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[音楽]
市ですおはようございます このポッドキャストは僕が毎週お送りしているニュースレター steam ニュースの音声版です
steam ニュースでは科学技術 工学アート数学に関する話題をお届けしているんですけれども
こちらのポッドキャストではまあその steam ニュースの内容プラス
僕の個人的な思いなんかも一緒にお届けできればと思っています 今週はですね
steam ニュースの第46号と第47号から絶対温度への道というタイトルでお送りしたいと思います
第46号第47号あの前編後編という形でね2回に分けてお送りさせていただいたので まあこのポッドキャストでは一本にまとめてお送りしたいと思います
今日も最後まで楽しんでいただければと思います
本題に入る前に前回お送りした複雑さの中の秩序というテーマの ニュースレターポッドキャストに対してコメントいただきましたのでそれについてあのまずお答えを
ねしておこうと思っています 読者の方から steam ニュースの読者の方から複雑さの中の秩序というタイトルの
レターの中で気象の予測というのが大変難しいというお話をさせていただいたんですね
これはプレイヤーがものすごく多い水分子も入ってくるし 空気を構成している分子も入ってくるし太陽からのエネルギーもあるしということでプレイヤーが
非常に多い というお話をさせていただいたんですけれども
単なるプレイヤーの多さだけではなくて送天位 つまり液体が蒸発して期待になるとか氷が溶けて水になるとかそういった送天位もあるから
余計難しいんじゃないですかというご意見いただきましておっしゃる通りですあの 送天位があることであの
未来予測というものが非常に難しくなるということはもうおっしゃる通りですね あのここであの追加情報の追加もさせていただければと思います
天体の運行を予測する場合というのはまた例えば太陽地球月という系を考えるときには 急にねここに何か新しい第二の月が現れましたとか
そういうことを考えなくていいんですけれども気象を考える場合は海面から 水が蒸発するとかあるいは上空で水蒸気が冷えて固まって落下する
雨ですねそういったことが頻繁に起こるためにこの 未来予測というかそのための式というのが非常に書きづらいということになります
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で今週はこのGOではですね ポッドキャストの場合GOって言うんですかね
このボリュームなんて言うんでしょうねあのすいません勉強しておきます
今週はですね 温度にまつわる物語なんですけれども
皆さんあの温度計ってまあ持ってらっしゃいますかね コロナであの体温計をね使われること多くなったと思います
あのお店入る時とかねおでこにピッてやるのも温度計ですし脇の下に挟む まあ今だと電子体温計が多いと思うんですけれども
僕らの世代なんかは水銀体温計とかね ひょっとしたらアルコール体温計とかもご記憶
にある方いらっしゃるんじゃないでしょうかね 歴史上初めて気温を数字で表そうとしたのがガリレオガリレーなんだそうですね
いやガリレオ僕はいつもあの下の名前でガリレオって呼んでるんですけども ガリレオなんかすごい色々発明してますよね
フリコ時計であったりとかまあガリレオ自身がの発明したわけではないですけども ガリレオ式望遠鏡まあガリレオ改良したガリレオ式望遠鏡であるとか
ねえ温度計まであの 発明してたんですね
ガリレオは温度計試作してるんですけどもあの ガリレオ温度計っていうのはちょっと違うタイプの温度計のことを指すようになっています
あの amazon とかで通販サイトでガリレオ温度計っていうふうに検索していただくと インテリアとしてね使えそうなちょっとおしゃれな温度計が出てくるんですけれども
ガラス壺の中にねあのもう一個ちっちゃなガラス壺が入っててそれの浮き沈みで温度が わかるっていうね
ガリレオ温度計出ているんですけどもこれはのガリレオが 考案したわけではないんですねただガリレオの弟子たちがこうしたものだそうで
弟子たちあの何人かいらっしゃるんですけども一番有名な多分トリチェリーっていう 物理学者
ですねあの現在の水銀温度計も多分トリチェリーが作ってると思うんですね でそれからまあ気圧という概念を発見したのも
トリチェリーですあの 今はね使わないですけどもかつてトールという気圧の単位があって1トールが
760ミリ水銀つまり1気圧 だったんですけど気圧の単位がねあの
水銀中であるとかそれから トールであるとかというのが使われなくなったので今はの
パスカルですねバールも使わないんですよねパスカルですよね なのでトールの名前は
過去の単位になってしまったんですけども歴史的にはトールが気圧というものを発見した トールトリチェリーですね
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トリチェリーが発見したんですねこのガリレオの弟子です 血圧とかはねまだ何ミリ水銀て使うんじゃないですかね
血圧は多分まだ使えません血圧パスカルで測らないですよね ですよねすいませんで僕はいつも血圧測るとなんかの低すぎて測定不能とか言われる
ことがあってですね ちゃんと測らないといけないんですけどもあまり関心が持ってなくていい加減なことを言って
ますすいませんはい でこのガリレオ温度計なんですけどもニュースレターではねあの代表的なものの写真を送ら
せていただきました あの podcast で聞いてくださっている方もしご存じなければ想像していただきたいんですけれども
