「高校生のための科学キーワード」 久我羅内 2009年 ちくま新書
こういう本は、気楽に読めて、知識の穴を埋めてくれることがあります。今回もやっぱり、でした。 以下はこの本の要約と引用です。＊印はＷＥＢ検索の結果と私の意見です。
■ 宇宙論
・ビッグバン
どの銀河も互いに遠ざかっているのだから、宇宙には中心も果てもない、と考えられる。
・平坦な宇宙
いつまでもゆっくり膨張し続ける平坦な宇宙。時空の曲率は零。宇宙放射線の観測によると、宇宙は平坦であるらしい。
・対称性の自発的破れ
南部陽一郎博士の業績が「対称性の自発的破れ」。
対称性の自発的破れは、丸いテーブルをレインい説明される。ナプキンは自分の左手のものを使うか右手のものを使うかわからない。出席者の一人が右手のナプキンを使ったとすると、残りの全員が右手のナプキンを使うしかなくなる。
・超銀河団
天の川銀河は約2000億個の星からできている。宇宙には銀河が約１兆個ある。
宇宙には銀河の無い空洞になっている部分がある。石鹸の泡の膜に超銀河団がはりついているような感じだ。宇宙はこのような泡構造になっている。
・ダークマター
ダークマターは、大きな塊になっていたり、流動したりしているらしい。
ダークマターの存在を考えなくても、銀河の重力の問題は解決するという立場をとる科学者もいる。
■ 相対性理論
・ローレンツ変換
ローレンツは、マイケルソンとモーリーの実験結果を、観測装置が地球の進行方向に縮んでしまったからだと考えた。ローレンツ変換は、座標変換の道具である。
電車の中でボールを落とすと真っ直ぐ下に落ちていく。電車の外で立ちどまっている人は、ボールは水平にも動いて見える。これは、ガリレオの相対性理論。
・光速度不変
物体は光速に近くなると無限に重くなる。また、長さが縮んでしまう。
・ブラックホール
中性子星は、原子核だけの塊。１立方センチ当たり10憶トンほどの重さをもつ。
これ以上先は見ることができないのがシュバルツシルト半径＝事象の地平線。
■ 量子力学
・量子
ＩＣでは、電子の動きを的確に制御しなければならない。その制御のためには波動方程式が必要。電子がどこにあるのかを予想する式が波動方程式である。
・プランク定数
電磁波のエネルギーには最小単位ｈνがある。
光のエネルギーＥ＝ｈ(プランク定数)ν(周波数)
ハイゼンベルクの不確定原理は、［ Δｘ(位置)Δｐ(速度)＝ｈ］。
・シュレディンガーの猫
シュレディンガーは、コペンハーゲン解釈を受け入れていなかった。
デビット･ボームは、粒子と波動は同時に存在している、と考える。
・スーパーカミオカンデ
ニュートリノは、何でも通り抜けてしまうために直進する。スーパーカミオカンデは地下1000ｍ。周囲は岩盤に囲まれている。ニュートリノ以外は入ってこられない。
・４つの力
核力(強い力)＞電磁気力＞弱い力＞重力
筋肉の力は、電磁気力が関係している。
電磁気力と弱い力は、元は同じ力であることが証明されている。
・超弦理論
ブラックホールは、一般相対性理論と量子力学の両方が必要。両方使うと無限が出てくる。
湯川博士は、素粒子は粒子ではなく広がりを持っているものであると提案。南部陽一郎博士が、広がりをもつ「ひも」を提唱した。
■ 一般物理学
・ニュートン力学
物理学とは物がどう動くかを予想する。
ニュートンは、聖書には一種の暗号が隠されていて、それを解読すれば、この世の終わりがいつなのかわかると考えていた。ニュートンが発見したこの世の終わりは2060年。
電場が動けば磁場が生じる。磁場が動けば電場が生じる。陽子と電子は単独でも存在できる。磁石にモノポールは無い。
＊電気は粒子(物体)から発し、磁気は波動(場)に内在するものだからだろう。
粒子であると同時に波でもある、ではなく、物体が場(という地の上で)で揺れていることもあるし、エネルギー(≒場自体)が震えていることもある。と考えています。
