令和の社会・ニュース通信所

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    カテゴリ:科学 > 技術



    未来から人は来なかった。

    SF映画でよく出てくる「タイムトラベル」の存在を証明するにはどうすればいいのか。物理学者の高水裕一さんは「ケンブリッジ大学のホーキング博士がある斬新な実験を行った。それは、誰にも知らせずパーティーを開き、その後に招待状を書けば未来で招待状を見た人が訪れるはずだというものだった」という――。

    ※本稿は、高水裕一『物理学者、SF映画にハマる』(光文社新書)の一部を再編集したものです。

    ■科学的に見た「時間が止まっている空間」

    時間を止めるテーマに関しても少し見ていきましょう。

    海外ドラマの『HEROES』に出演する日本人キャラでヒロという人物がいます。ヒロは、時間を止める能力を持っています。正確に劇中の表現でいうと、「時空間を操る能力」です。つまり、ワープのような空間の移動もできますし、もちろん時間を戻ってタイムトラベルもできることになっています。それも、能力発動のトリガーは目的地を想像するだけ。まさにヒーローといえる無敵キャラですね。

    ただし、タイムトラベルの能力は、到着する時間をコントロールするのが難しいようで、想定していた時刻から、かなりずれた時間に行ってしまうシーンが多いです。これは能力発動のトリガーが関わっていそうです。

    空間移動の場合なら、景色の違いや国のイメージを容易に想像できるので移動先のコントロールはしやすそうですが、過去や未来の時間にするとなると、バブル時代や大正時代のようなざっくりとした違いは想像できても、細かい年月日の違いを明確に想像するのは難しいのではないでしょうか。また、タイムトラベルをしても、過去を改変できるかは微妙な立場として描かれており、「結局何をやっても変えられないや」ということをぼやいています。

    一方、空間移動と時間を止める能力は、劇中でかなり活躍します。とくに時間を止めて、自分だけが動ける空間でいろいろなトラブルを回避していきます。似たような能力の設定に、『ジョジョの奇妙な冒険』に登場するディオというキャラクターがいます。彼は「ザ・ワールド」という能力で、ヒロと同様に、静止した時のなかを移動して相手を攻撃してきます。

    ここで、時間が止まっている空間とはどんなものか、少し科学的に考察してみましょう。

    ■すべてが完全に静止した状態は存在しない

    もちろんこの能力の仕組みを説明できるわけではないのですが、少なくとも本人が普通に行動できているので、重力やその他の力を変更しているわけではないようです。

    よく空中に浮かんでいるものが、そのまま静止しているような演出が出てきます。別にそれがいけないというわけではなく、一体どのような仕組みで重力が作用する空間で、落下せずに静止し続けられるのか不思議に思います。重力があって下向きに力がかかっている以上、浮くためには、全ての物体に上向きの力をかけないと浮き続けることは難しいでしょう。

    物理的に時間を止めることは可能かと聞かれれば、もちろん無理だといえます。それは、そもそも絶対的に静止している状態が存在しないためです。量子レベルでは、つねに原子も分子も振動をしています。いくら絶対零度と呼ばれるマイナス273度に到達して、全ての物質が凍結しても、量子力学的には、それは静止状態ではありません。したがって「時間を止める=全てが完全に静止する」という状態は実現できません。

    そもそも、自分以外の全ての現象を止めることが完全に成り立ってしまうと、光さえも届かなくなるはずです。つまり、真っ暗になるか、もしくは暗闇に立っている状態になるか。いずれにしても、だいぶ行動の自由がきかない状況だといえます。

    ■まわりの人からは時間を止める能力者は「変な行動をする人」

    見方を少し変えて、実はわずかながら、ゆっくりと動いているだけとも考えてみましょう。これだと相対論的には可能な話です。日本のドラマSPEC』でも、このような時間停止に近い能力を持つ少年が出てきますが、その少年も相対論を考慮したようなコメントをしていました。自分が超スピードで行動できる、そのため流れる時間が、まわりの時間の流れと大きく異なる能力である、と。しかしこの場合、相対的であるということが最大の問題になります。