このガラス瓶の中ガラス壺の中 これあの口がねわずかに開いていますあの空気がね
出入りするようになってるんですけれども 8は違うはちゃんと閉じてますせませんガラス瓶閉じてます
あの 閉じてますあれ本当はねあの口が開いてたらねあの狂っちゃうので閉じてるんです
でその中にあの液体まあおそらく水ですね 今ひょっとしたらの凍らないようにあの若干あの
混ぜ物がしてあるとかもし 知れないんですけどもまあ一連栗コール入れたりとかはねちょっと安全面考えてしてないような
気がするんですけどもこれあの 商品ページとか見てもね書いてなかったの多分水じゃないかなと思うんですけどガラス
壺に水が入っていてガラス壺はもう完全にあの口を閉じています その水の
チャプンチャプンている中にさらにポップカップか浮くね ガラスの子玉が入っているんですね
でそのガラスの子玉も中には液体が入ってまあおそらくは着色した水が入っていて そのガラスの子玉重さが少しずつ変えてあるんですよ
で気温によってその例えば赤い子玉は浮いていて青い子玉は沈んでいてとかね いうことがあってその子玉に書いてあるメモリーを読むと今何度がし
何度だから 8
26が どっちだろうな26が
8沈んでて上に行ってて28が沈んでるとかまあそういうのを見ると合間に16と28の間 だなぁみたいなことがね
わかるんですけれども略だったかもしれませんあのニュースレター 略は書いてありますけれども
そんなねあの ガリレオン時計が発明したわけじゃないけれどもガリレオン時計というのがあります
これはですね気温が高くなると中の液体もおそらく水が少し膨らむという現象を利用しています
液体が少し膨らむということは逆に考えるとまあ1リットルあたり単位体積あたりの重さが少し 減るんですね
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密度が少し小さくなる軽くなる1リットルあたりですね軽くなる 瓶の中の壺の中の
8水の量は変わらないんだけれども気温が少し上昇する水温が少し上昇すると体積が 少し膨らむ
お水の体積が少し膨らむということはあの中の液体もお水の比重が少し小さくなる 密度が小さくなる1リットルあたりの重さが少し減るということです
例えば真水だとしましょうあのガラスの中がね真水だとしましょう20度の時 接し20度の時は1リットルあたり998グラムの重さを持ちます
20度の時は1リットルあたり998グラムなんですね1キロより少し軽いですね これは30度の時はさらに軽くなって1リットルあたり996グラムの重さになります
これねあの水分子の間隔が少し広がるせいで
1リットルあたりの重さが軽くなるんですね でここにまあ体積10 c のボールがあるとしますあの1 cc っていうのはね
あの本来はの si あの国際標準単位系 インターナショナルシステムでは使わない単位なんですけども便宜上
千分の1リットル1 cc というふうに呼ばせていただいて cc はねキュービックセンチメートルなんですけども
そうすると10 cc は100分の1リットルになりますから
まあ お水をね
その10 cc のボールを沈めたらお水が10 c 傘増しすると でもしこのボールの重さを9.97グラムに設計したとしましょう
そうすると これ浮くかどうかなんですけどもこのボールは10 cc 分の水をね
押し出そうとするので ごめんなさいあのもし水温が20度だと
9.98グラム分の水を押し出そうとするんですね ところがボールが9.97グラムなのでそれよりも水の方が
重いのでボールは浮きます一方水温が30度であれば ボールが押し出した水の重さというのは9.96グラムなのでボールの方が重いので
ボールが 沈んでいくんですね
つまりこの9.97グラムのボールは 水中にね入れた時にもし水温が20度であれば
浮きます水温が30度であれば 沈みます
ということはこれも温度計に使えるわけですね
重さを少しずつ変えたボールを水の中に入れておくとその日の水温 つまり気温に応じてボールの浮き沈みが変化すると
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これによってボールに目印をつけておくと気温が読み取れる これが市販されているガリレオ温度計の原理でした
ガリレオ温度計はボールの重さとボールが押し出した 水の重さとを比べてボールの方が軽ければ浮いてボールの方が重ければ沈むという
原理を使ったものでした この原理はですねこれはガリレオが発見したわけではなくて
アルキメデスの原理というふうに呼ばれています アルキメデスが発見した
おそらく正しいことだと思うんですけれどもアルキメデスが発見したとされている原理です
アルキメデスの原理ねおそらくこのポッドキャストを聞いてくださっている方はよくご存知だと思うんですけれども
ちょっとおさらいをねさせていただくと 紀元前3世紀第一次ポエニ戦争の時代ですね
シチリア島の白草を支配していたヒエロン2世という王様がいました ヒエロンであったりとかヘーロンって書いてある本とかもねあると思うんですけれども
ある日ヒエロン2世が金細工士に純金の王冠を作らせるんですね
金細工士が原材料の純金にこっそりと純銀を混ぜて 純金をね猫ババしてるんじゃないかと疑うんですね
これ多分誰かが悪口言ったんでしょうね あの金細工士が純金くすめてるんじゃないかというふうに言ったんですね
でまずこのヒエロン2世が親族でもあり 孔明な学者でもあったアルキメデスに金細工士が布施をしてないかを調べさせます
でもちろん王冠なので壊したり溶かしたりすることはできないんですね