・エントロピー
エントロピーは「無秩序さ」の度合い。熱平衡状態からの解離。熱(エネルギー)の偏在の程度である。
シュレディンガーの「生物は負のエントロピーを食べている」は誤り。
・自然定数
高速度は約30万�辧６�間自体が膨らむときは高速を超えることもある。
光速度とプランク定数と重力定数から、プランク時間とプランク距離という単位が出てくる。宇宙の誕生からプランク時間まで、プランク距離の大きさまでの宇宙は、宇宙の法則が意味を持たない。
・ドップラー効果
スピードガンは、電磁波を出して反射して戻ってきた波長を測定して速度を計測する。
・複雑系
線形の科学と非線形の科学。非線形の科学が複雑系。
■ 自然現象
・コリオリ力
コリオリ力は、地球の自転の速さが緯度によって異なることから生じている。
・レイリー散乱
赤は700nm、緑は546nm、青は435nm。
波長の短い青色は、空気分子に当たると散乱する(レイリー散乱)。青色の波長が空気分子よりも小さいためである。青い色の光が空いっぱいに散らばる。赤色も届いてはいるが青色が強いために青く見える。
朝焼けや夕焼けは赤く見える。空気の層が厚くなり、青色は散乱して届かなくなる。
水蒸気は大きいのでどの色も散乱するので、曇は白く見える。
・イオン
水は、水素イオンＨ+と、水酸化イオンＯＨ-にイオン化(電離)する。
物質が結合するし方には、 共有結合＞イオン結合,金属結合＞水素結合＞ファンデルワールス力(分子間力による結合)などがある。
＊結合の種類に応じて、原子の「半径」は異なります
共有結合半径とは，原子同士が【共有結合】している二原子間の距離の半分を表します。
イオン半径は，原子がイオンとして【結合】しているイオン性化合物中の各種イオンを剛球体と仮定したときに割り当てられる半径のことです。
金属結合半径は、原子同士が【金属結合】しているときの金属間距離の半分の距離が金属結合半径という。共有結合と違うのは，電子は塊全体で電子を共有(自由電子)しています。
ファンデルワールス半径は【結合を形成していない】原子同士が近づける距離のことです。原子同士が結合することなく，ピタッと接しているときの距離のことです。
・冬眠特異蛋白質
熊は冬眠している間、食べることも排泄することもしない。尿は膀胱壁から吸収され、血液中に戻される。雌は冬眠中に出産し授乳する。
栗鼠は体温が数度まで下がる。冬眠する栗鼠は、冬眠しない種類に比べて３倍以上生きる。
人は低体温になると、心筋細胞内にカルシウムイオンが過剰に蓄積され、心停止に陥る。栗鼠の冬眠特異蛋白質(ＨＰ)は、カルシウムイオンの蓄積を調整する。人の体内にもＨＰに似た蛋白質がある。人も冬眠する能力を持っていたとも考えられる。
・地下生物圏
地下5000ｍくらいまでは生物が生息している。硫化水素を餌にする嫌気性の細菌は、地下に生息していたものが熱水とともに噴き出してきた。これらの生物は、硫化水素と鉄を材料にして硫黄鋼ができるときのエネルギーを利用して生きてきた。
嫌気性生物は、水素や二酸化炭素からメタンを生み出している可能性がある。岩盤の隙間から海底にまで上昇し、メタンハイドレートとして蓄えられたと考えられる。
・偶然の一致
ユングのシンクロニシティ(共時性)。チャップマンの関連性の錯誤。人間は、何も関係ないことでも関連があるように捉えてしまう習性がある。
■ 遺伝子と進化
・ゲノム
ＤＮＡは毛糸玉のように蛋白質の芯に巻きついている。ビーズ玉のように並んで折りたたまれ、太いらせん状に巻かれて染色体となっている。
・ＲＮＡワールド
伝令ＲＮＡ(ｍＲＮＡ) → リボゾームＲＮＡ(ｒＲＮＡ) → 転移ＲＮＡ(ｔＲＡＮ)。ｔＲＮＡがアミノ酸を運んでくると、ｒＲＡＮが蛋白質を合成する。
レトロウィルスは、宿主細胞に自分のＲＮＡと逆転写酵素を注入する。レトロウィルスは、遺伝子の組換えの運び屋(ベクター)としても利用される。
