ここは試験には出ません。

今日読み終わった本です。2000年にノーベル化学賞を受賞した筑波大学名誉教授の白川英樹博士が、2001年に出した著書です。
彼は導電性高分子ポリアセチレンを発見し、分析し、発展させた事で受賞した研究者です。

高分子とはなんぞや？簡単に言うと、プラスチックやゴム、タンパク質やデンプン、紙などを指します。
ポリアセチレンはプラスチックです。要するに導電性プラスチックって何？って事ですが、
その名の通り、電気を通すプラスチックの事を言います。
彼は、それを発見し、そして発展させていったのです。
「プラスチックは電気を通す？通さない？」と聞かれると、殆どの人が「通さない」と答えると思います。
そんな常識を覆す様な物質を「材料」という形にし、研究をしていった人なのです。

ご存知の通り、金属は電気を通します。
金属は、自由電子と言うものが存在し、電圧をかけると一方向に電子が動くようになる、という原理からです。
一方、プラスチックをはじめとする高分子材料は、この自由電子と言うものが存在しません。
そして、その化学的構造から電気を通さないものが殆どです。
しかし例外として、ごく少数ですが、電気を通すプラスチックがあるのです。
その代表が、白川英樹教授の研究してきた「ポリアセチレン」なのです。
更に、臭素やヨウ素をドーピングすると、更に1000万倍も電気伝導が向上する、というのです。

化学的に説明すると（大学レベルの化学の話なので読み飛ばしてもらって構いません）
ポリアセチレンの化学構造は、分子モデルで書くと、単結合-二重結合-単結合-二重結合-・・・という形で主鎖を持ちます。
単結合はsp3でσ結合、二重結合はsp2でπ結合です。
このポリアセチレンの主鎖においては共役二重結合がずーっと連なって行きます。
ポリアセチレン全体としては「1.5重結合」という形になります。
共役二重結合によってπ電子の重なりがずーっと連なって行くと、ある程度電子が動けるようになってきます。
二重結合はハロゲン元素と反応しやすく、電子の受け渡しが行われると、ポリアセチレンはカルボカチオン（陽イオン）になり、
その+になったところに電子が移動し、それによってまた+になったところにまた電子が移動し、と、
電子が動くようになり、更に電気伝導性が増す、という事です。

本の内容としては、大学レベルの化学の内容が出てくるので、恐らく化学に知識がないと、ポリアセチレンの説明部分は読みにくいかもしれません。
反対に、大学で化学を勉強してきた人には非常に楽しく読める内容かと思います。

その他、インタビュー形式で、
白川英樹教授は幼少時代について書かれており、典型的な理系少年であったと言う内容であったり、
アメリカの大学から招待され、渡米して研究した時に感じた、日本とアメリカの研究環境の違い、
例えば、日本は基礎研究に関して予算が非常に少なく、特に官庁や国公立にその傾向が強い事や、
アメリカの教授は研究内容が実用レベルに近づいてきたらベンチャー企業を作るのに対し、日本、特に国公立の教授はそれができない事、
などが書かれています。

白川教授の少年時代の話には非常に共感出来る事が多く、私も化学を専攻しようと思った時の気持ちが思い出さされる気がしました。
アニメやマンガで出てくる「実験⇒混ぜ合わせる⇒爆発」あれにあこがれを少年時代に抱いていたのがきっかけでした。

そんな訳で、私としてはこの本は非常に楽しく読める内容でありました。  続きを読む

昨日、この本を読み終わりました。
「地球の内部で何が起こっているのか？」という新書でして、海洋研究開発機構の4人のスタッフによる著書です。
地球や生命の成り立ちを調べるために、地球深部探査船「ちきゅう」により、
深海底を掘り下げていって、地層を調べる、という取り組みの内容が中心ですが、
地球や生命の成り立ちの他にも地震のメカニズムについてであったり、
メタンハイドレートの利用による資源開発についても分かりやすく書かれています。

これまで様々な地質学者が様々な分析や研究をした結果、
地球は、まず一番外側に、我々が日常過ごしている地殻があり、その下にマントルがあり、更にその下には外殻、内殻で構成されている、と考えられています。
また、地殻も上層と下層で分けられ、上層は花崗岩質、下層は玄武岩質で構成されており、
地殻とマントルの間には、モホロビチッチ不連続面（モホ面）があるとされています。
今、「考えられている」「されている」といいました。実際目では確認されていないからです。
今現在、海底を掘り下げていって、到達した部分はモホ面までです。それでも苦労に苦労を重ねてやっとの状態です。
地底を掘り下げていくと、マグマの熱などでどんどん高温になっていく上に、地層も硬い、これにより、掘削ドリルの刃がやられてしまう。
それに加えて、不意に石油や天然ガスが発生し、続行が危険になることもある。