王冠を溶かして元の金の大きさに 金の塊にすれば大きさを比べればね
体積が増えていれば この純金でかさ増ししたんじゃないかということがわかるわけなんですけれども
王冠を溶かすわけにはいかないので頭を抱えるんですね アルキメデスはどうしようと思うんですけども
ここで僕は思うんですけども この時代ですからね 紀元前3世紀ですからね まだ人権とか言われてない時代ですから
王様が金細工士を捕まえていきなりお前猫ババしただろうって言ったりとか
ぶん殴って白状させるとかしなかったのは偉いと思うんですけども アルキメデスも頭を抱えるわけですよ
どうしようと思うんですけども アルキメデスってご存知の通りギリシャ人なんですけども
白草っていうのはシチリア島なのでローマ文化なんですね ローマといえばテルマエですよね 公衆浴場ですよね
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シチリア島はね天然温泉もあったりして 白草にはなかったようなんですけれども
ニューヨーク文化っていうのは広く普及していたようで アルキメデスもねお風呂に入る公衆浴場に入るんですね
入ってお湯がざぶーんと溢れましたと
この時にアルキメデスの中で2種類のことが起こったんですね
一つは湯船からお湯がざぶーんと溢れたのを見たんですね ああお湯溢れたって
二つ目はアルキメデス自身が体が軽くなったと感じたわけですね お湯の中で体が軽く感じますよね
そこでアルキメデスピンときたんですね
溢れさせたお湯の分だけ自分の体が軽くなったんじゃないかと思ったわけです この直感は正しくて
アルキメデスは その時にギリシャ語ですね ギリシャ人なのでギリシャ語なんですけども
エウレカって作権だそうなんですね ギリシャ語で「わかったぞー」という意味なんですね
英語のね「ユーレカ」っていう風に英語で読みしますけども アルキメデスは古代ギリシャ人なので
「ヘウレカ」って発音したそうです
まあめちゃくちゃ嬉しかったんでしょうね あの裸で服は手の前に忘れてそのまま走って
家に帰ったそうです 当時のね古代オリンピックも全裸で実施されていたので
男性の裸っていうのはそんな珍しいものじゃなかったと思うんですけれども それでもこれがねエピソードとして語られているっていうことは
それなりに珍しいことだったと思うんですね
元の話に戻りますと純筋というのは1ccあたり19.3gです 重いですね
ということは純筋1kgで作った王冠 1kgの王冠って結構重いですよ
この王冠の体積が51.8ccになるんですね 意外と小さいですよね
筋はねあの薄く伸ばせますからね 50ccっていうのは
あの大さじ3小さじ1なんですね だから意外と51.8ccの王冠っていうのは
大さじ3小さじ1 筋が大さじ3小さじ1分って意外と小さいなって感じなんですけども
一方純筋の方ですね シルバーの方は1ccあたり10.5gしかないんですね
筋の半分ぐらいしかないんですね でもし筋細工師が
純筋1kgを王様から受け取ってそのうちの3割 300gをくすねて300g分の純筋を混ぜたとしましょう
あんまり混ぜちゃうと色変わっちゃうので 3割だけ純筋に混ぜたとしましょう
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王冠軽くなるとバレちゃうので同じ重さにする トータルで1kgにしようとすると体積が64.8ccに少し太ります
銀は筋より軽いので同じ重さにしようとすると王冠がちょっと大きくなっちゃうんですね
アルキメデスは王冠と同じ重さの純筋を王様から借りたと思うんですけども
水に沈めて溢れ出る水の量を測りました これで同じ重さの純筋の体積を求めたんですね
次に彼は王冠を水に沈めてやはり溢れ出る水の量を測りました
両者が一致すれば王冠は純筋でできているということになるんですけれども
王冠を水に沈めた時の方が溢れ出る水が多ければ王冠には純筋以外の何かが混ぜられているということになります
時代的に見ても純筋に混ぜたのはおそらく純銀でしょうね
プラチナとかはまだできない時代ですし
銅を混ぜると色がピンクゴールドになってしまうのでバレバレになります
金と銅は同じ黄色系の色には見えるんですけども
金と銅を混ぜるとピンクゴールドは日本語だと金垢の色になるので
デザイナー用語ですかね金垢ってねちょっと下品な色になるので
多分銀混ぜたと思うんですね
もちろんこの話は銅を混ぜたとしても成立します
もしこの溢れた水の量というのを正確に比較すれば金材屑が何%
金以外混ぜたのかというのもねわかります
アルキメデスの方法それからガリレオの温度計についても
実はその気圧の影響というのを受けるんですけれども
この程度の計算では非常に十分な精度で働きます
アルキメデスはこのようにして金材屑が不正したかどうかを見抜きました
伝承によるとこの金材屑は多から純金を盗んでいたそうなんですね
天才数学者にアルキメデスのことなんですけれども
完全犯罪と思っていたのが見破られてしまいました
ただ彼のおかげでアルキメデスが新しい科学を発見したとも言えるんですけれども
残念なことにこの金材屑の名前は残っていません
ただこれは余談なんですけれども
金材屑がもし今の時代300gの純金を同じ重さの純金とこっそり交換していたとしましょう
つまり今の相場で交換したとしましょう
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純金が1g当たり現在の相場で7100円
純金が1g当たり100円前後なんですね
300g入れ替えたら210万ほど儲かることになるのはやりたくなりますよね
古代ローマだと金と銀の価値の比率というのは現代とはだいぶ違って