ＲＮＡには酵素の助けを借りずに自分でスプライシングできる触媒作用がある。スプライシングは、ＲＮＡがＤＮＡから必要な部分を写し取った後、エクソンとイントロンを切り離すこと。
・テロメア
生殖細胞は、テロメアを修復する酵素を持ち、分裂してもテロメアが短縮しない。
植物はテロメアを修復する力が強い。植物の細胞は、ほぼ全てが万能細胞。切り離されても、それぞれ再生できる能力を持っている。
・癌細胞
人の癌遺伝子は成長遺伝子(増殖遺伝子)であったと考えられる。癌ウィルスの癌遺伝子と人の持つ癌遺伝子はよく似ている。
・進化論
木村資生博士の中立進化説。地球の環境が激変して生物の生存がしやすい環境になって自然淘汰にゆるみが生じたとき（生存競争が激しくなくなり）、ＤＮＡレベルで様々な中立的な変異がたまり、種は一遍に変化する。
自然淘汰が厳しくなったときに、様々に進化した新種の中から環境に適応した生物が生き延びる。
・分子時計
分子時計は、遺伝子の突然変異を利用した時計。人と猿のＤＮＡ配列の違いから、いつごろ分かれたかが判る。
・利己的遺伝子
リチャード･ドーキンスの「利己的遺伝子」。生物の固体はＤＮＡが生き残っていくための乗物に過ぎないとする。ドーキンスは、Ｗ･Ｄ･ハミルトンの「生物の利他的行動」に影響を受けている。ドーキンスはダーウィニストである。
ドーキンスの説は、「利己的な遺伝子」の「遺伝子」がどの範囲の遺伝子を指しているのかはっきりしていないため、反論も多い。
・ミトコンドリア･イブ
世界各地の女性のミトコンドリアＤＮＡを調査。全ての女性の先祖を辿ると、アフリカのある一人の女性にたどりつく。
・トランスポゾン
染色体のあちこちを渡り歩く遺伝子をトランスポゾンという。トランスポゾンは転移酵素を持ち、自分自身を切り離して、別の部分に割り込んでいくことができる。
朝顔が突然変異を起こして、花の模様が変わるのもトランスポゾンが原因である。
人の場合、ゲノムの約４割がトランスポゾンではないかと推定されている。
・ＤＮＡ鑑定
人のＤＮＡの中で、同じ塩基配列の繰り返しが続いている「ミニサテライト」と呼ばれる部分は、個人差が大きい。
・クローン
羊のクローンは、乳腺から生れた。巨乳で有名なカントリー･シンガー、ドリー･パートンの名前をとって「ドリー」と名づけられた。
■ 脳科学
・分離脳
分離脳では夢を覚えられない。夢は右脳で見ることが多い。見た夢を左脳で言語に置き換えて覚えている。
新生児では脳梁が未発達。10歳ぐらい迄の間に、脳梁を介した連絡網が発達する。
・神経伝達物質
アミノ酸系
グルタミン酸、アスパラギン酸、グリシン、ガンマアミノ酸(ＧＡＢＡ)
モノアミン系
アセチルコリン、ドーパミン、ノルアドレナリン、アドレナリン、セロトニン
ペプチド系
バゾプレッシン、オキシトシン、サブスタンスＰ、ベータエンドルフィン
・記憶
作業記憶･短期記憶･長期記憶。短期記憶は７つくらいまで数分覚えていられる。海馬の短期記憶は、側頭葉に数日間保存される。側頭葉に蓄えられた記憶は、大脳皮質のいろいろな領域に移される。
情動記憶は、視床下部から直接海馬に伝えられる。大脳皮質は通過しない。
・クオリア
クオリアは、リンゴの赤い色、酸っぱさ、歯ごたえなどの「質感」を表す。
意識がどのようにして生じたか解っていない。神経の興奮が「リアルな世界」を感じさせるのかは、脳科学の謎。
・明晰夢
レム睡眠は、急速眼球運動を伴う。脳の海馬も活発に働いている。
レム睡眠があるのは、哺乳類と鳥類だけ。
夢は自分の体験したことを見ているだけだといのが、最近の知見である。
・共感覚
どのように共感覚が起こるのかは解っていない。
ＴＰＯは、側頭葉･頭頂葉･後頭葉の接合部にある。視覚･聴覚がＴＰＯ近くで処理されている。
ＬＳＤのような薬物を使用すると共感覚を感じることがある。
