リンゴ1個を基準にして、宇宙と原子の大きさを考えると……
リンゴを基準に大きいものの代表「宇宙」と、小さいものの代表「原子」を比較してみました。
理科の授業で私たちは習いました。「地球は太陽のまわりを周っています。地球の直径は約1万2700kmです」「原子は原子核とそのまわりを周る電子からできています。原子の直径は10の−10乗メートルです」と。でも、そんな大きい数字や小さい数字で、ものの直径をいわれても、実際の大きさがどのくらいなのか、まったくピンときません。そこで、リンゴが旬の今、直径10cmのリンゴを基準にして、大きいものの代表「宇宙」と、小さいものの代表「原子」の大きさを、それぞれリンゴと比較してみました。すると、なんとなくそれらの大きさを思い描くことができそうです。
地球をリンゴとすると、地球が太陽をまわる公転の軌道の直径は芦ノ湖くらい
地球の直径は約1万2700km。地球が太陽のまわりを周る軌道の直径が約3億km。太陽系は私たちのいる「天の川銀河」にありますが、この銀河の大きさは地球の軌道の直径の約10億倍です……。
でも、このような大きな数字を並べられても、あまりにもサイズが大きすぎるので、これらの大きさの差がまったくピンときません。
そこで、地球の直径を1万kmとして、これを直径10cmのリンゴと見立てます。すると、地球が太陽のまわりを周る軌道の直径は3kmとなります。直径3kmというと、箱根の芦ノ湖(面積は7.03平方km)くらいのサイズです(芦ノ湖はやや細長い形ですが、ここでは円と考えてください)。つまり、地球が太陽のまわりを周るという縮尺は、リンゴが芦ノ湖のフチを周るという縮尺と同じだといえます。
- 地球の直径(1万kmとする):
- 地球が太陽を周る軌道の直径(3億km)
=
- リンゴの直径(10cm):
- 芦ノ湖の直径(3km)
芦ノ湖の中心に太陽があって、湖のフチをリンゴが周っている…。その距離感を考えると、地球は1年かけて、長い距離を周っているんだなあ、と想像がつきますね。
天の川銀河をリンゴとすると、地球の公転の軌道の直径は原子1個分
今度は、地球の軌道と天の川銀河の大きさを比較してみましょう。この大きな大きな銀河をリンゴと考えると、地球が太陽のまわりを公転する軌道の直径はどれくらいになるでしょう。答えはなんと、原子1個分の大きさしかないのです。
- 天の川銀河の直径(3億kmの10億倍):
- 地球の公転の軌道の直径(3億km)
=
- リンゴの直径(10cm):
- 原子の直径(10の−10乗メートル)
天の川銀河とその中にある地球の公転軌道の直径の比は、リンゴ1個と原子1個の大きさの比と同じだなんて、天の川銀河のなんと大きいことか…。
リンゴを天の川銀河と考えたとき、その原子1個分が地球の公転の軌道の直径です。その原子1個分の大きさのフチに沿って、原子よりもさらに小さい地球がグルグル回っている…。リンゴが旬の今、リンゴを半分に切った直径10cmの断面を見るとき、その中に無限に広がる宇宙を感じることができるかもしれません。
原子核をリンゴとすると、原子の大きさは洞爺湖。原子核、ちっちゃい!
リンゴを基準に極大の宇宙を比較しましたが、今度は極小の世界を見てみましょう。
原子の直径は10の−10乗メートルですが、原子はさらに小さな単位に分けられます。原子の真ん中には「原子核」があり、そのまわりを「電子」が周っています。つまり、「原子の直径」とは、原子核のまわりを周る「電子の軌道の直径」である、ということができます。
原子の中心にある原子核の直径は10の−15乗メートル。直径が10の−10乗メートルの原子よりも、ずいぶん小さそうです。でも、「原子核のまわりを電子が周っている」といわれても、原子核と電子がどれくらい離れているか、その距離感がピンときません。
そこで、原子核を直径10cmのリンゴと考えてみると、電子の軌道の大きさ(原子の大きさ)はなんと、北海道にある洞爺湖の大きさとほぼ同じくらいになります(洞爺湖は芦ノ湖よりもかなり大きい)。
- 原子核の直径(10の−15乗メートル):
- 原子の直径(10の−10乗メートル)
=
- リンゴの直径(10cm=10の−1乗メートル):
- 洞爺湖の直径(10km=10の4乗メートル)
原子核の大きさと電子の軌道の比率は、洞爺湖の真ん中に直径10cmのリンゴが1つある、という距離感と同じです。洞爺湖の真ん中にリンゴ1個。原子と原子核は、そのくらい大きさが違うのです。
理科の教科書では、原子核と電子の関係は「目玉焼き」くらいの比率で描かれていたような…。原子核が目玉焼きの中心にある黄身で、白身のフチを電子がグルグル周っている、というような模式図で覚えたような気がします。でも、実際には原子核はもっと小さくて、電子とはとっても離れているのです。
〈参考:『宇宙は何でできているのか』, 村山斉, 幻冬舎, 2010〉
〈参考:国土地理院「全国都道府県市区町村別面積調」〉
〈参考:洞爺湖温泉協会〉
今の時代だと、宇宙や素粒子を勉強するとき、CGの技術によって映像で見ることができるので、直感的にその大きさを比較することができますが、ひと昔前の理科の教科書には、目玉焼きのような原子の図や、酸素の両脇に水素が1個ずつつながっている水分子の図など、大きさを無視した模式図しか載っていませんでした。そして大人になって、原子や宇宙の大きさの本当の比率を知ったとき、愕然としたという経験はないでしょうか。
リンゴが旬の今、直径10cmのリンゴを1個、手にとって、宇宙や素粒子に思いを馳せてみたくなりました。
関連リンク
関連記事
- ネットで有名な「宇宙ヤバイコピペ」は、だいたい科学的に正しくてヤバイ
コピペ作者の博学さもヤバイ。 - 何かカッコいいけど、意味が分からない宇宙用語「ガンマ線バースト」の本当にカッコいいところを伝えたい
語感的には「滅びの爆裂疾風弾(バーストストリーム)」みたいなカッコ良さだけども。 - 科学的に考えて、もしもあなたの上司がブラックホールに吸い込まれたらどんな風に見える?