しかし、深海底を掘り下げていき、地層や構成物質、微生物などを調べていく事により、
地球や生命の成り立ち、46億年もの地球の歴史、地震のメカニズム、多くの事を知る事が出来ます。
なんともロマンチックな研究ではないか、と思います。

地震を語る上で基本となる学説に、「プレートテクトニクス」があります。
地殻はおおざっぱには「大陸プレート」（主に陸地）と「海洋プレート」（主に海底）に分けられ、その境界が海溝です。
大陸プレートよりも、海洋プレートの方が密度が大きく、地殻変動によって海洋プレートが大陸プレートの下に沈み込みます。
その時に境界で起こる応力の反動で地震が発生する、というのがプレートテクトニクスです。簡単に言うとですが。
日本列島は4枚のプレートに囲まれていて、世界有数の地震地帯であります。
しかし、それだけ地質学的に興味深い場所でもあります。
「日本が主導になって、地球の科学を解明していく」ということが進められていて、
それが、地球深部探査船「ちきゅう」による活動です。

今、プレートテクトニクスだけでなく、マントルの対流を考慮に入れた「プルームテクトニクス」という学説もあります。
「対流」というと「え？マントルって液体？」と思うかもしれませんが、
マントルは固体です。ただし、高温になるとマントルは柔らかくなり、そして液体へと状態変化します。
この「固体⇔柔らかい⇔液体」によってそれぞれ地震の伝達しやすさが変わってきます。
これが、プルームテクトニクスです。
こればっかりは、実際にマントルを調べてみないと分からないわけです。

と、こういった内容が比較的分かりやすく書いてあります。
多少の地学の知識があれば読めるレベルでして、地学が苦手な方でも楽しく読める面白い内容となっています。
高校では化学と物理を専攻していましたので、私自身、地学の知識は中学レベルで止まっている程度です。でも、理解して読む事ができます。

宇宙開発が非常に注目されており、地球科学はなかなか日の目を見ない分野ですが、
地理的な面もあり、日本が世界の先頭に立って取り組んでいる分野でして、
非常に期待を寄せたい、そしてロマンチックな研究だな、とおもいます。  

先日、この本を読み始めました。今も読んでいる最中です。
「シュレーディンガーのジレンマと夢」
シュレーディンガーという人は、20世紀前半の量子学の研究者です。
その人と量子論のお話です。

ちなみにおことわりですが、
量子論については未だ解明されていない点があり、色々な説がありますが、
量子論について議論する気は全くない事だけご承知下さい。
私はこの分野に関しては、本やテキストを読んでいるだけのただの素人です。

「シュレーディンガーの猫」という話は聞いた事がある人がいるかと思います。
放射線物質の近くにガイガーカウンターを設置し、ガイガーカウンターが作動すると青酸カリウムの入った瓶が割れる、
という箱形の装置に猫を閉じ込めた時、猫の生死は箱の中を確認するまで分からない、
つまり猫は生きている状態と死んでいる状態が重なり合った状態である。
ってヤツです。
精密に言うと、この表現を使って、
「電子は、観測されるまで存在する状態と存在しない状態が重なり合った状態である。統計、確率で状態を表す。」
という量子論を説いたグループ（コペンハーゲン派と言います、特にボーア、ボラン）に対して、
シュレーディンガーの猫の理論で
「箱の中の猫が、観測されるまで生きている状態と死んでいる状態が重なり合っている、んなバカなことあるか」
と批判したのです。
しかし、実際のところ、この「シュレーディンガーの猫」の解釈は未だ明らかになっていません。

さて、この量子論ですが、理系を専攻した人、特に物理と化学を専攻した人はこの壁にぶつかった経験が多いかと思います。
私も大学時代、意味が分からなくて大嫌いでした。最近ようやく少しずつ理解してきました。
それで思った事は、
「量子の世界は物理学者の空想と理論で繰り広げられる、神秘的で夢のある、ステキな世界だ」
と言う事です。
量子は確認できない。確認するには量子を止める必要がある。でも、量子を止めると正確な観測ができない。
そんな量子の世界、まだまだ私自身も勉強不足な部分が多々ありますが、ここでちょこちょこっと書いていこうか、と思います。