10対1前後だったんですね
それでも色が変わらない程度に混ぜちゃえというインセンティブが働くというのはしょうがないところかなとは思います
そんなことを古代ローマ非現世代3世紀にあったというお話でした
さて温度のことなんですけれども
これよくよく考えてみるとすごい発見なんですね
温度計がなかった時代は
例えば水が沸騰する温度が世界で共通かどうかということも知られてなかったわけですね
ガリレオガリレーが空気の熱膨張を使った温度計を発明していますから
近代的な温度計というのは16世紀からということになります
その後ガラス缶に封入したアルコールの熱膨張を使った近代的な温度計
これもガリレオがいたフィレンツェで発明されています
誰が発明したか名前残っていないんですがフィレンツェで発明されています
温度計のメモリーは残念ながらガリレオもメモリーは売っていたんですけれども
これが世界共通になるということは当時はありませんでした
というのは基準がなかったんですよね
そもそも温度計がないので基準がないんですよ
そこを何とかしようとしたのが17世紀入ってからで物理学者のアイザックニュートン
これは水が凍る温度がおそらく世界共通だろうということでここをゼロにしました
当時はまだ受信法がヨーロッパでもいうほど普及してないので
高い方の温度これ12度にしたんですけれどもニュートン温度で12度にしたんですけれども
高い方の基準どうしたかっていうと人間の体温を使ったんですね
今の36度から37度の間ぐらいをニュートン温度で12度にしました
これなんで人間の体温を基準にしたのかなって今から見たらそんな曖昧なと思うかもしれないんですけれども
当時その水が沸騰する温度が世界共通だというのは知られてないですから
沸騰したまま持ち運ぶわけにもいかないですから
そうなると行き来できる温度が大体一緒なものっていうと人間なんですよね
猫ちゃんでもいいのかもしれないんですけども
例えばニュートンが大陸に行ったかどうかわからないんですけども
大陸との交流はありましたし大陸から人が来ててそれで会ってはいますので
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人間同士体温一緒だねっていうことはわかったはずなんですね
そこで人間を基準にして人間の体温を高い方の基準低い方を氷の温度として
氷が溶ける温度ですね0度とニュートン温度で12度というのを提案しました
ただイギリスは冬当然ロンドンでも氷点下なるので
ただ17世紀というとヨーロッパではまだマイナスの数字っていうのがそれほど受け入れられてないので
ひょっとしたら氷点下はなかったことにしてたんじゃないかなとも思います
1702年にオランダの天文学者オーレ・レーマーが塩と氷の混合物の温度
これは氷点が下がります氷温度が下がります塩と氷の混合物の温度を0として
水の沸点を60とするレーマー温度を提案しました
60採用したのも当時ね受信数がそれほど普及してなかったのが原因で
より便利な十二振法であるとか六十振法であるとかが科学の言葉だったんですね
科学であり商売の言葉だったんですね
レーマー画期的だったのは今度は水の沸点を高い方の基準にした
つまり水が沸騰する温度は世界共通だろうというふうに仮定して
高い方を60にして低い方彼はオランダの人なんですけど
オランダもやっぱ寒くなるので冬はマイナスを避けるためだと思うんですね
あの塩と氷と混ぜて温度を下げてその温度を0にしました
飽和食塩水は摂氏温度でとマイナス22度で凍るんですけれども
レーマーが用意した塩と氷の混合物はマイナス14度ぐらい摂氏マイナス14度ぐらいで凍ったそうです
まあだから現在の摂氏マイナス14度がレーマー温度で0と
それから摂氏100度がレーマー温度で60度というふうに考えたようなんですね
どうもそのレーマー温度で0度っていうのが今の気温の表なんかで見るとオランダで一番寒い日ぐらいですね
マイナス14度っていうのがレーマー温度0度っていうのがオランダで一番寒い日ぐらいの気温になります
レーマー温度で60度上限じゃないですけども高い方の基準が水が沸騰する現在の摂氏100度ということになります
でその後ですねちょっと不可解なことが起こるんですけども1708年にオランダにいたドイツ人技術者のガブリエル・ファーレンハイト
これはもう皆さん名前ねきっとねご存知だと思うんですけどファーレンハイトがレーマーの温度計を改良して
現在まで使われているファーレンハイト温度計を作りましたファーレンハイト温度メモリーですね
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日本語ではカッシという風に略しますカッシナンド聞いたことあると思いますね
カッシって花っていう字ですけども中国語でファーって発音するのでファーレンハイトの略になっています
ファーレンハイトがね温度メモリーをどういう風に決めたかというのはね諸説あるんですよこれよくわかってないんですけど
ただカッシ0度ファーレンハイト0度はセルシウスの-17.8度になります
それからファーレンハイトの100度こちらがですねセシの37.8度になるんですよくわかってないです理由が
-17.8度の方ファーレンハイト0度の方は氷と塩カーモニウムと水の混合物
当時一般的だった乾燥という温度を下げるための混合物ですね
氷の塩の代わりに塩カーモニウムを使って温度を下げたもので当時手に入った最も低い温度ではないかとも言われてるんですけども
ただ飽和食塩水が-22度まで落ちるのでこれはちょっと真偽不明です
ただ-17.8度セシ-17.8度を低い方の基準にしました