    自分が光速近くで移動すると、まわりの物体の運動は全てゆっくりと経過するように見えます。ただ、このときの時間の経過も実は、相対的な違いであるというのが相対論の帰結です。

    つまり、まわりの人からすれば、この光速で移動する人物の時間がゆっくりと進んでいるのです。ただし、光速で移動する人自体を観測することが無理な話で、時間がゆっくり進んでいるのを「見る」ためには、きちんと比較するそれぞれの時計を用意しなくてはなりません。

    しかも、観測にはこれらの時計をびっしりと敷き詰めて、空間的な同一点で比較しなくてはいけないので、文章で簡単に表現している、人間の目で見えるという意味の「見える」とは、大きく異なることを注意しておきます。

    よって、SFでの設定では、必ずその能力者だけが絶対的な時間の支配者となっていますが、相対論でいえば、その能力者以外のまわりの人たちが、単に能力者の変な行動を目撃しているだけという状態になります。もちろん、光速度での移動という設定だと、どちらにしても見え方云々が一瞬で、少し意味のない議論となりますが、一応そういうことになっています。

    ちなみに、光速で移動する代わりに、ブラックホール近傍に行くというのも1つの手です。ここでは、光速で動くのと同様に時間が遅れる効果が強くなります。

    理論的には、ブラックホールの事象の地平線と呼ばれる、光も出てくることができない地点では、時間の経過する刻み幅がゼロとなって、実質時間が止まるように見えます。これは、ブラックホールから十分離れた観測者からそう見えるということで、ブラックホール近傍の本人は、この遅れは一切認識できません。

    例えば、ブラックホールに突っ込む人が、手を振り続けてお別れをしているとしましょう。この動作は遠方の人からすると、見かけ上、手を振る動きが徐々に遅くなり、やがて地平線に到達するときに停止します。しかし、当の本人は、何ら変化を感じることなく、手を振り続けているだけです。

    ■時間を止める力は「危険な能力」

    先ほども言ったように、光速移動や重力による時間停止の疑似的な再現において、SFと現実の最大の違いは、止まっていると思っているまわりが、実は、相対的にしっかりと能力者やブラックホール近くにいる人を観測しているという点です。つまり、まわりからすると、逆に彼らこそが止まっているように見えているかもしれないということです。

    ブラックホールまわりの時間の停止を考えてみてください。ブラックホール付近の人から見ると、遠くの人の動きが止まって見えて、逆に遠くの人からは、ブラックホール付近の人の動きが止まって見えるという相対的な関係にあるということです。

    なので、例えばこの止まって見える時間のなかを好き勝手に移動していると、次の瞬間、車に轢かれてしまうということも十分考えられるということです。見かけ上止まっているのと、実際に止まっているのとでは全く違います。まわりを間違って認識する可能性が高いので、事故りやすいといえますね。自分の力を過信しないようにしたいものです。

    他にもSF作品では、撃った銃弾が空中で止まっているシーンが出てきますが、これも相対論的に見かけ上「静止して見えているだけ」ならば、大変に危険な行為ですね。実際は、猛スピードで飛んでいるのに、誤認している状態です。

    仮にフィクションとして、自分以外が完璧に止まっていたとしても、先ほどのなぜ空中に浮いていられるのか問題がもう一度出てきます。また、どこかのSF作品では、銃弾の軌道を変えて、かつ銃弾をトントントンと小突いて、運動量を加え続けて加速するような描写が出てきますが、仮に、静止した状態で運動量が蓄積されるということであれば、実は最初に空中にある弾に触れた時点で、自身の手を銃弾が貫かないとおかしいことになりそうです。すでに相当の運動量を持っているはずですから、手で触ること自体が危険な行為ですね。

