その岩は宇宙から来たものですか?宇宙から来たあなたです！

著者: ジ・ヤン

この記事はサイエンスアカデミー公式アカウント（ID: kexuedayuan）から引用したものです。

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一つの石が実際に世界的な狂気を引き起こす可能性がある。

最初にアメリカ、イギリス、ルーマニアを訪れ、次にロシア、スペイン、オーストラリアを訪れました...時々現れては消える起源不明のいくつかの「星」の石が、順番にいくつかの国を訪れました。一時期、これは宇宙人の仕業だと多くの人が推測した。

謎の金属モノリス（画像提供：CATERS NEWS）

これらの神秘的な石が宇宙から来たものかどうかは断定できませんが、岩はエイリアンから来たものではなく、人間が宇宙から来たものである可能性が非常に高いです。なぜさらに信頼性が低いように聞こえるのでしょうか?では、エイリアンのことは一旦置いておいて、石について話しましょう。

石の歴史は非常に長いです。何よりも、小さな石片が 4 つの偉大な古典すべてに関連付けることができます。「紅楼夢」は「石の物語」としても知られています。 『西遊記』の孫悟空は石の割れ目から飛び出しました。 『水滸伝』の洪将軍は「魔を滅する殿」の石碑を倒し、108体の「魔王」を出現させた。 『三国志演義』で孫堅が手にした皇帝の印章ももちろん石でした。

女媧が五色の石を使って天を修めたという話や、不思議な石を記録した『山海経』、エジプトのピラミッド、イギリスのストーンヘンジ、イースター島の石像など。

ストーンヘンジ、イギリス（写真提供：veer）

しかし、今日私が皆さんにお話ししたいのは、石の歴史的な物語ではなく、石を構成する化合物についてです。

石は一般に炭酸カルシウム (CaCO₃) と二酸化ケイ素 (SiO₂) で構成され、カルシウム、炭素、酸素、ケイ素の 4 つの元素が含まれています。上記の石が宇宙から来たという科学的証明は、自然の「魔術師」である元素から始まらなければなりません。

属性: 多彩な変身能力を持つ魔術師

要素とは何ですか?

原子は化学反応でそれ以上分割できない最小の粒子です。原子は物質の最小単位であり、元素と呼ばれます。元素とは、同じ原子核電荷数（陽子数）を持つ原子のクラスを表す一般的な用語です。

元素周期表（画像提供：中国化学協会）

元素は、世界に存在するあらゆるものの構成要素です。 2018年に発表された周期表によると、現在元素は全部で118個あり、そのうち94個は天然元素です（原子番号が最も大きい天然元素はプルトニウムです）。これら 118 個の元素は世界を創造する「魔術師」です。個々の元素は非常に活発で、瞬時に互いに「戯れ」合って新しい化合物を生成するため、元素の配置と組み合わせは常に変化します。これが、あなた自身を含め、あなたが見たり、聞いたり、考えたりするすべてのものを構成するものです。

あなた、あなたの犬、そしてあなたの犬の仕事が存在するのは、これらの要素があるからです。あなたもあなたの犬も炭素ベースの生物です。カルシウムは歯や骨を構成します。あなたも同じ酸素を呼吸しています。さらに、あなたの体にも水素、窒素、リン、硫黄、カリウムなど、まったく同じ元素が含まれています。そして、犬もあなたと同じように、栄養を強化するために微量元素を定期的に補給する必要があります。

元素こそがこの世界の真の支配者です。彼らは魔術師のように私たちの過去、現在、そして未来を決定します。人類が陸から来たのか、海から来たのかについてはいまだに議論があるが、少なくとも私たちが元素から「来た」ことは確かだ。問題は、地球上の元素はどこから来たのか、ということだ。

地上にあるものは天にもある

地球上のすべての化学元素は宇宙にも存在します。

昨年12月、嫦娥5号は月から2キログラムの土壌サンプルを採取し、待ち望まれていた人々はこの「速達」を開封するのを待ちきれなかった。 「速達」に何が含まれているかは、尋ねるまでもなくわかります。月にはヘリウム（He）が豊富に存在し、月面の表土中の 3He 貯蔵容量は約 250 万トンです。地球では、3Heはマントルの元物質と考えられており、マントル内の3Heの総量は10万トンから100万トンの間であり、その存在量は月とは全く比較にならないほどです。