人間の体温をひょっとしたらファーレンハイトは96度に設定したんじゃないかと当時60進歩で100に一番近い便利な数字というと96なので
人間の体温96度にしたんじゃないかとも言われてるんですけどこれも真偽がわかりません
ただちょっとよくわかんないんですけどなぜかアメリカではまだファーレンハイト温度が使われてるんですね
もういい加減にしてよマイルとかポンドとかファーレンハイトとかなんでアメリカは全部逆に行くんでしょうね
ということをちょっと思いました
で先からセシと呼んでるのは正しくはセルシウス温度と言いまして
これはスウェーデンの天文学者アンデルス・セルシウスが1742年
ファーレンハイトが温度計改良してから約30年後ですね
セルシウスが考案したものです
当初はねプラスとマイナス逆だったそうで水が0度で沸騰して100度で凍ったそうなんですね
スウェーデンなのでより寒くなるので飽和食塩水はね122度で凍ることになるんですけども
この時代の人たちよほどマイナスが嫌いだったということなんだと思います
その後セルシウス温度はねプラスとマイナスを逆転させて現在に至ります
英語ではねセルシウスってCって書くじゃないですか接地点4度CのCですね
アメリカ人はねこれセンチグレードって呼ぶんですよセンチってあの100分の1って言うんですよね
センチグレードって呼ぶんですけども
あの僕の師匠のねスウェーデン人教授がアメリカ人はけしからんとセルシウスというスウェーデン人の名前を思い出せみたいなことをねおっしゃってました
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温度計で温度を測るこれはファーリン・ハイトだろうとレーマーだろうとニュートンだろうとかイレオだろうとそれからセルシウスだろうと
何で測ろうと温度計測る温度計で温度測るという行為はね同じことなんですけれども
本当は何を測ってるのかということはこれは実は難しい問題なんですね
例えば電気ストーブに温度計近づけるどんどんぐんぐん上昇するんですけれども
じゃあ電気ストーブの温度って何なのとか
接してるわけじゃないじゃないですか
それから放射温度計っていうねお店に入る時におでこをピッてやると非接触どんどん測れるんですけども
これ何の温度を測ってるのっていうねことがあるかと思うんですけれども
これはですね色温度という物理量の方が近い概念だったりするんですね
そこら辺のね話温度とは何かそれから
温度って高い方はね無限にあるんですけど低い方は加減があるんですね
絶対0度っていう加減があるんですけれども
その絶対温度ってなんだという話をねこの後続けていきたいと思います
さて番組後半はですねこの絶対温度への道ということで
いよいよね革新に迫っていきたいと思います
セルシウス温度つまり我々が知っている普通の温度で
0度の氷と0度の水どちらが冷たいと思いますか
もちろんね同じ0度なので温度は一緒なんですけれども
どっちが冷たく感じるかっていうと氷の方がより多く熱を奪うんですね
ということで温度と熱は区別して考えないといけないということがねよくわかると思います
氷が奪った熱は氷の中に潜んでいくように見えるので
1750年のスコットランドの科学者ジョゼフ・ブラックによって潜熱と名付けられました
潜熱あの潜む熱ですね潜水艦の潜入熱ですね
この当時熱とは何かという議論はね当然あったんですけれども
ブラックはあの実証されたもの以外を論じないというまあ潔い態度を貫いたおかげでですね
熱とは何かについてはあまり多くは語りませんでした
ただ彼の潜熱の発見というのがこれから述べる熱疎節という学説を強く投資したんですね
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物体の温度が変化するのは熱というものが出入りするからだという考え方は古くからありました
ブラックの潜熱の発見はその熱が潜るから温度が変わらないということをね
暗示したんです潜るというのは隠れるという意味ですね潜水艦のように水面下に隠れるから
0度の氷っていうのがあの熱を吸い取っても隠していて0度の水に変わっていくのでその間は熱が見えないところにいるんだと
ということですね0度の水は熱を吸い取ると温度が上がっていきます
古代ギリシャでは火、空気、水、土を四大元素としていたんですがこれは古代ギリシャ人たちが火を物質と捉えていたことを意味します
火は熱と同一致されていましたから熱が物質であるという考え方は受けられやすかった土壌があったと言えると思います
実際ブラックが活躍した18世紀には熱は目に見えず重さもない物体熱素だと考えられるようになっていました
ただですね16世紀17世紀の人ガリレオガリレイは熱を火の粒子の運動と考えていたために熱素という物体があるという考え方とは一線を隠していたんですね
ただこの考えは19世紀まで受け入れられませんでした 現在では熱素説は否定されていてガリレオガリレイは運動説の方が実際に近いんですけれども
当時これを見た人はいなかったわけですから間違った方向に進んじゃっても仕方なかったとは言えると思います
この時代ね熱と温度が違う物理現象というのが徐々に理解されていきましたこのブラック以降徐々に理解を深まっていった時代ですね
では熱素と温度の関係はどんなものだったのか 物体に熱素が染み込んでいくと温度を上昇させるか
あるいは氷が水になる時のような相転移がある場合が 旋熱とあて潜り込むか
二通りがあるということにされたんですね 物体に熱素が染み込んでいくと物体の温度が上がるか氷が水になる時のような
旋熱とあて潜り込むか 必ずね氷が水になるわけじゃないんです ある程度までは溜め込むので氷のままなんですけども
