27-a1.時事、偉大な発見:科学の進歩



人工光合成の実証に初成功:2011/09/21
 トヨタ中研は、太陽光エネルギーを利用し、水とCO2のみを原料にして有機物を合成する人工光合成で継続的に有機物が合成できることを、世界で初めて実証した。
 今回は原理の実証を行った段階で、この技術の実用化にはまだ多くの研究課題が残っているという。同方式における太陽光エネルギー変換効率は現在0.04%であり、これは一般的な植物の光合成効率の1/5程度。今後より付加価値の高い有機物の合成技術の実現に取組む予定。
      



不確定性原理に欠陥、「小澤の不等式」実証:2012/01/16産経

 現代物理学の基本法則とされる「不確定性原理」が成り立たない場合があることを示す実験結果を、名古屋大学大学院の小澤正直教授とウィーン工科大(オーストリア)の長谷川祐司准教授らの研究グループが発表した。不確定性原理の“破れ”が実験的に観測されたのは初めて。約80年にわたって常識化していた現代物理の基本原理を書き直し、量子コンピュータの開発や重力波の観測など幅広い分野に波及する成果という。15日付の英科学誌「ネイチャー・フィジックス」に論文が掲載された。
 不確定性原理は、電子や原子核など微小世界の物質のふるまいを説明する量子力学の基本原理で、1927年にドイツの物理学者、ハイゼンベルクが提唱。「位置と速度のような2つの物理量をともに正確に測定することは不可能である」として、2つの物理量の測定誤差を掛け合わせると、その積は一定値よりも必ず大きくなることを示す「ハイゼンベルクの不等式」を提唱した。
 長谷川准教授らの実験グループは、ウィーン工科大のアトム研究所で行った精密な中性子観測実験で、中性子のスピン(磁石の性質をもたらす自転運動)の2つの方向を精密に観測し、測定誤差を検出。結果、誤差の積はハイゼンベルクの不等式で定まる下限値よりも小さく、不等式が成り立たない結果が得られた。
        
 小澤教授によると、ハイゼンベルクの不等式は厳密な証明がされないまま、不確定性原理の象徴的な数式として定着。80年代以降、不完全さが理論的に指摘され、2003年には小澤教授が「小澤の不等式」を提唱、測定精度の限界が破れる場合があることを、理論的に導いていた。今回の実験は「小澤の不等式」が満たされることも確認した。


◆量子力学の象徴、より普遍的に

 現代物理学は、アインシュタインの相対性理論と、ハイゼンベルクらによって確立された量子力学を柱としている。情報通信をはじめ現代社会を支える多くの技術が、量子力学に立脚している。不確定性原理は量子力学を象徴する最も本質的な原理と位置づけられ、哲学や世界観にも多大な影響を与えてきた。(情報科学に関しては、天才シャノンが一人で構築した。情報理論にも不確定性原理が入り込んでいる。)
 その不確定性原理に穴(欠陥)があったことが、世界で初めて実証された。約80年にわたり物理学の常識に潜んでいた「聞達い」を明らかにし、不確定性原理をより普遍的な原理として生まれ変わらせる成果といえる。
 小澤教授によると、不確定性原理には2通りの解釈があった。一方は、位置や速度を測定した際の「誤差」の精度限界、もう一方は、量子が本来備えた位置や速度の「揺らぎ」の不確かさを記述している。
 「ハイゼンベルクは当初、測定誤差に着目して不確定性原理を提唱し、精度限界を不等式で示した。一方、別の物理学者によって量子の揺らぎに関しても考察が深められ、明確に区別されないまま2つの解釈が混同された」(小澤教授)
 量子の揺らぎに対しても、ハイゼンベルクと同じ形の不等式が提唱され、こちらは数学的に厳密な証明が与えられたという。その結果測定誤差に関するハイゼンベルグの不等式も「証明された」と誤解され、現在でも量子力学の教科書の冒頭に掲載されるなど、常識として定着してしまったと、小澤教授は考えている。
  