なお、あなたはこのとき、十分に離れた安全な場所にいたとします。 - 「ブラックホールの一部しか映ってないじゃん!」→実は「映ってない部分」がすごいんだよ、というお話
「ブラックホールシャドウ」ってキーワードがカッコよすぎる。 - 「ラブ波」「ダークマター」「ヤング率」実在するヘンな科学用語たち
科学用語はかっこいいものばかりじゃなかった。
Copyright (C) 日本気象協会 All Rights Reserved.
-
大きくなったらかっこいいシェパードになると思っていたら…… 予想を上回るビフォーアフターに大反響!→さらに1年半後の今は? 飼い主に聞いた
-
高校生の時に出会った2人→つらい闘病生活を経て、10年後…… 山あり谷ありを乗り越えた“現在の姿”が話題
-
ディズニーシーのお菓子が「異様に美味しい」→実は……“驚愕の事実”に9.6万いいね 「納得した」「これはガチ」
-
「こんなことが出来るのか」ハードオフの中古電子辞書Linux化 → “阿部寛のホームページ”にアクセス その表示速度は……「電子辞書にLinuxはロマンある」
-
プロが教える「PCをオフにする時はシャットダウンとスリープ、どっちがいいの?」 理想の選択肢は意外にも…… 「有益な情報ありがとう」「感動しました
-
「防音室を買ったVTuberの末路」 本格的な防音室を導入したら居住空間がとんでもないことになった新人VTuberにその後を聞いた
-
間寛平、33年間乗り続ける“希少な国産愛車”を披露 大の車好きで「スカイラインGT-R R34」も所有
-
「もしかしてネタバレ?」 “timeleszオーディション”候補者がテレビ局を退社 ディズニーの“船長”としても話題
-
走行中の車から同じ速さで後方へ飛び降りると? 体を張った実験に反響「問題文が現実世界で実行」【海外】
-
グルーミングが出来ない生まれたての子猫、とんでもない体勢になり…… 想像以上のへたくそっぷりに「どこにも届いてないww」「反則級」
- 「飼いきれなくなったからタダで持ってきなよ」と言われ飼育放棄された超大型犬を保護→ 1年後の今は…… 飼い主に聞いた
- ドクダミを手で抜かず、ハサミで切ると…… 目からウロコの検証結果が435万再生「凄い事が起こった」「逆効果だったとは」
- 「明らかに……」 大谷翔平の妻・真美子さんの“手腕”を米メディアが称賛 「大谷は野球に専念すべき」
- まるで星空……!! ダイソーの糸を組み合わせ、ひたすら編む→完成したウットリするほど美しい模様に「キュンキュンきます」「夜雪にも見える」
- 妻が“13歳下&身長137センチ”で「警察から職質」 年齢差&身長差がすごい夫婦、苦悩を明かす
- 人生初の彼女は58歳で「両親より年上」 “33歳差カップル”が強烈なインパクトで話題 “古風を極めた”新居も公開
- 「ごめん母さん。塩20キロ届く」LINEで謝罪 → お母さんからの返信が「最高」「まじで好きw」と話題に
- 互いの「素顔を知ったのは交際1ケ月後」 “聖飢魔IIの熱狂的ファン夫婦”の妻の悩み→「総額396万円分の……」
- ユニクロが教える“これからの季節に持っておきたい”1枚に「これ、3枚色違いで買いました!」「今年も色違い買い足します!」と反響
- 中央道から「宇宙戦艦ヤマト」が見える! 驚きの写真がSNSで注目集める 「結構でかい」「どう見てもヤマト」 撮影者の心境を聞いた
- 50年前に撮った祖母の写真を、孫の写真と並べてみたら…… 面影が重なる美ぼうが「やばい」と640万再生 大バズリした投稿者に話を聞いた
- 「食中毒出すつもりか」 人気ラーメン店の代表が“スシローコラボ”に激怒 “チャーシュー生焼け疑惑”で苦言 運営元に話を聞いた
- フォロワー20万人超の32歳インフルエンサー、逝去数日前に配信番組“急きょ終了” 共演者は「今何も話せないという状態」「苦しい」
- 「顔が違う??」 伊藤英明、見た目が激変した近影に「どうした眉毛」「誰かとおもた…眉毛って大事」とネット仰天
- 「ごめん母さん。塩20キロ届く」LINEで謝罪 → お母さんからの返信が「最高」「まじで好きw」と話題に
- 星型に切った冷えピタを水に漬けたら…… 思ったのと違う“なにこれな物体”に「最初っから最後まで思い通りにならない満足感」「全部グダグダ」
- 「泣いても泣いても涙が」 北斗晶、“家族の死”を報告 「別れの日がこんなに急に来るなんて」
- ジャングルと化した廃墟を、14日間ひたすら草刈りした結果…… 現した“本当の姿”に「すごすぎてビックリ」「素晴らしい」
- 母親は俳優で「朝ドラのヒロイン」 “24歳の息子”がアイドルとして活躍中 「強い遺伝子を受け継いだ……」と注目集める
- 「幻の個体」と言われ、1匹1万円で購入した観賞魚が半年後…… 笑っちゃうほどの変化に反響→現在どうなったか飼い主に聞いた