だから氷って火で炙っていってもしばらく氷のままなんですよ これ氷の温度が上がってるわけじゃなくて氷の中に当時の人の考え方としては熱素を溜め込んでいる状態
というふうに考えたわけですね
この物体に染み込ませた熱素の量と温度の間には 相転移がない場合ですね比例関係があるとされました
例えば金属の塊鉄の塊とかあるいは水に蒸発する前ですね 沸騰する前であれば
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熱素を投入すればその分温度が上がるというふうに考えられたんですね当時 その比例係数を熱容量または非熱というふうに呼んだんですけども
これは現在でも使われている概念です近似的に使われている概念です 水の非熱がだいたい1になるようにというのでカロリーという単位が考えられたりとか
してますけれども これだけの熱を加えたらこれだけの温度が上がりますよというのを非熱あるいは熱
容量ですね体積にもよるので熱容量という言い方もします 18世紀フランスの科学者アントワーヌラボアージェは熱心に熱素を研究して
それまでの研究の混乱を整理して熱素に新たにカロリックという名前を与えました まあそれまでの熱素はねフロギーストンと呼ばれてたんですけども
ラボアージェはカロリックという名前を与えて概念を整理したんですね 当時知られていた元素のリスト水素とか
金とか銀とか鉄とかですねそういう当時の知られてたリスト酸素は当時ギリギリまだ知られて なかったかな
カロリックというね 元素を追加しました
これ後で間違えたとわかるんですけどもラボアージェはまあカロリックという元素があるといろんな 科学現象説明できると考えました
ラボアージェはまたあのフランス人数学者のラプラスと共同で 熱量保存則カロリックの量保存則というね法則も提唱しました
カロリックというのがどっかでポーンと生まれるわけでもなくどっかでヒュッて消えるわけでも なく物体の間を流れていくだけだとした説です
この保存則というのはねまあ当時エネルギー保存則であるとか運動量保存則であるとか っていうのは徐々に見つかってきた時代で
現在でもね保存則というのは物理学の中ではいろいろ形を変えて
表現される法則なのでその発想としてはねいかにもまあラプラスらしいというか 美しい法則をねあの見つけたというふうに
彼らは感じたと思うんですねラボアージェはねあの近代化学の父 まあ化学で化学のですね近代化学の父とまで
呼ばれることになったんですけどもちなみ近代化学サイエンスの方の父はガリのガリです けども
近代化学の父と呼ばれることになったラボアージェなんですけどもなんと 生まれた時が悪かったんでしょうねフランス革命中の革命裁判によって死刑宣告が
出されます1794年にギロチンで処刑されましたここがねラプラスとはね運命がだいぶ違って ラプラスはね政府公開になるんですけども
ラボアージェは処刑されました割となんかね潔く諦めてこれも運命というふうに受け入れた そうなんですけれども
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非常にね偉大な化学者を失ってしまった そのフランス革命によってまあ近代国家っていうのが成立
できたのでフランス革命がね全然その無意味だったとかも全然言わないですけどむしろ あったおかげで我々がねこの
近代国家に住むことができているんですけれどもただまぁ当時やはりこう振り子っていう のはこう
行き過ぎることは当然あるわけで最終的に裁判でまあ 裁判でねラボアージェを弁護する子がたくさんあったんですけれども
裁判長が共和国に化学者はいらないという理由で却下してしまって ラボアージェをねギロチの処刑台に送ってしまいました
でこの熱量保存速カロリックの量保存速によると例えば氷が水になるときは 氷よりも水の方が熱容量が大きいために氷が周辺の物体から
カロリックを吸い上げるということになるんですね なく当時の説ではですね1806年にフランスの
ジョセフルイゲイリュサックこれまあゲイリュサックっていうね 呼び方をするんですけれども
カロリックが正しいかどうかを確かめる実験をしました その結果はですね意外にも
カロリックの存在カロリックがあるよっていうアイディアに対して引いては熱量保存速 この当時の熱量保存速でカロリックの存在に依存してますから
その両方に対して否定的な結果が出たんですね 熱量保存速というのは間違いではあったんですけれども
後にね熱力学第一法則という重要な法則のもとになっていきます これあの
間違いではあったけれども偉大な一歩ではあったんですね 当時ねまだイギリス植民地下であったアメリカの科学者で科学者でなおかつ面白い
な料理研究家でもあったベンジャミントンプソンという方がいらっしゃって この人がね金属を削るときに
熱が無人像に発生することを発見するんですねまあ知られてたんですよ 詳しく研究したんですね
金属削るて何かというと当時はね大砲の方針削るのがまあ よく行われていてその時に熱がまあ無限に出てくると
だから熱はカロリックのような物質ではなくて何かの運動ではないかと疑ったんですね 当時は質量保存速というのは唱えられていてものが無限にできるってことは
もありえないとということは熱っていうのはもしものだとするとものが無限に生まれて くるはず
出てくることになっちゃうからそれはありえないということは熱は運動じゃないかというふうに ねトンプソン改めてばガリ漁説を
ガリ漁説をねしてたか知らないかわかんないんですけども 言い出しましたもおそらく再発見でしょう
