の方が高いです。

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観測可能な宇宙はあらゆる方向に465億光年(直径930億光年)で、宇宙の大きさはそれよりもずっと広く続いているとされています(空間は質量を持たず光速以上の速さで広がることができるため)。なので、地球から465億光年より先の宇宙で真空崩壊が起きても、光速以上で空間が広がっているので地球に真空崩壊の波は永遠にたどり着かないでしょう。

形があるものは寿命があります。動植物・建造物・地球・太陽・恒星・銀河・ブラックホール、いずれも最後は死を迎えます。もちろん宇宙だって例外はありません。

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宇宙誕生から138億年が経ち、かつては宇宙は一定であり変化しないと考えられていましたが、現在はダイナミックな変化に富んでいることが分かっています。

宇宙は針の先ほどの小さな点から始まり、現在はどのぐらい大きいのか分かっていません。しかし観測可能な宇宙は、あらゆる方向に465億光年直径930億光年と言われています。

宇宙にある物質やエネルギーの構成ですが、我々が知っていいる原子など通常の物質はわずか4.9%しかなく、正体不明の謎のエネルギーであるダークエネルギー(暗黒エネルギー)68.3%、質量は持つが光学的には観測できない謎の物質であるダークマター(暗黒物質)26.8%と推定されています。

ダークエネルギーとは、重力に反発する力があり、宇宙空間を膨張させているエネルギー。ダークマターとは、重力は作用するが他の物質とはほとんど作用しない物質になります。

宇宙が膨張していることは、アメリカの天文学者エドウィン・ハッブルによって観測され、あの有名な物理学者アインシュタインも、重力場方程式の宇宙項の撤回を余儀なくされました。
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アインシュタインも最初は宇宙は一定の大きさと考えており、宇宙が重力で押しつぶされないように宇宙項を導入しましたが、「生涯で最大の過ち」と撤回してしまいました。しかし現在ではダークエネルギーが宇宙項を表しているのではないかと見直されています。

宇宙が膨張していることは観測から分かりましたが、今後宇宙は膨張するのか、重力によって膨張は減速し、やがて収縮するのか意見が分かれました。現在では最新の観測から、宇宙は加速膨張していることが分かっています。
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この加速膨張がいつまで続くか正確なことは分かっていませんが、重力に反発するダークエネルギーと、重力と作用するダークマターのバランスで決まります。

2018年9月26日に、東京大学と国立天文台などのチームが論文を発表しました。結果だけ言えば、あと1400億年は宇宙は存在します。

すばる望遠鏡で一千万個の銀河を観測し、強い重力で光の進む方向が曲げられる「重力レンズ効果」でダークエネルギーの分布を調べたそうです。その結果、宇宙を膨張させるダークエネルギーはそれほど増えておらず、95%の確率で宇宙はあと1400億年は存在できるそうです。

個人的な考えですが、1400億年以上経てば、宇宙はさらに加速膨張し、やがて素粒子もろともバラバラになるビッグリップが起きてしまうのではないかと考えています。

宇宙が加速膨張すると、基本的な力(重力・電磁気力・強い力・弱い力)が光速を超えてしまい、力を伝達する素粒子、ゲージ粒子が交換できずに力が働かなくなってしまうからです。基本的な力が働かなくなると、銀河や原子などもくっついていられずバラバラになってしまうため、宇宙全体が崩れるように無くなってしまうと考えています。

我々の感覚だと、時間は過去から現在、そして未来へと流れていく。決して逆行することがありません。なので過去は現在、現在は未来に影響するが、その逆はありません。
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しかし最近の量子レベルでの実験ではこれまでの定説が通用せず、新しい結果が出ました。実験結果によると、未来の出来事が過去の事象に影響を与えている可能性があるということ。わかりやすく言えば、時間は
過去から現在、そして未来だけではなく、未来から現在、そして過去にも流れている可能性があるということです。

研究で注目されたのは、量子力学における粒子の奇妙な振る舞いになります。量子力学において、移動する物体の状態は、粒子性と波動性の二つの性質を同時に持っています。
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量子力学では、観測する行為で物事が決定されるため、光子や原子を観測すると、粒子性と波動性の二つの状態を示すことから言えます。