「透明な紙」開発、阪大 広い応用範囲に期待:2012/02/07産経

 紙の繊維を千分の1まで細かくした「セルロースナノファイバー」を使って透明な紙を作る技術を、大阪大学・能木准教授が開発した。ガラスより軽くて丈夫なうえ、プラスチックより熱に強いことから、広い範囲での利用が可能。材料は紙とまったく同じで、化石や鉱物資源に頼ることなく製造できる。処分も容易で、環境への影響も小さいことから、紙の歴史を変える新素材として注目される。
 【ナノとセルロースナノファイバー】
 ナノとは基礎単位の10億分の1。ナノファイバーは、直径が1〜100ナノメートル、長さが直径の100倍以上である繊維状の物資を意味する。セルロースは食物繊維の一つ。



阪大、動物の模様できる仕組み一部解明:2012/2/10日経

 阪大・近藤授らは、動物の体に縞模様や斑点の模様ができる基本原理を解明した。色の違う2種類の色素細胞が触れ合うと、細胞膜の電気特性が変わって反発するように離れる。これを繰り返して各色素細胞の集まりができて模様になる。動物に共通する仕組みである可能性があるという。研究成果は米科学誌サイエンスに10日掲載される。2種類の色素細胞を一緒に培養して様子を観察した。両者が接触すると、黒色の色素細胞の電気特性が変化し、それをきっかけに黄色の色素細胞から逃げるように離れた。



暗闇で寿命延びる 半世紀飼育のハエ:2012/03/15中日

 京大や国立遺伝学研究所などムが、1954年から半世紀以上暗闇で飼い続けたショウジョウバエは寿命が延び、多くの遺伝子が変化していることを突き止め、米科学誌に発表した。
 通常は1世代が2週間のため、今は約1400世代目にあたる。人間では2万8千年分にあたる。暗黒バエは通常のハエに比べて、寿命が1.1〜1.8倍ほど延びていた。
 全遺伝子配列を調べたところ、全体の5%が大きく変化。解毒や嗅覚などさまざまな反応に関する241の遺伝子の配列に変異があったという。洞窟などで生活するネズミや魚などは近縁の種と比べて寿命が長いといわれており、今後変異のあった遺伝子を詳しく調べるという。



粘菌に知性の芽生えを探る粘菌が迷路を解く

                  日経サイエンス2012年4月号 未来大学・中垣教授

       
 まず粘菌を迷路全体を覆うように移植する(上段左)。
 迷路の2つの出入口のところに工サを置くと(上段中央の画像の左下と下辺の中央)。
粘菌は袋小箱から撤退、最終的には最短ルートだけが残る(上段右)。実験に用いるのは粘菌の変形体で、管のネットワークがあり、管の中を、液状化した粘菌の体が流れている(下段の写真)。



太陽が冬眠?地球に低温期到来か太陽の磁場の変化:2012/04/20各紙
        http://www.asahi.com/science/update/0419/TKY201204190474.html

 太陽の周期的な活動に異変が起き、「冬眠」に入って地球に低温期が到来する可能性があることがわかった。国立天文台や理化学研究所などが19日発表した。太陽の黒点の様子にも、過去に地球の気温が下がった時期と同様の変化が見られるという。
 太陽には南北両極に正と負の極があり、約11年周期で同時に反転する。2013年5月に次の反転が始まると予測されていたが、太陽観測衛星「ひので」に載せた可視光・磁場望遠鏡で、太陽の北極磁場がゼロ近くになっていることをとらえたと発表した。北極では約1年反転が早いうえ、南極は反転がみられず磁場が安定しているなど異例の様相だという。地球の環境変動につながる恐れもあるとしている。
 このペースだと、12年5月に北極のみが反転し、太陽の赤道付近に別の極ができる「4重極構造」になるという。北極だけがS極からN極に反転し、南北両極が同じN極になりつつあることを確認したと発表した。
 同様の現象は、17世紀後半から18世紀初めに長期間太陽活動が低下し、寒冷化をもたらしたとされる「マウンダー極小期」でも起きたと考えられている。近年、黒点数の減少や11年の周期が延びるなどの異変が続いており、国立天文台の常田佐久教授は「この状態が次の周期も続くと、マウンダー極小期のような時期に入ったと考えられる」と述べた。
 磁場の反転と太陽の黒点数増減の周期は通常約11年で一致していたが、2009年初めまで続いた黒点の周期は12.6年に延びている。活動周期が延びると地球が寒冷化するとされている。
 マイナス磁場(S極)だった太陽の北極域で、プラス磁場(N極)が増えたことで、ゼロ近くなったとみられる。磁場の反転は太陽表面の爆発などの活動が活発になる極大期とほぼ重なる2013年5月と予想されていた。