火星の表面（画像提供：veer）

火星の表面は鉄分を多く含んでいるため真っ赤です。酸素と結合すると、火星はまるで「錆」で覆われているように見えます。

金星の大気は硫黄で満ちている。ロシアの科学者たちはかつて、ある種の生物は「硫酸の海」で生き残ることができるかもしれないと信じていたが、アメリカの科学者たちはこれを一笑に付した。「464 度の高温で、冗談でしょう？」

人類の宇宙船は太陽系の端まで旅し、海王星でメタンなどの有機分子を大量に発見した。これにより、人類の好奇心がさらに刺激されました。太陽系の外はどうなっているのでしょうか?

太陽系（画像提供：veer）

他の星の化学組成を調べるのは、あまりにも遠すぎるという単純な理由から、不可能な作業であるように思われます。私たちにとても近いと思われる「プロキシマ・ケンタウロス」でさえ、海王星の1万倍も遠くにあり、私たちに最も近い銀河であるアンドロメダ銀河は、プロキシマ・ケンタウロスよりも250万光年も遠くにあります。

遠くの星は手の届かないところにありますが、その化学組成は絶えず私たちに明らかにされており、その手がかりとなるのが星が発する光です。これらの光線は広大な宇宙を旅して地球に到達し、光線に隠された情報は人類がこれらの惑星を理解するための鍵となります。

各化学元素には固有の炎の色があり、これが元素の「炎色反応」です。これは元素の特殊な特性に依存します。元素が燃えると、異なる光を発します。リチウムは赤、銅は緑、カリウムは紫です（カリウムの炎色反応は、ナトリウムの黄色い光を遮断するためにコバルトブルーのガラスを通過する必要があるため、カリウムの炎色は紫ではなく黄色に見えます）。この元素の特性により、星の構成を垣間見ることができます。

虹（写真提供：veer）

虹は太陽から空に投影される光のスペクトルです。太陽のスペクトルをよく見ると、黒い線が多数散在していることがわかります。これらの黒い線は吸収線と呼ばれます。吸収線を観察すると、バーコードを読むのと同じように化学元素のリストが得られ、太陽の正確な元素構成を読み取ることができます。太陽には、水素が 74.9%、ヘリウムが 23.8%、その他の元素が 1.3% 含まれています。

太陽スペクトル（画像提供：Extreme Tech）

このスペクトル分析法は太陽の分析に使用できるだけでなく、宇宙のあらゆる星にも適用できます。この方法を使用すると、科学者は星の構成要素を正確に測定できます。

北極星の光を観察すると、北極星には太陽と同じくらい重元素が豊富に含まれており、炭素は太陽よりもはるかに少ないことがわかります。ベガの金属含有量は太陽の3分の1しかありませんが、シリウスは金属が豊富で、鉄含有量は太陽の3倍以上です。

それぞれの星の元素含有量は異なりますが、空のどの部分を見ても、地球と同じ元素しか見つかりません。どうやら私たちの元素周期表は宇宙の星にも当てはまるようです。地球上に存在するものはすべて、空にも存在します。しかし、新たな疑問が生じます。空の元素はどこから来るのでしょうか?

137億年前に戻る：宇宙の始まり

生命の歴史を理解するためには、宇宙が誕生した瞬間まで遡らなければなりません。宇宙の始まりの地点（特異点）には、時間も空間も物質も存在せず、想像もできないほどの高温と高密度が存在していました。これはどのような状態だったのでしょうか?