・鬱病
モノアミン系の神経伝達物質がうまく働いていないことで起きると考えられている。
抗鬱薬を飲み始めてから効き目が現れるまで２〜４週間かかる。なぜ、これほど時間がかかるのかも解っていない。
■ 医療
・万能細胞
受精卵から作ったＥＳ細胞から臓器を作ったとしても、移植したときに拒絶反応が起こる。
・ウィルス
ウィルスとバクテリア(細菌)の最も大きな違いは、その大きさ。ウィルスは、光学顕微鏡では見つからない。バクテリアに感染するウィルスをバクテリオファージという。
・免疫
人の抗原レセプターは、100憶以上の種類が用意されている。
・エイズ
エイズウィルスは、ヘルパーＴ細胞に感染する。
・遺伝子治療
現在の遺伝子治療では、体細胞に対してしか認められていない。効果があったとしても、一代限りである。
・ＭＲＩとＰＥＴ
ＭＲＩ(磁気共鳴画像)は、ＣＴと違いＸ線を用いないので被爆の心配はない。ｆＭＲＩ(帰納的磁気共鳴画像)は、脳や脊髄に絞って計測する。
ＭＲＡ(磁気共鳴血管画像)は、血管内を動く水素原子を捉える。
ＰＥＴ(陽電子放射断層撮影)は、ブドウ糖に放射性の目印をつけて注射し、癌細胞に集まったブドウ糖を捉える。
■ テクノロジー
・近接場光
光ファイバーは、光の波長より直径を大きくしているので、光が通ることができる。出口を波長より短くすると、光が出ることができない（近接場光）。
近接場光学顕微鏡を使うと、電子顕微鏡並みの精度で見ることができる。
ブルーレイディスクは、赤色のレーザー光線を使っていたＤＶＤよりも記憶容量を大きくすることができた（片面２層で50GB）。近接場光を使うとさらに記憶容量が大きくなる。
・超臨界水
超臨界水は、220気圧、374℃に達した水（濃い水蒸気）。物を溶かす力(溶解性)が強く、拡散性がある。
臨界水は、圧力を変えると性質が変化する。液体の性質＝溶解性を強くしたり、気体の性質＝拡散性を変えたりすることができる。
・ナノバブル
ナノバブルは、直径が１マイクロメートル以下の気泡。小さくて壊れにくい。浮力が無いので、水中に留まる。イオンを結合して安定する。
酸素のナノバブルは、魚類を活性化させる。なぜかは解っていない。
オゾンでナノバブルを作ると殺菌力が強くなる。有害物質を残さないので、牡蠣の殺菌などに使われている。
・フラッシュメモリー
フラッシュメモリーは、舛岡富士雄氏が東芝に在籍した時に開発した。ＥＥＰＲＯＭが、１バイト単位でしかデータを消去できないのに対し、ブロック単位で消去ができる。パッと消えるところからフラッシュメモリーと名付けられた。短所は劣化すやすいこと。
Ｓ(static)ＲＡＭは、リフレッシュの必要が無い。
・高温超電導
−140℃付近でも超電導が起きる。
超電導材料のコイルに電流を流すと、強力な磁場を作ることができる。超電導電磁石はＭＲＩなどに使われている。
・液晶
有機ＥＬディスプレイは、電気を流すと発行する有機素材が使われている。自発光するので、バックライトを使わない。薄型にすることができる。携帯電話のディスプレイに使われている。
・太陽電池
太陽電池には、マイナスの電荷を集めるｎ型半導体とプラスの電荷を集めるｐ型半導体が使われている。
・水素吸蔵合金
水素吸蔵合金は、水素を吸収/放出する性質がある。水素原子は小さいので、金属の原子と原子の間にぎっしり詰められる。水素吸蔵合金は室温で保管できる。
・宇宙エレベーター
人工衛星からケーブルを地表までたらし、そのケーブルを伝ってエレベーターを上昇させる。
赤道線状の高度３万６千キロの静止軌道上に人工衛星を築く。ケーブルには大きな重力がかかる。充分な強度と構造をもったケーブルでなければならない。
エレベーターの速度は時速200�辧�静止衛星に着くまで２週間ほどかかる。
現在の宇宙開発費の大半は、ロケットを宇宙空間まで打ち上げるのに使われている。