さて、まず「量子って何よ。」ってトコだと思います。
量子ってのは微細な粒子の総称です。どれだけ微細か、というと肉眼では見えません。分子より小さいサイズです。
物質は分子で構成され、分子は原子で構成され、原子は原子核と電子で構成され、原子核は中性子と陽子で構成され、
そして更に小さくすると、クォーク、ひも状理論、超ひも状理論・・・。
最小単位は未だ明らかになっていません。
その分野の研究が量子論であり、量子力学であり、量子化学であり、量子物理であります。

事の始まりは18世紀か19世紀か忘れましたが、光について。
光には粒子の性質もあり、波の性質もあることから、
「光は粒子である」という人々と「光は波である」という人々が対立しました。
光の粒子の性質・・・例えば「等角度で反射する」
光の波の性質・・・例えば「等角度で反射する」「干渉（2つの波が強め合ったり弱め合ったりする）や回折（小さいところに入り込もうとする）の性質を持つ」
と言うところです。
実は「光が粒子である」とすると矛盾が発生する部分が幾つか出てくるので、「光は波である」というのが一般的と思いきや、
その反面で「光は粒子である」とする事で説明できる現象をあったりもします。
かの有名な、私も尊敬するアインシュタインは、
「光量子理論」という形で「光＝粒子」として説明した事例があります。
光のエネルギーの理論である「光電効果」[E=hν]がそれです。
「ある光を金属に当てると、金属から電子が飛び出す」という現象です。
当てる光の振動数が大きければ、飛び出す電子のエネルギーは大きくなるが、量は変わらない。
当てる光を強くすれば、飛び出す電子の量は多くなるが、エネルギーは変わらない。
と言うものです。
「光は波で粒子ではない」とすると、この現象は説明できなくなってしまう様です。

紫外線（＝振動数が大きい）は日焼けの原因になる、対して赤外線（＝振動数が小さい）は身体を暖め、浴び続けても、強くしても日焼けしない。
これは光を粒子としてみたとき、紫外線の方がエネルギーが大きいからです。
これを説明するにも、光を粒子として、光の粒子のエネルギーで考えないといけなくなります。

20世紀に入って、「光は粒子と波の二面性を持つ」と言うようになりました。
今はどうなんでしょうか。この定義はネットで調べる限りでは変わりない様です。
こんなところから、量子論の議論が始まっていきます。
もうこの時点で色々混乱してきます。

今回はこんなところで。  

「『n≧3の自然数nにおいて、Xn+Yn=Znを満たすような自然数X,Y,Zの組み合わせは、(0,0,0)以外に存在しない』
私はこの命題の真に驚くべき証明をもっているが、余白が狭すぎるのでここに記すことはできない」

17世紀の数学者フェルマーがこの言葉を残し、
その後1993年アメリカの数学者アンドリュー・ワイルズがこれを証明するまでの250年もの間、
多くの数学者が挑み続けた。
そして、彼らは数学人生を捧げ、そして証明できないまま生涯を終えた。

『n≧3の自然数nにおいて、Xn+Yn=Znを満たす自然数X,Y,Zの組み合わせは、(0,0,0)以外に存在しない』
というシンプルな命題に多くの数学者たちは誘惑されて、そして散っていった。

アンドリュー・ワイルズも、この証明を発表した後、致命的欠陥が発見され、
それを補うために、世界が注目する中で1年間の苦悩の日々を送った。

そんなフェルマーの最終定理の証明を追い続けた多くの数学者たちと、これを証明したアンドリュー・ワイルズのドキュメントを、
数学の歴史的背景とともに綴ったノンフィクション小説です。

数学が分からない人、苦手な人でも、この小説は非常にドキドキして読めるでしょうし、
数学が好きな人や理系の人には、様々な定理が分かりやすく書いてあり、
数学の面白さや魅力も知ることができると思います。

この本を書いたサイモン・シンは素粒子を専攻した物理学出身のライターですが、
彼が数学に対して感じ、伝えている「科学に無い数学の魅力」には非常に共感できるものでした。

つまり、
科学的証明は、つねにどこか大なり小なりの曖昧さが存在し、その科学的理論が反証されれば、塗り替えられる。
しかし、数学的証明に曖昧さは無く、絶対である。
という点です。

約500ページにわたる小説ですが、是非読んでみてはいかがでしょうか？
私は、常にシャーペンを持ちながら読んでいて、小説がメモ書きだらけになりました。  続きを読む