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質量保存の法則―トッド・ラムゼイ

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    これらの物質は
    どこから来たのでしょう?
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    この石は?
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    あの牛は?
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    あなたの心臓は?
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    物質そのもののことではなく
    全ての物質を構成しているもの―
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    原子について尋ねています
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    この疑問に答えるために
    質量保存の法則を考察していきましょう
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    この法則は孤立系―
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    物質もエネルギーも行き来できない
    境界の内部として定義される系において
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    その孤立系の中にある質量 ―
    つまり物質とエネルギーは
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    生成されることも
    消滅することもないというものです
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    私達が知っている限り
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    宇宙全体も１つの孤立系といえます
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    しかしそちらを考察する前に
    ずっと小さく簡単な場合を考えてみましょう
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    ここに炭素原子が6個
    水素原子が12個
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    そして酸素原子が18個あります
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    わずかなエネルギーで
    これらの分子は動き始めます
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    原子同士が互いに結合して
    身近な分子を作ることができます
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    水ができました
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    こちらは二酸化炭素です
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    質量は増えることも
    減ることもありません
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    手持ちの原子でどうにかしなくてはいけません
    他に何ができるでしょうか?
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    彼らにも独自の考えがあるようです
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    ご覧ください　もっと二酸化炭素と水ができて
    ６個ずつになりました
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    もう少しエネルギーが与えられ
    単糖類１個といくつかの酸素ガスに
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    作り変えられました
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    炭素６ 水素12 酸素18の原子が
    全部使われています
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    加えられたエネルギーは
    原子の結合として保存されています
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    そのエネルギーは再度
    放出することも可能です
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    この糖を水と二酸化炭素に
    戻せばいいのです
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    そこにはまったく同じ原子がいます
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    いくつかの原子を取り除き
    少し破壊的な実験をしてみましょう
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    これはメタンです　牛の鼓腸症に
    関連して良く知られています
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    ロケットの燃料にも使われています
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    酸素とエネルギーを少々加え―
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    たとえばマッチで火をつけることで
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    燃焼して 二酸化炭素と水が生成し
    さらに より多くのエネルギーが発生します
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    メタンには４個の水素が結合していましたが
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    燃焼後も４個の水素が２個の水分子に
    くっついていることがわかります
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    最後になりますがプロパンがここにあります
    別の燃焼性ガスですね
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    酸素を加えて火をつけてみましょう
    バン！
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    水と二酸化酸素が増えました
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    今回は二酸化炭素分子が３個になりました
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    プロパン分子には３個の炭素があって
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    これらは どこにも
    逃げることはできないからです
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    同一の原子の組み合わせで他にも
    いろいろな変化をさせることができます
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    常に「質量保存の法則は真なり」なのです
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    どんな物質やエネルギーも
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    化学反応を終えた後にも存在し
    同じ分子が占めています
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    質量が生成されたり
    消滅されるたりすることがないのなら
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    これらの原子はもともと
    いったいどこから来たのでしょうか
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    時計の針を戻してみましょう
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    もっともっと ・・・ もう少し戻って下さい
    ずいぶん前です
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    はい そこです
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    ビッグバンです
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    宇宙の誕生後の３分間
    粒子からなる―
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    高エネルギー状態のスープ状態から
    水素が作られました
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    最終的にはたくさんの原子が集まって
    星を形成したのです
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    このような星の内部では
    軽い元素―
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    水素やヘリウムなどが核融合を起こし
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    炭素や酸素のような
    より重い元素に作り替えられたのです
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    一見するとこの変化は
    質量保存の法則に反しているようにも思えます
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    なぜならものすごい量のエネルギーを
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    どこからともなく放出しているからです
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    しかしアインシュタインの
    有名な方程式のおかげで
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    エネルギーは質量と等価であるということが
    分かっています
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    反応前の原子の総質量は
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    生成物の質量より
    ほんのわずかながら多いのですが
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    その差がエネルギーの増加分に
    ぴったり等しいのです
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    このエネルギーは星から発せられる
    光、熱や高エネルギーの粒子となります
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    最終的にはその星は超新星爆発を起こし
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    作られた元素を宇宙にばらまきました
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    手短に説明すると
    他の超新星からも放出された原子が集まり
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    地球を形成し
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    46億年後に
    この小さな孤立系の実験で
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    個々の役割を果たしているのです
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    しかし原子が集まって
    私達の身体や
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    例の牛や石を構成する原子ほど
    興味深いものはありません
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    例の牛や石を構成する原子ほど
    興味深いものはありません
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    ですからカールセーガンの
    有名な言葉にあるように
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    「私たちは星の材料だけでできている」
    のです
Title:
質量保存の法則―トッド・ラムゼイ
Description:

私達が住むこの宇宙に存在するものには、最も小さな原子から最も大きな星にいたるまで、すべてに質量があります。しかし質量の総量は、星々、惑星，そしてあなたが存在している間―誕生してから死に至るまでの過程において― 一定に保たれるのです．では質量を維持しながら宇宙はどのように成長するのでしょうか？質量保存の法則を解き明かすことによってトッド・ラムゼイがその疑問に答えます。

講師：トッド・ラムゼイ
アニメーション：ヴェグソー/バニエイ
＊このビデオの教材 : http://ed.ted.com/lessons/the-law-of-conservation-of-mass-todd-ramsey
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Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TED-Ed
Duration:
04:37

Japanese subtitles

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