※登録者
 [BLUEBACKSの地磁気の謎]によれば、地磁気が逆転する時に、極端に地磁気が弱くなる期間があり、理由は不明だがその期間の始まりと氷河期の開始がほぼ同期していることが確かめられています。

 

 


■マウンダー極小期[ウィキペディアより]
 中世における小氷期中頃の寒冷期の遠因と目され、この時期のヨーロッパ、北米大陸、その他の温帯地域において冬は著しい酷寒に震え、暦の上では夏至であっても夏らしさが訪れない年が続いた。
 2010年、東京大学名古屋大学・名古屋工業大学の研究チームが、この時期の日本(江戸時代初期)は周期的に雨が多い湿潤な気候であったと奈良県内の老木の年輪を分析して結論付け、論文にまとめた。
      



日本の巨大地震は超高層大気をも攪乱した
          http://tokyo.secret.jp/art/jp-eq-2011-01.html
         オリジナル記事(英語)2011.08.08
 311で発生した巨大地震は、大地を揺るがしただけではなく、地球の大気のもっとも高い層である超高層大気圏にまで影響を及ぼしたことが最近の調査でわかった。この研究結果は、巨大な地震と津波に関しての新しい早期警戒システムの開発につながることが期待されている。
 過去の地震の研究により、地震によって発生する地表の動作はすでにあきらかになっていたが、今回の研究では、地震が発生する波動は大気での波動も誘発させることが判明した。そして、これらの大気での波動は、大気の最も高い層のひとつである電離層さえ刺激していたことがわかったのだ。
 東北の地震の後、科学者たちは、日本と台湾に設置されている約 1,000の汎地球測位システム(GPS)レシーバーを使って調査を続け、それにより、その波は地上 350キロメートルという高層圏に帯電している粒子にも波と変化を及ぼしていたことがわかった。
 調査では、地震のおよそ7分後に、電離層でディスク状(円形)に電子密度が変化していることを発見した。この変化している電子密度の同心の波動は、時速 720〜時速 800キロメートルの速度で電離層を流れた。全般的な数値として、これらは 2004年にスマトラ沖で発生したマグニチュード9.3の地震の時より約三倍大きかった。
 なお、この高層大気圏での徴候については、以前から指摘されている重要な疑問が存在する。つまり、地震の前に電離層での変化をつかむことができるのなら、「私たちは地震の発生を予測できるかもしれない」という可能性につながる。この研究結果は、6月28日に、オンラインの地球物理学リサーチ(Journal of Geophysical Research)で詳述された。

    