    他にも「時間を止める=空中で静止している」というのは、イメージしやすいですが、力学的に説明しようと思うと、力の作用そのものを変えないと実現しそうにありません。

    例えば、離陸後の飛行機が、時間が静止した世界でも空中に浮いていられるのでしょうか。機体を浮かせている浮力は、羽根を通る空気の速度差によって生じるので、止まっている状態で維持させるためには、別の浮力の機構が必要です。まぁ、細かいこういった指摘をしたらキリがありませんが、こうしたことがこの手の能力を見ていて、私が少し気になるところです。

    ■ホーキング博士のタイムトラベラー実験

    これまでさまざまな種類のタイムトラベルを見てきましたが、最後に、現実にタイムトラベルについて実験的な試みを行った学者を紹介したいと思います。

    その方は、もう亡くなってしまいましたが、イギリスホーキング博士です。私も、3年ほどケンブリッジ大学で彼の研究室にお世話になっていたので、馴染み深い人物です。

    彼は、タイムトラベラーがいるかということを確かめるためのある斬新なパーティーを企画しました。それは、パーティーを開催して終わったあとに、招待状を公開するというものです。つまり、ただ単に自分だけの秘密のパーティーを企画して、後日、タイムトラベラーに向けてその招待状を一般公開するというものでした。実にユニークアイデアですね。

    もちろん結果は誰も来ませんでした。しかも、このパーティー終了後に招待状を公開する時点で、それが失敗することもすでに本人は分かっており、なんとも空しい作業となったはずです。ただのボッチパーティーで終わってしまった本実験ですが、仮に誰かが来たらどうなっていたのかを、少し思考実験してみたいと思います。

    ■不審者か、本物のタイムトラベラーか

    まず、ホーキング博士の思惑通りに、未来でその招待状を見たタイムトラベラーが、過去に戻ってパーティー会場に現れたとしましょう。しかし、その時点でホーキング博士にとっては、彼が本当にタイムトラベラーなのか、ただ運よく食べ物の匂いにつられて勝手に入ってきた現代の不審者なのか区別がつきません。

    そこで、例えば次のような提案をしてみてはどうでしょうか。「この紙に、君が見た招待状の文面の中身を覚えている限り正確に書いて、封に入れてくれないか?」。そうお願いして、そこでは、とにかく彼と談笑して飲み食いして解散します。

    そして後日、自分が招待状を書いて公開します。このとき、招待状の文面と同じものが封筒のなかから出てきたら、その時点で初めて彼が本当のタイムトラベラーであったかが判定できます。これはワクワクしますね。しかし、ここでふと別の選択肢も考えてしまいます。

    仮に彼とのパーティーのあとに、やっぱり気が変わって招待状を公開しないとすると、封筒の中身は変化するのでしょうか? まさに量子力学シュレーディンガーの猫状態です。招待状を非公開にするならば、白紙の紙が出てくるのでしょうか? だとすると、あのパーティーに彼が現れた理由が、ただの不審者ということになるのでしょうか?

    これはある意味、未来に取りうるホーキング博士の行動に自由意志はあるのか? というテーマにもなりそうです。

    例えば、ズルをして、招待状の公開前に封筒をあけて文面を確認してしまうとします。そして、それとは全く違う文面の招待状を書いて公開したとします。その場合、封筒のなかの紙面の文字が変化するのでしょうか?

    やはり文章が勝手に変化するというSFチックなことは起こらないのが現実な気がします。仮にその場合でも、彼が未来でなんらかの情報を得て訪れたタイムトラベラーであったことは確認できます。しかし文面が異なるという、不思議な矛盾が残ってしまいます。彼は別の未来から来たのか? 未来が変更されてしまった証拠なのか? 疑問はつきません。

    そう考えると、タイムトラベラーが現れ、紙面に書いて封をした時点で、ホーキング博士の未来もすでに決定されていたと考えるのが妥当な気がします。仮に封筒に隠されていた文面を先に見たあとで、それを変更しようと試みても、なぜかそこに書かれた文面通りの招待状を公開することしかできないという運命的な行動をとってしまうのかもしれません。