荘子の「天地」の章には、「初めに何もなかった。何ものにも名前はない。生じると、それはあるが形がない。物事が生じる能力を徳という。」とあります。これは、宇宙の始まりには「何も」なく、存在も名前もなかったことを意味します。 「混沌と統一」は創造されたが、形がなかった。全てのものはこのことによって生まれるのであり、これを「自己満足」と呼びます。

（19世紀初頭のリグ・ヴェーダのデーヴァナーガリー語写本）

古代インドの詩集『リグ・ヴェーダ』には、『荘子』に似た一節があるが、こちらの方がより分かりにくい。「無は存在ではなく、存在は存在ではない。空気の世界も、遠い空の世界もない...空から存在へ、存在は再び隠され、熱の力が一体性を生み出す。」これは、（宇宙の）始まりには、いわゆる「非存在」も「存在」も存在せず、空間の外には「空間」も「空」も存在しなかったことを意味します。 「空」は「存在」を生み出した。それは暗く、大量の熱を放出し、今日の宇宙を形成しました。

荘子であれ、古代インドの哲学者であれ、彼らのシンプルな言語は 1930 年代のビッグバン理論と非常によく似ています。もしルメートルが今この二つの段落を読んだら、山や川に住む同志のように、お互いに一種の尊敬の念を抱くだろう。

ビッグバン理論によれば、ビッグバン後1秒以内に、宇宙の温度は信じられないほどの100兆℃（これはどのような概念でしょうか？）から100億℃まで下がり、38万年という長い年月を経て2700℃まで下がったと指摘されています。これは、宇宙がインフレーションから「鎮静化」へと移行する最初の段階です。このステージはかなり退屈です。最初に分離されるのは重力であり、その後に電磁力、強い力、弱い力という他の 3 つの力が続き、物質を構成する基本粒子であるクォーク、陽子、中性子、電子、光子なども次々と現れます。

38 万年後、宇宙の温度は低下し続け、正電荷を帯びた陽子が負電荷を帯びた電子を捕獲できるようになり、最も初期の原子、主に水素原子とヘリウム原子が形成されました。当時、宇宙には星は存在しませんでした。

（ビッグバン後の宇宙、画像ソースについては透かしをご覧ください）

その後、重力が効き始め、手に負えない自由を愛する水素原子とヘリウム原子が大量に引き寄せられ、何億もの星雲が出現しました。重力の影響により、それらは崩壊して加熱され、最終的に凝集した水素原子の爆発につながります（水素爆弾の爆発の原理を参照）。解放されたエネルギーは重力の壁を突破し、最も初期の星を形成しました。この時、ビッグバンから2億年が経過していました。

星の出現は、新たな物質を生み出し、生命の誕生を可能にするため、間違いなく大きな出来事です。星の誕生、進化、そして最終的にブラックホールに崩壊する過程はすべて重力と密接に関係しています。星の一生はまさに「重力がその成功と失敗の鍵である」と表現できます。しかし、この死からの再生の英雄的な旅では、さまざまな新しい要素が適切な時期と場所を利用して登場しました。例えば、生命の最も基本的な要素である炭素、骨に含まれるカルシウム、血液に含まれる鉄などは、すべて星の崩壊のおかげです。一連の崩壊により、リチウムから鉄に至るまで、一連の新しい元素が生成されます。

鉄の次に来るものは何ですか?周期表の26番目の元素である鉄には26個の陽子があり、より多くの陽子を持つ元素を生成するにはより高い温度が必要であり、これは通常の星が耐えられるものではありません。より重い元素を作り出すには、太陽が一生の間に放出するのと同程度のエネルギーを放出する「超新星」として爆発する必要がある。このようにして、コバルトとウラン（陽子 92 個を含む）が生まれました。

つまり、私たちの世界を構成する化学元素は、死んだ星から宇宙に散らばって、星の断末魔の中で形成されたのです。恒星の崩壊と超新星の爆発がなければ、新しい元素は生まれません。元素がさまざまな複雑な方法で化合物を形成しなければ、惑星は形成されず、あなたや私は存在しないでしょう。

それはすべてとても信じ難い、信じられないような創造神話のように聞こえます。私たちの体を構成するすべての要素は、地球外の広大な宇宙から来ているのです。この観点から見ると、すべての人は星から生まれており、「星から来たあなた」は空想ではなく事実です。

参考文献:

[1] https://www.chemsoc.org.cn/library/a2611.html

[2]https://www.lpi.usra.edu/meetings/lpsc2007/pdf/2175.pdf

[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Helium-3#Terrestrial_abundance

[4]https://iopscience.iop.org/article/10.1086/375492