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それからまあイギリスの科学者でハンフリーデイビーという方これも有名な方なんですけど 2個の氷をこすり合わせて熱が発生することを示したんですこれカロリック説鮮やかにね
否定したんですね氷の中からカロリックで出てきたじゃないかっていうね熱でできた じゃないかっていうね
ことをね 言ったんですねでこの最初の猫の金属削って熱が出てくるを発見したベンシャミントン
プソンという方はドイツからランフォード伯爵というね帰属の称号を受けていたために 教科書なんかではランフォードっていうふうにいい名前がついていることが青いスランフォードと
呼ばれていることが多いです そのねランフォードトンプソンさんなんですけども面白い研究もいっぱいしててアップルパイの中身は
なぜ食べたらやけどするほど熱くなるのかについてね 熱心に研究をしてたりほらあのアップルパイマクドナルドのアップルパイでめちゃくちゃ熱いじゃない
ですか あれなんだ熱くなるんだろうってね研究したりとか
それから世界の飢餓を解決するためにランフォードスープというスープを発明したりもして ます
これね大麦それからえんどう豆ジャガイモ野菜のスープ なんですねこれあのとろっとして結構アツアツの音スープなんですけどもこれはの非常に
安く手に入る 穀物それから植物だけで栄養があってカロリーも
あってカロリークじゃないですよカロリーの方ですねあの 熱量人間が食べる方の栄養額の方のか熱量があって
まあ上をすくんじゃないかということで まあ当時ねジャガイモとかはねこれま南米原産
でただ寒いところでも育つからヨーロッパなんかでね救世主みたいなてまぁ日本でと サツマイモ
あの北9秋たって救世北部で辛いもですねあの 急成種になったようなものなんですけども
まあそれを使ったスープですねあとえんどう豆入れているのも遠藤豆と大麦も入れて いるのも面白いですねまあジャガイモと大麦でどっちかが不足しても中バランスとれる
ようにパラの不足て収穫が悪くなってもスープ作れるようにと入るようなんでしょうね 日本で言うと
何ですかねあの 大根飯場大根はちょっと違うなサツマイモご飯
ご飯とサツマイモと混ぜたようなものですかねそれにまあ大豆なんか混ぜるとこれに 近くでそれを買いにするとこに近いものになるかもしれないですね
で話を戻して 熱というのは伝わり方ひょっとしたらね中学校の教科書に書いてあったかもしれなくてあの思い
出された方いらっしゃるかもしれないんですけれども 電動帯流放射の3通りの方法があります
電動は物体から物体熱が流れていくことでカロリック説に従うと物体内をカロリックが 移動していくことになりますまあアチアチの鉄とそれから冷たい鉄とかちゃんこてくっつけると
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熱い鉄から冷たい鉄にまあ熱が流れていくのはこれ電動というふうに言います これねカロリック説に従うと物体内のカロリックが流れ出ていっているということになります
帯流というのはこれゴエモンブローですね下から加熱すると上の方が熱くなっている現象ですね でこれあの実際には電動も起こっています水冷たい水たついね水が接しているのでそこで熱が
移るということと熱い水ガリレオ式温度計でお伝えしたと熱い水というのは軽くなって ますから上に登っていくので熱が流れたように見えると
実際には暑い水が移動しているんだけども熱が移動したように見えるというのは帯流ですね 最後の放射これも電気ストーブですねこれこれ長い間科学者を悩ませた現象なんです
電気ストーブ触ってないのが去ったらもうやけどですけども触ってないのに熱く感じる でこれ熱放射という現象なんですけども
カロリック説を支持していた科学者たちはこれカロリックがね中を飛んでるんじゃないかというふうに 想像してたわけです
1800年イギリスの天文学者兼音楽家今度は音楽が来ましたね ハーシェルウィリアムハーシェルという方が太陽光が熱を持ってくること
太陽浴びているとまあ暑いですよね日焼けもしますよねなおかつ太陽光に含まれる 赤外線が最も多く熱を持っていることを発見してこれプリズムで分解してね発見したんです
けども 熱放射と光は同じものではないかとうかあの疑ったんですね当時まだその
赤外線を見るカメラとかないですから見えない光なんですけれども
熱を運ぶ光があるんじゃないか見えない光があるんじゃないかということを疑いました これはこれでね新たな問題を引き起こしたんですね熱は光と同じく真空中を伝わるということになる
わけです太陽から来るんですから真空中を 通ってくるわけですよもし熱がカロリックならカロリック粒子が真空中走るから矛盾しないんです
けども あの
トンプソン ランフォード協が言う通りあるいはその
を トンプソンじゃなくてハンフリーデイビーが言う通りカロリックなんてものがないとすると真空中
何がやってくるんだ何が飛んできてるんだ ここは光と同じことで何が飛んできてるんだということになるわけですね
で a 当時ものすごく疑問になって光の問題もそうだし熱の問題も同時に大問題になって
こんな真空中をねその何か伝わるはずがないから真空はエーテルというもので 架空のガスですねこれ満たされているんだと
エーテルの振動が熱や光を伝えているんだというふうに考えたんですねただこの説 も1905年にアルベルトアインシュタインがエーテルの存在を否定する
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アルベルトアインシュタイン以前にそのマイケルソン・モーレーという方の実験によってエーテルってあったとしても検出できないし本当にあるの?