    パーティーに誰かが来てくれていたら、こんなにも楽しい実験だったのかと、実に悔やまれますね。

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    高水 裕一(たかみず・ゆういち
    筑波大学計算科学研究センター研究員
    1980年東京生まれ。早稲田大学工学部物理学科卒業。早稲田大学大学院博士課程修了、理学博士。2013年より英国ケンブリッジ大学応用数学・理論物理学科理論宇宙論センターに所属し、所長を務めるスティーヴン・ホーキング博士に師事。専門は宇宙論。近年は機械学習を用いた医学物理学の研究にも取り組んでいる。著書に『知らなきゃよかった宇宙の話』(主婦の友社)、『時間は逆戻りするのか』『宇宙人と出会う前に読む本』(以上、講談社ブルーバックス)。

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    ※写真はイメージです - 写真=iStock.com/mikkelwilliam


    (出典 news.nicovideo.jp)

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    夢のエネルギー

    1 ボラえもん ★ :2021/10/14(木) 17:47:14.80

    「核融合・熱」によるボイラーが実用化へ、金属積層チップで熱を取り出す
    三浦工業とクリーンプラネットが共同開発、2023年に製品化

    発熱エネルギー密度は1000倍

     原子核変換に伴う熱を利用する加熱装置の製品化が間近に迫ってきた。
    9月28日、新エネルギー関連のベンチャー企業、クリーンプラネット(東京都千代田区)とボイラー設備大手の三浦工業が
    「量子水素エネルギーを利用した産業用ボイラーの共同開発契約を締結した」と発表した。

     「量子水素エネルギー」とは、水素原子が融合する際に放出される膨大な熱を利用する技術で、
    クリーンプラネットが独自に使っている用語。エネルギーを生み出す原理は、日米欧など国際的な枠組みで進めている熱核融合実験炉「ITER(イーター)」と同じ、核融合によるものだ。

     核融合反応による発熱エネルギー密度は、理論的にはガソリンの燃焼(化学反応)の1000倍以上になり、実用化できれば人類は桁違いのエネルギーを手にできる可能性がある。

     「量子水素エネルギー」と熱核融合炉との違いは、ITERが1億度という高温のプラズマ状態を磁気で閉じ込めるための巨大な設備が必要になるのに対し、
    クリーンプラネットが取り組む「量子水素エネルギー」では、1000度以下など大幅に低い温度で核融合を誘発させるため、工場などに設置できる分散型エネルギー源になり得るという点だ。

     原子核と原子核は一定の近距離まで近づくと核力によって引き合い融合するが、
    同じ電荷の原子核がこの距離に近づくには反発するクーロン斥力に打ち勝つ必要がある。熱核融合炉では、そのために1億度という高温が必要になる。

     一方、「量子水素エネルギー」では、微小な金属粒子に水素を吸蔵させ一定の条件下で刺激を加えることで、核融合を誘発させる。
    こうした現象は、研究者間では「凝縮系核反応」「金属水素間新規熱反応」「低エネルギー核反応」などと呼ばれ、ここにきて各国で研究が活発化している(図1)。

    (全文はソースにて)
    https://xtech.nikkei.com/atcl/nxt/column/18/00001/06098/

    (出典 cdn-xtech.nikkei.com)


    ※前スレ
    【夢のエネルギー】「核融合」が2023年にも実用化へ 日本企業が画期的技術開発 [ボラえもん★]
    https://asahi.5ch.net/test/read.cgi/newsplus/1634190415/


