そして男は時計を捨てた・・・

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嫌われ者の「花粉」がきっかけになった科学史

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それは、今からおよそ200年前の話・・・



当時のイギリスの植物学者であったロバート・ブラウンは、受粉の機構を解明すべく日々研究に取り組んでいました。そして1827年のある時、ブラウンは水に浮かべた植物の花粉を顕微鏡で観察していると、花粉から弾け出た微粒子が、ジグザグ状の不規則な動きをしていることを発見したのです。



ブラウンは当初、この粒子の動きは花粉の生命力による動きなのではないかと考えました。



しかし、実験を進めていくにつれて花粉以外の葉っぱや茎などの植物の他の部分に傷をつけて観察してみても、やはり不規則に動く微粒子が見られたのです。さらに研究の対象を広げていくと、細かく砕いた化石や鉱物などにもこの動きがみられることが分かりました。




これらの結果から、ブラウンの当初の仮説(ジグザグ運動は生命力による動きである)は誤っていることが分かりましたが、その代わりにどんな物質の微粒子でも水に浮かべると不規則に動くという法則を見つけることができました。




後にこの運動は、「ブラウン運動」と名付けられました。今では、ブラウン運動は水以外の液体や気体の中でも起こるということが分かっていて、高校の化学でも教えられるほどの重要な現象です。



しかし、ブラウン運動は科学史上でもっと重要な意味を持っています。それは、原子と分子が本当に存在していることの根拠となったということにあるからです。

 

では、そもそも「原子」や「分子」とは何なのでしょうか?



今では、あらゆる物質は原子や分子という小さな粒からできているということは当たり前のことになっていますが、実はこのことが広く信じられるようになったのはせいぜい100年ほど前の話なのです。




原子・分子という考え方自体はずっと昔の古代ギリシアの時代から唱えられていたことを考えると、ごくごく最近のことだとわかります。



それまでの間は、原子説・分子説はあくまでも一つの仮説にすぎず、批判する科学者もたくさんいました。



なぜブラウン運動が原子論の証明になったのでしょうか?

 
 
原子とは、物質を構成しているとても小さな粒子のことです。そして分子とは、原子がいくつかつながった粒子のことで、身近なところでいえば、水分子や酸素分子などがあります。そして、この原子・分子の大きさは、だいたい1000万分の1cmほどです。




ちなみにブラウン運動をする微粒子の大きさは10万~100万分の1cmほどで、原子や分子のだいたい10~1000倍ほどです。人間の大きさで例えると、微粒子と原子の大きさの関係は、人間とサッカーボール~ピンポン玉くらいになります。




また、原子や分子は、実はじっと静止しているわけではなく、絶えず動いています。この動きは「熱運動」と呼ばれていて、温度が高いほど熱運動は激しくなります。



例えば、拡散現象はこの熱運動が原因です。臭いものが入ったビンを開けると、その臭いが部屋中に充満していきますが、これは臭いの元となる成分の分子が熱運動によって部屋全体に移動したからなのです。



続いてブラウン運動の原理とは何なのでしょう?



ブラウン運動は、微粒子を水に浮かべると起こるといましたが、実はこの水こそが大事な役割を果たしているのです。



水の中にはたくさんの水分子があって、そしてこの水分子ももちろん熱運動をしています。そのため、微粒子を取り囲んでいる大量の水分子が、様々な方向に熱運動しながら微粒子にぶつかっていました。この衝突が不規則に起こるため、微粒子も不規則な方向に動くというわけです。



先ほどと同じように、人間のサイズで考えてみましょう。皆さんが微粒子で、周りにあるたくさんの水分子はボールです。周囲から大量のボールが勢いよく飛んで来たら、みなさんはどうなってしまうでしょうか? 



おそらく、その衝撃でふらついてしまうと思います。これと同じようなことが、微粒子のスケールで起こっていたというわけなのです。



最後に、ブラウン運動が原子論の根拠となった過程とは何だったのでしょうか?



ここでのキーパーソンは、かの有名なアインシュタインです。



1905年にアインシュタインは、ブラウン運動についての論文を発表しました。その時点ではまだ原子・分子の存在に関する論争は続いていて、またブラウン運動の原理も分かっていませんでした。



そんな中、アインシュタインは、原子や分子の存在を仮定し、先ほどのような熱運動によってブラウン運動が起きているのではないかと考えました。



そして、ブラウン運動によって微粒子がどのくらい動くのかを計算で求めました。その3年後、1908年にフランスの科学者であるジャン・ペランが実際にブラウン運動の実験を行い、アインシュタインの計算は正しかったことを示したのです。



つまり、原子と分子が存在すると考えれば、ブラウン運動を正しく説明することができるということが分かったのです。この事がきっかけとなり、古代ギリシアの時代から続いた原子・分子は本当に存在するのかという議論にようやく終止符が打たれたのです。



今では、原子や分子を顕微鏡で見ることができるまで科学は発達してきました。現代にたどり着くまでには、花粉に端を発するこのような歴史が存在したのです。



こう考えたら、実は花粉もありがたいものだと感じてきやしませんか?



いやいや、それでも花粉症はつらいよ・・・😢