宇宙を埋め尽くす粘性の海
 「動きにくさ」で質量獲得 ヒッグス粒子「発見」

                     2012.7.5 00:26 産経
 巨大な加速器を使った日米欧による実験で、未知の素粒子「ヒッグス粒子」の存在がほぼ確実になった。質量はなぜ生まれたのか−。この根源的な疑問を解決するため、英国の物理学者、ピーター・ヒッグス氏が1964年に存在を予言したのがヒッグス粒子だ。
 物質は小さな原子が集まってできている。原子は電子と原子核で構成され、原子核をさらに細かくするとクォークという極微の粒子になる。電子やクォークのように、これ以上、細かく分けられない最小単位を素粒子と呼ぶ。
 物質をつくる素粒子には固有の質量がある。しかし、ヒッグス理論によると、質量は最初からあったのではなく、ヒッグス粒子によってもたらされた。宇宙は約137億年前、ビッグバンと呼ばれる火の玉状態で誕生した。このとき、すべての素粒子は質量がゼロで、真空中を何の抵抗も受けずに光速で自由に動いていた。その10兆分の1秒後、宇宙が冷えて真空の性質ががらりと変わり、陰に潜んでいたヒッグス粒子が真空を埋め尽くすように現れ、素粒子は粘り気のある「ヒッグス粒子の海」にどっぷりと漬かる状態になった。プールの中を歩くと、水の抵抗を受けて体が重くなるように、素粒子はヒッグス粒子の抵抗を受けて動きにくくなり、重さ(質量)を持つようになったというシナリオだ。光が光速で移動するのは質量がゼロだからであり、「動きにくい」ということは質量があることを意味する。
 ヒッグス粒子を目覚めさせる真空の劇的な変化は、南部陽一郎氏(91)が2008年にノーベル賞を受けた「対称性の自発的破れ」理論がアイデアの基礎になっており、同粒子が見つかれば南部理論の裏付けにもなる。ヒッグス粒子が仮に存在しなかった場合、素粒子は光速で飛び続けるので静止できない。銀河や地球、人間も存在できず、今日のような多様な宇宙は生まれなかったことになる。ヒッグス粒子は物質や宇宙の成り立ちに極めて重大な意味を持っているのだ。
 標準理論が完成しても、残りの96%は正体不明の暗黒物質や暗黒エネルギーが占められているからだ。ヒッグス粒子を調べれば、暗黒物質の手がかりが得られる可能性が有り、標準理論の枠組みを超える世界へ一歩踏み出すことになる。

 


■ニュートリノ振動「全容解明」電子型に変化確認

 三つの種類がある素粒子ニュートリノが、飛行中に別の種類に変わる「ニュートリノ振動」で、これまで未確認だった、「ミュー型」と呼ばれるタイプから「電子型」へ変わる現象が確認できた。宇宙の誕生時に多く存在していたニュートリノの性質を知ることで、宇宙の進化を探る手がかりになる。
      
 ニュートリノ振動は、ニュートリノがごくわずかの質量を持ち、2種類ないし3種類の異なる質量を持つ量子力学的な波の重ね合わせとして表されるということである。この質量については、理論的な根拠はない。ヒッグス粒子で与えられる質量は、クオークの質量のみである。だから、暗黒エネルギーや暗黒質量の解明へとつながるかも知れない。




国際標準へ 日米で新特許成立の京大iPS細胞:2012/09/19産経


iPS細胞から卵子 世界初、マウス誕生 京大:2012/10/05産経

 人工多能性幹細胞(iPS細胞)から卵子を作り出し、マウスを誕生させることに、京都大大学院医学研究科の斎藤通紀(みちのり)教授(発生生物学)らのグループが世界で初めて成功した。5日付の米科学誌サイエンス電子版に掲載された。グループは昨年8月にマウスのiPS細胞から精子を作製しており、理論的には、iPS細胞から作製した卵子と精子を受精させ、新たな生命を生み出すことが可能になった。


■京大山中教授、ノーベル医学・生理学賞 2012/10/08
国の研究費支援に感謝。「本当に心の底から思ったのは、ノーベル賞は、名目上は私とガードンさんの受賞だけれども、日本という国に支えていただいて、日の丸のご支援がなければこのすばらしい賞は受賞できなかったということを心の底から思った。まさに日本という国が受賞したものだと感じている。」と話した。また民主党の事業仕分けを厳しく批判した。