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    しっぺ返しがくるのか、心配です。

    カラパイアの元の記事はこちらからご覧ください

     近年、台風による大規模災害が世界各国から報告されている。昔からある自然災害だが、気候変動の影響で、台風が大きくなってきているのだ。

     もし台風が大きくなる前に沈静化することができれば、被害を最小限度にとどめられるはず。そう考えたノルウェーの企業が、新技術を開発した。

     海中に「泡のカーテン」で気泡を放出することで、台風にエネルギーを注ぎ込む温かい海水を冷やし、大きくなる前に沈静化させてしまうのだ。

    【画像】 >泡のカーテンで海水の温度を下げ、台風の成長を抑える

     ノルウェーに拠点を置く「OceanTherm」社は、ますます大きな被害をもたらしつつある台風を防ぐために「泡のカーテン(バブル・カーテン)」という技術を開発した。

     台風が大型化しているのは、温暖化によって海面の温度が高くなっていることが影響していると考えられている。海面の温度が華氏80度(摂氏26.5度)を超えると、熱帯性低気圧(つまり台風)が発達しやすくなり、いっそう勢力を強めるようになるからだ。

     そこでバブル・カーテン技術を用い、船に穴のあいたパイプを取り付け、海中に気泡を放出する。すると深いところにある冷たい海水が浮き上がる。これによって台風にエネルギーを注ぎ込む温かい海水を冷やしてしまうのだ。

     OceanTherm社のオラフ・ホーリングシーター氏によると、現時点でこの構想はまだ初期の段階にあるが、シミュレーションではうまくいくことが確認されている。水深100メートルの海水ならば、海面温度を摂氏26.5度以下に下げられるだけの冷たさなのだという。

    ・合わせて読みたい→【実験】ポテトチップスの袋でわかる、台風19号通過時における気圧の変化

     OceanTherm社が最終的な目標としているのは、メキシコ湾や大西洋全域にバブルカーテンを張れるシステムを構築することだ。

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    実験には莫大な費用がかかるが、台風の被害総額に比べれば微々たるもの

     しかしそれまでの道のりは険しい。たとえば、陸や海で実証実験を行うには毎回数億円もの費用がかかる。効果が確かではないものに、これだけの資金を集めるのは簡単なことではない。

     ところが、この数字を台風によってもたらされる被害と比べてみると、また話は違ってくる。OceanTherm社は実験に必要となる総費用をおよそ19億円と見積もっている。

     一方、アメリカ海洋大気庁(NOAA)によれば、2017年アメリカが受けた台風の被害額は31.3兆円であるという。もし本当にバブルカーテン技術でこうした被害を防ぐことができるのならば、19億円など安いものだ。

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     また将来的には、この技術で死にかけているサンゴ礁を救うという応用も考えられるようだ。

    環境に与える影響に懸念の声

     ただし、こうした技術が環境に与える影響を懸念する声もある。NOAAの環境工学者トレイシー・ファナラ博士は、バブルカーテンがメキシコ湾の藻類に影響を与える恐れがあると指摘する。

     たとえば海水を無理やり海面へと上昇させてしまえば、藻類もまた強制的に海面へ連れて来られることになる。こうした1つの変化は、ドミノのように連鎖的に次から次へと別の影響へと発展するかもしれない。

     これ以外にも、台風はその地域にとって必要不可欠な雨を降らし、乾いた滞水層を潤わせるという役割を果たしているために、これを完全に消し去ってしまうわけにもいかないという。

     とはいっても、バブル・カーテン技術を完全に諦めてしまうのではなく、小規模で運用したり、ここから学んだことを別の分野に応用するという可能性はあるようだ。

     「沿岸部の海水温を変えて、台風を弱めるというのは1つの方法です。ですが、地球の自然プロセスについて、私たちはまだ完全に理解していません」とファナラ博士は語っている。

    Norwegian company hopes bubble curtain technology can combat major hurricanes

    written by hiroching / edited by parumo

    追記(2012/09/20) 摂氏と華氏の表記を追加して再送します

     
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    台風が大型化する前に泡のカーテンで冷却して沈静化させる新技術が登場


    (出典 news.nicovideo.jp)

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    全滅したニホンカワウソやニホンオオカミ、ニホンアシカなども復活できるのかな?

