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シャコやばい パンチが速すぎて光る

シャコやばい パンチが速すぎて光る

シャコはエビに似た甲殻類の生き物です。日本では、寿司のネタの1つとして親しまれています。一方で、非常に特徴的な、ある生態でも知られています。それは、とても強力な「パンチ」を繰り出せるということです。貝の殻を割るために発達した強力なパンチは、一発で1500ニュートンものエネルギーを持ち、換算すると150キロのベンチプレスを持ち上げられるほどのパワーです。そしてこのパンチは、さらにある特殊な現象を引き起こします。それは、パンチが速すぎて、周囲の水が沸騰し、そして「発光する」という現象です。生物の中でも唯一シャコだけが引き起こせる不思議な現象は、どのようにして引き起こされるのでしょうか? YouTubeのサイエンス系動画チャンネル「SciShow」が、シャコのパンチに秘められた謎を解き明かします。

スピーカー
Hank Green(ハンク・グリーン) 氏
参照動画
Sonoluminescence: When Sound Creates Light - YouTube

シャコのパンチがすごい

ハンク・グリーン シャコとは面倒なことになりたくはないものです。 01 そのハサミは最新型の甲冑さながらで、しかも、小さいくせにその一撃は1,500ニュートンもの力があるのですから。それは150キロくらいのベンチプレスを持ち上げるのと同じ位の力なのです。余りにも強いその一撃は物理学者が未だに解明しきれていない思わぬ現象をも引き起こすくらいです。 シャコがハサミを一振りする時、その動きによって小さな温かい気泡ができるのですが、その気泡が弾ける時に生み出されるのは衝撃波のみならず、光の波動さえも生みだされるのです。 02 それはソノルミネッセンスと言われている現象です。 03 研究者たちは、弾けた気泡がどのようにして光を生み出すのか、また、何故気泡は温かいのか、といった疑問を解明したいのですが、そのためにソノルミネッセンスを研究室で造り出すことは出来ません。 その気泡は温かいどころか、太陽の表面温度と同じ位高温なのですから。 ソノルミネッセンスを造り出しているのは水中を自在に動ける光を伴った音です。音波は前後に振動し、圧力の高い所と低い領域を造り出す分子に過ぎません。音波が水中を漂う時、低い圧力の部分が水蒸気の小さな気泡を造れるくらいに水に空間をつくります。これは、空洞化現象、と言われている現象です。 空洞化現象によってつくられた気泡はあなたが良くご存知の気泡とはまったく別の物です。通常、気泡は、あなたの呼吸の様に、水中に放出されたガスによって生じますが、空洞化現象が造り出す気泡はもともと低圧が水中に隙間を生み出すことによって生じるものなのですから。 気泡の中で蒸発する分子もある為、気泡の中は真空状態になっているわけではありません。しかし、普通の気泡内部よりももっと低圧状態にはなっています。そのため、弾けるのです。気泡が小さく小さく縮もうとするため、圧力が急激にかかるのです。 気泡が弾けようとする際に熱を生み出す理由はいくつか考えられます。 例えば、圧が増加するとそれに伴って温度も上昇し、数千度にも温度を高める、と言うように。また、圧の増加以外にも考えられる理由があります。ガスが水分に戻る時に大量の熱を必要とすることから、気泡中のガスが即座に水分に戻ろうとする際にも熱が発生するのではないか、と。

そもそもなぜ光るのか?

いずれの説が本当にせよ、気泡が弾ける際に見える光に関する説明はつきます。学者によると、その時に何が起っているのかということについては、いくつかことが考えられるのだとか。 気泡の温度が上がると、そこでは別の化学反応が引き起こされます。ほとんどの場合、分子が他の分子に対して反応するという反応が引き起こされるでしょう。そんな化学反応は小さなエネルギーの爆発を引き起こします。温度が十分に高いと、水蒸気は解離します。つまり、エネルギーが分子から水素と水酸化物とが引き裂かれる際に吸収され、そしてそれらが再結合する時にエネルギーは放出されるのです。 ソノルミネッセンスの光はその時に放出されたエネルギーと考えられます。 他に考えられることとしては、気泡の中にある他の物質が関係しているということでしょう。もし、アルゴンが水中、海水、にとけ込んでいたとしたら、気泡の中にもアルゴンが存在することになります。アルゴンに関して言うと、それはとても安定していて、無反応なものです。気泡が弾けるとアルゴン以外の物質は何らかの反応を起こします。 アルゴンはだんだん熱くなるだけですが、その熱いエネルギーの中に光となるものが在るのでしょう。その説を裏付ける証拠があります。科学者が水中の空洞化現象での気泡を造り出そうとした時の気泡には余剰のアルゴンが含まれていたのですが、その時には、発光時間が長く、より明るい光が確認出来たのです。 しかし、他の説によると、そもそも気泡は原子から電子を発生させるだけのエネルギーを持っているのだそうです。気泡が弾ける時、負電荷を帯びた電子が正電荷を帯びた分子から分離します。言い方を変えると、プラズマとなるのです。荷電分子が振動すると、光線のように発光するのです。 気泡の中のガスがプラズマに転化し、光を放ち、再びガスに戻る、と言うのはあり得ることなのです。プラズマがガスに戻る過程でも発光という形を取るエネルギーを発生させるのです。その様に、弾ける気泡が熱や光を生み出せる理屈はいくつもあるのです。 この閃光は1秒の10億分の10しか瞬きません。そのわずかな時間に何が起っているのかを解明するのはとても難しいことなのです。何が起っているのであれ、ソノルミネッセンスについての理解をほんの少しでも深めれると言うのは、シャコを見直す良いきっかけですけどね!

  

SciShow

Hank Green(ハンク・グリーン)たちがサイエンスに関する話題をわかりやすく解説するYouTubeチャンネル。

・公式チャンネル

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