みたいなことは言われていてアルベルトアインシュタインがそもそもエーテルなんてないということをね理論上証明してみせたわけですね
面白いことにエーテルって英語でイーサーって言うんですけども イーサーネットって今もう世界中に張り巡らされてるじゃないですか
ある意味我々今エーテルの中にいるんですねエーテルネットの中にいるんですね
話戻すとその熱はカロリックではないし温度はカロリックの量でもないと
で光がエーテル内なので伝わるかというとこれはフォトンという物質に起源を求めればフォトンということ
それから古典物理の範囲でいうと電磁波という物質によらず伝わる波だということになります
で熱と温度カロリックでもないし物質でもないし物質の量でもないこれ一体なんだ
これはですね現代の物理学では熱これ英語でヒーラーですね
これはエネルギーの移動形態の一つと考えられていますというふうに定義されています
エネルギーとは何かというとね仕事をする能力なんですね仕事ってワークって言います
物理学者ってねこの日常的な言葉を使う癖がねどうもあるんじゃないかのね僕は睨んでるんですけども
だから仕事する能力っていうとこの人賢いなかなとか体力あるのかなとかバイタリティかなとか
以上持ちがちなんですけれども物理学では仕事っていうのは1種類しかないですこれは物体を加速することです
1キログラムのも物体1キログラムの静止している物体を毎秒1メートルの速度で動かすようにするというのはこれ加速することです
物体を加速することこれを仕事と言います
仕事によって物体の間でエネルギーを移動させることもできます
例えば自転車のチェーンを思い出してくださいペダルにね加えた回転はこれ運動エネルギーです
でこれペダルの回転によるの運動エネルギーは降臨に伝わってます
これチェーンがあのチェーンが加速されることによってチェーンがした仕事が降臨の回転と仕事に変わってるわけですね
これ運動エネルギーが伝わったということになります
熱はこの仕事以外の方法でエネルギーを伝えているということになるんですね
熱を受け取った物体はどうなるかというと外部に向かって仕事を少ししてその移りを内部エネルギーとして蓄えます
これがねまあ大さっぱに言うと熱力学第一法則なんですね
熱が仕事をし得ることそしてトンプソンの実験のように仕事が熱に変換されることを定量的に示したのがイギリスの物理学者ジュールの仕事でした
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ジェームス・プレスコット・ジュールですね
ジュールってなんかフランス系の名前っぽいですよねでもイギリスですよねジュールは
ところでこの内部エネルギーというのは物体を構成する分子や原子の微子的な振動
ミクロな振動つまり一個一個がブルブル震えているという運動エネルギーの相和なんですね
これ内部エネルギーと言います
内部エネルギーというのが大さっぱに言うと温度に反映されます
内部エネルギーが大きいと温度も高い
ただしこのブルブルがですね一個一個の分子がそれぞれブルブルしてるんですけども
みんなね同じ分量ブルブルしてるわけじゃないですよバラつきがあるんですよ
でこのバラつきの分布のパラメータこのブルブル度合いが大きいと
ブルブルしてるやつも多いしブルブルしないやつもいるんだけどもしてるやつが相対的に多いと
この相対的なこのパラメータ分布の係数が温度の正体なんですね
でブルブル後は一切しない状態これ理論上はあり得るんですね
正確に言うと原子一個一個というのは量子力学に従うので完全に静止というのはあり得ないんですけども
極限まで小さくした状態これをね絶対冷凍というふうに言います
古典物理学の範囲で絶対冷凍というのは存在あの原子がピタッと同じ場所にいる状態というので絶対冷凍と呼ぶんですけれども
これは摂氏温度でいうと-273.15度になります
残念なことにね物体のブルブルを完全なくすということはできなくて
一つはそのそこまでね冷却するという方法がないことと
もう一つは非常にこの小さなスケールマイクロスコピックなスケールでは
ミクロスコピックなスケールでは量子力学的な効果があるために小さな振動というのがね必ず残るんですけれども
ただ世界記録というかこれノーベル物理学賞を取った記録なんですけれども
ナノケルビンまでいったんですかねゼロケルビンはもちろん
ごめんなさいケルビンというのは絶対温度の単位です絶対冷凍のことゼロケルビンと言います
なのであの1度の幅はセルシウスと一緒で絶対冷凍ゼロケルビンというふうに呼ぶんですけれども
170ナノケルビンまでいったそうですこれノーベル賞をね受賞してますけれども
マイナスなんでしょうまあもうほぼ-273度ですよね
そこまであの冷却することがね
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できたそうですはいニュースレターの方ではね
他にもこのヨーロッパの人がいかにマイナス嫌いかという話をでつらつらと書かせていただいています
絶対温度使うとねマイナス使う必要がなってまあバンザーアイなんですけども
他にもねあらゆる場面でマイナス出てくるんですけども
ヨーロッパの人たちアメリカ人もねマイナス大嫌いというのでね
それからであの分数ができないじゃないか疑惑でアメリカ人分数ができないじゃないか疑惑とかもね
書かせていただいていますよかったらあのニュースレターの方もね無料で読めますのでぜひご登録いただいて
読んでいただければとまた言ってしまったなよかったらとぜひを重ねるのは良くないですね
ぜひ読んでいただければと思います今日も最後まで聞いてくださってありがとうございましたまた次の
ドキュラストでお会いいたしましょう1でしたでは
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