    1 かわる ★ :2021/09/15(水) 18:01:45.16

    米国の「Colossal」社は、絶滅したケナガマンモスを復活させ、北極のツンドラに棲息させるというプロジェクトを発表した。ガーディアン紙が報じた。

    米国の主要大学の遺伝学者と生物学者はマンモスのDNAとマンモスと近親関係にあるアジアゾウの遺伝子を組合せることを計画している。現在、アジアゾウは絶滅の危機に瀕している。まず専門家は、未来の生物が寒冷地に適応し、当地で安定した生活を送るのに必要な遺伝子の収集を行う。

    プロジェクトのため研究者らは保存状態の良いマンモスの遺骸を活用する。収集された胚はアジアゾウの雌の胎内または人工の内蔵内で培養される。
    今後、この動物の個体群は、永久凍土の溶解の鈍化を図るため、北極のツンドラに放たれることになる。

    同プロジェクトの実現に向け1500万ドル(約16億4300万円)が用意されている。しかし、マンモスの復活計画には反対の声もある。反対者らは、この案は信憑性がないと考えており、実験がツンドラの生態系に予測不可能で破壊的な変化を引き起こすおそれがあると危惧している。
    https://jp.sputniknews.com/science/202109158691745/


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    現実になるのかな。

    沖縄科学技術大学院大学(OIST)は8月10日リチウムイオン電池の高性能版ともいえる「リチウム硫黄電池」の最適化に取り組み、製造過程を加速させて溶解が発生する可能性を抑制すると同時に、不要な生成物を吸収するハイブリッド材料を考案し、長寿命、短い充電時間、長い1充電時間(再充電が必要となるまでの時間)を実現することに成功したと発表した。

    同成果は、OIST エネルギー材料と表面科学ユニットのフイ・ジャン博士、同・ヤビン・チー教授らの研究チームによるもの。詳細は、英オンライン科学誌「Nature Communications」に掲載された。

    リチウムイオン電池を超す高性能な2次電池の開発が世界中で進められている。そうした次世代2次電池の候補の1つにリチウム硫黄電池がある。現在のリチウムイオン電池で用いられているリチウムを含む酸化物などの正極材料は、蓄電容量が限界を迎えつつあり、さらに高いエネルギー密度を持つバッテリーを実現するため、理論容量が従来正極の理論容量の最大6倍とされている硫黄正極を活用する形で実現される2次電池だという。

    その商業化と普及においてネックとなっているのが、中間生成物が溶解しやすい点だという。電池を製造する際、硫黄がリチウムと反応して生成物ができるが、それには2つの段階がある。

    第1段階で生成されるのが「多硫化リチウム」で、多硫化物の「ポリスルフィド」に溶解しやすい性質を持っている。ポリスルフィドは電池の性能を低下させるため、寿命が短くなってしまうという。また電池を最適化するためには、最終生成物の「硫化リチウム」に可能な限り素早く変化させる必要もある。

    そこで研究チームは、不要なポリスルフィドを吸収する二酸化チタン(TiO2)と、製造過程を加速させる窒化チタン(TiN)という2種類の材料を用いて、利用しやすいハイブリッド材料を開発したところ、電池の性能を向上させる優れた効果があることが確認されたとした。

    これらの材料は繊細なものであるため、効率向上に向けナノオーダーで調整を実施。その結果、10nmの窒化チタンと5nmの二酸化チタンを使用した構造が最も効率的であることを見出したという。

    これにより、充電時間が短縮されるほか、再充電が必要となるまでの時間が長くなり、電池そのものの寿命も長くなったとするほか、実際に充放電を200サイクル繰り返して、その効率がほとんど変化しないことを確認したという。

    なお、今後は、電池の性能を向上させるため、材料のさらなる最適化を図っていくとしている。
    (波留久泉)

    画像提供:マイナビニュース


    (出典 news.nicovideo.jp)

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