数学難問「ABC予想」京大教授が証明か:2012/09/19読売

 望月教授は19歳で米プリンストン大数学科を卒業、32歳の若さで京大数理解析研究所の教授に就任した。2005年には第1回日本学士院学術奨励賞を受賞している。
 ABC予想は、350年間以上解けなかったことで知られる「フェルマーの定理」と同様、方程式の整数解の性質を調べる分野の問題。整数A、Bと、それらを足し合わせた整数Cとの間の、素因数の関係について述べた予想で、1985年に欧州の2人の数学者が提唱した。



113番元素、発見確定=「ジャポニウム」周期表に?
    −アジア初、理研が3回合成
−    2012/09/27時事

 理化学研究所は26日、加速器実験で113番目の元素の合成に3回成功し、新元素の発見が確定したと発表した。113番元素はロシアと米国の共同研究チームも発見したと主張し、国際学会がどちらに命名権を認めるか審議している。日本に認められればアジア初で、「ジャポニウム」が有力候補。論文は日本物理学会の英文誌電子版に掲載された。



「ノアの箱舟」安全性確認 津波救命艇の試験実施 2013/02/14共同

 国土交通省四国運輸局は4日、現代版「ノアの箱舟」として全国で初めて開発を進めている「津波救命艇」の安全性試験を実施し、津波の衝撃に耐え、ひっくり返っても自然に元に戻る機能を確認したと発表した。
 試作艇は全長8・4メートル。強化プラスチック製で、衝撃を和らげるクッション材が周囲を覆う。最大35人収容。1週間程度漂流できるよう水や食料、トイレも備える。



脳が大型化すると腸が短くなる [日系サイエンス 2013年5月号]

 人為的に選別して脳が約9%大きなグッピーの集団を作った。初歩的な数を数える能力がグッピーにはあるので、数に関する学習をさせた。オスは脳が大きくなっても利点は無いようだが、メスは学習が上手になった。注目すべきは、オスは腸が20%短くなり、メスは8%短くなった。消化器系の縮小は生殖に重大な結果を生じたようで、賢くなったグッピーの子孫は19%も少なくなった。
※オスは外界の変化を素早く取り入れ、メスはその変化の有用な所を取り入れると云われています。脳の大型化と共に、オスの腸がメスに比べより短くなるのは、脳の大型化を試しているんでしょうね。結局、脳の大型化の有用な知的能力は、ワークエリアに相当するオスよりも、環境に適合する遺伝を子孫に残そうとするメスの方に発現する。腸が短くなった分だけ、子供の数が減るのであれば、自然環境で脳が大きくなるには限界があると云うことです。
※また、食べ物の影響と云われていますが、白人よりも日本人の方が腸が長い。つまり、白人に比べ日本人の方がまだ脳を巨大化できる可能性が大きい!金髪碧眼の種族は、巨人だったアヌンナキ(ニビル星人)の遺伝子を多く持つので、アヌンナキは腸が短く、すでに体型の進化を終えていたのでしょう。メッセージに「人類は体型の進化は終わり、精神の進化…」という箇所に関して、先生とのお話で人類の脳の進化はまだ終わっていないので修正が必要と云うことになりました。日本人にはプレアデス星人の遺伝子が組み込まれており、他の人類と比較して肝臓も膀胱も小さいです(日本人は綺麗好きでないと生き抜けない)。日本人には本当に大きな可能性がある!



完全な「量子テレポーテーション」に初めて成功

 東大の古澤明教授らの研究チームが、光の粒子に乗せた情報をほかの場所に転送する完全な「量子テレポーテーション」に世界で初めて成功したと発表した。
 論文が15日付の英科学誌ネイチャーに掲載される。計算能力が高いスーパーコンピューターをはるかにしのぐ、未来の「量子コンピューター」の基本技術になると期待される。
       