今回の実験で発見されたことは、
原子を観測しようとした後に起きた出来事が、波の状態となるか、それとも粒子の状態となるかを決めているということになります。


今回の実験を行ったオーストラリア国立大学の物理学者アンドリュー・トラスコット博士によれば、量子レベルにおいて、観測するまで現実は存在しないという。
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この研究は、1978年にアメリカの物理学者ジョン・ホイーラーが考案した思考実験を基に行ったものです。この実験は「ホイーラーの遅延選択実験」といい、スクリーンに2本開いた狭いスリットに光を通して粒子性と波動性の二重性を示す二重スリット実験を発展させたものになります。

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光を1本のスリットを通して発射すると、光子は粒子性を示します。(上段)粒子性なので干渉縞が見えません。
光を2本のスリットを通して発射すると、波動性を示します。(下段)波動性なので干渉縞が見えます。

今回の実験では、
スリットが開いた最初のスクリーンの後ろにもう1枚のスクリーンを置くこと。そうすれば2枚のスクリーンを通過しても光子の状態(粒子性・波動性)が一貫しているかどうかを確かめることができます。


これまではこの実験は単なる思考実験でしたが、トラスコット博士は、光子の代わりにヘリウム原子を、物理的なスクリーンの代わりにレーザー光で作った格子を使って、実験可能なものにしました。よって素早く移動する原子が無作為に導入される2つめの格子を通り抜けたときに起きる現象を正確に測定できるようになりました。

この実験により、2番目の格子がない場合、原子は粒子のように1つの経路を移動するが、2番目の格子がある場合は、波のように様々な経路を移動することが明らかになりました。このため研究者は、2番目の格子を設置する前に最初の格子を通る原子の経路を測定していたため、2番目の格子が導入される未来の出来事が粒子の状態を影響していることを示唆しています。

この実験によって予言されることは、原子が実際に特定の経路をとった場合、未来の測定が原子の経路に影響していることになります。

死ぬことは怖いことなのか?多くの人は怖いと答えるだろう。当たり前である。人間だけではなく、動物にも組み込まれた本能だから誰もが怖いと思うはずだ。
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ではなぜ死ぬことは怖いのだろうか?肉体が消えて無くなってしまうからだろうか?それとも死後の世界がどうなっているか分からないからだろうか?誰も死後の世界に行って帰ってきた人はいないから分からなくて当然である。
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人間には分からないことに対する恐怖は本能的に備わっています。だから知らない土地に行くのも知らないお店に入るのもちょっとだけ勇気がいりますよね?それに何が入っているか分からない箱に手を突っ込むとか何かと恐怖ですよね?

しかし中には死ぬことに対する恐怖がない人もいるだろう。私もそうだ。別に死ぬことに対して恐怖はない。ただし死ぬことに対するプロセスには恐怖がある。具体的には、死ぬ瞬間の痛みや苦しみ、息苦しさや体調悪化の気持ち悪さなどは怖い。それはそうだろう。死ぬと息ができなくなるから、
のたうち回るように苦しいかもしれないし、心臓が止まると猛烈に胸が痛くなるかもしれない。だから死ぬ段階のプロセスに対しては恐怖である。

でも死んだ後に関しては全く恐怖心はない。人の価値観にもよるが、天国や地獄があるかもしれないしないかもしれない。輪廻転生で生まれ変わるかもしれない。もしかしたらただただ真っ暗な無の世界に放り込まれるかもしれない。

あの車いすの天才物理学者のホーキング博士は、死後の世界はないと断言して、宗教界から大バッシングを受けました。「人が死んだら壊れたパソコンと同じで、電源が切れた画面のように真っ暗なだけ」とのニュアンスを言っていました。

私の考えでは、死んだ後に天国にいようが地獄にいようが、真っ暗な無の世界にいようが死んだあとは肉体的な苦痛があるわけではないしどうでもいいと思っている。だから針山を歩かされても、ぐつぐつ煮えたぎる鍋に放り込まれようが苦痛がないかもしれない。

たとえ無の世界に放り込まれても、無だから何もない、何もないのだから私は存在しない。苦痛もなければ快楽もない。それを感じる脳もないのだから苦痛ではない。だから快楽がなくても苦痛ではないのだ。

最近思うようになったのが、もしかしたらこの世界が死後の世界かもしれない。「天国と地獄の長い箸」をご存じだろうか。天国と地獄は実は同じで、食べ物に溢れているだということ。
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それでも天国では食事にありつけて、地獄ではお腹を空かしている。これって現実世界と似ていないだろうか?先進国では食事にありつけていて、アフリカや紛争地では食事も満足にできず、今日の命さえ保証されていない。同じ地球なのにこのように差があります。なので、もしかしたら地球は天国と地獄が入り乱れている死後の世界かもしれないのだ。

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