 量子テレポーテーションは、量子もつれと呼ばれる物理現象を利用して、二つの光子(光の粒子)の間で、量子の状態に関する情報を瞬時に転送する技術。1993年に理論的に提唱され、97年にオーストリアの研究者が実証した。しかし、この時の方法は転送効率が悪いうえ、受け取った情報をさらに転用することが原理的に不可能という欠点があり、実用化が進まなかった。
 光は粒子としての性質のほか、波としての性質を持つ。古澤教授らは、このうち効率がいい「波の性質」の転送技術を改良することで、従来の欠点を克服、これまでの100倍以上という61%の高い成功率を達成した。
 ◆量子もつれ=光子など二つの粒子が一体としてふるまう物理現象。
送り手と受け手に光子を一つずつ配り、送り手が光子を操作すれば、その瞬間に受け手の光子も相互作用を受ける。SFに登場する大きな物体の瞬間移動とは異なる。


ブラウン気体

 これは1980年ごろにユル・ブラウンによって発明され中国とアメリカが中心に研究を進めてきた技術です。『アトランティス・ブループリント 学研』より抜粋。
 ブラウンは、火花と共に両者(酸素と水素)を再結合させると、それは爆発せずに内破〔訳注−内側に破裂すること〕したのである。すなわち、両者は結合して水を生成しようとするが、その体積は遥かに小さいので、この反応を密閉容器中で起こすと、真空が生じる。
 尚、水素と酸素を水と同じ割合、水素2対水1(水素約67%)の割合で混合すると得られるのがブラウンガスである。ただし水素が63、64%以下になると爆発する。
 この気体を細いノズルから吹き出させてタバコで火を付けると、摂氏130度程度の無色透明の炎となつた。これは水蒸気よりもわずかに熱い程度なので、腕に当てて前後に動かしてみても、何も問題を起こさない。だがこれをタングステン(融点は摂氏3000度)に当てると、どういうわけか蒸発してしまうのである。カリフォルニアにある検査会社によれば、ブラウン気体がタングステンを蒸発させるとき、光学測定によるその温度は金属の融点よりも遥かに低い、摂氏6000度であった。また、シリンダー内部で「内破」が起こるときの温度はわずか4.3度にすぎない。燃焼中のタングステンの棒を手でつかんでいたことからしても、どうもブラウン気体の反応は高温によるものではないと思われる。
感想
 超音波を水中で発生させると気泡が生じます。この気泡が周囲の水の圧力によりつぶれる時、一挙に圧縮されます。私たちの技術はエネルギーを発散させ、爆発させるものばかりです。今後、超音波水泡やブラウンガス=酸水ガスのような爆縮と、爆発の両方を利用する総合技術が人類の文明を発展させるのではないでしょうか。そして、水素エンジンの今後の開発に期待しています!!)
 どう考えても、奇妙な現象である。この炎は、単に物体を熱しているのではなく、物体と反応しているのだ。相手がタングステンであった場合には、130度で温めるかわりに、タングステンを蒸発するほどの高温に相当する反応をしているのである。
 ブラウンガスに着火するとバッと燃えて周りが真空になる、炎の温度だけは280℃と非常に低い。ところが、これを鉄に当てると、鉄板1mmでも2mmでも簡単に孔がスポッとあいてしまう
 最大3300℃が出るアセチレンバーナーを当てると、ニッケルの百円玉は真っ赤になって溶けることはしないのですが、これがブラウンガスですと5〜6秒でスポッと孔があいてしまう
 タングステンの棒を用意します。タングステンというのは融点が3480℃ですから、鉄よりもタンタルよりも高いそこにブラウンガスを当てると、例えば1cmぐらいの太さの棒が15秒ぐらいで真っ赤になり、タラッと溶け出します。そして激しく燃え、昇華します。
 この気体は放射性廃棄物を解毒する能力も持っている。ブラウンは、プルトニウム同位体の崩壊によって作られた放射性のアメリシウム241をブラウン気体で燃焼させ、放射能を除去してしまった。数分間の処理によって、アメリシウムムという放射性の物質をアルミニウムと鋼鉄とともにブラウン気体で融解させる。すると処理した金属は閃光を放ち放射能が破壊され、1万6千キュリーの放射能が100キュリー(3.7Bq)に減少する


(TOPへ)
⇒(27-a2.生物に感動へ)