ガネーシャと毛細管現象の奇跡

リヴァイアサンプレス:

毛細管現象については、実は興味深い考え方があります。物体の位置が増加すると、重力による位置エネルギーが増加するということは、誰もが知っています。水は毛細管現象によって「高いところへ流れる」ことができるので、これは重力の第二法則に従わないということでしょうか？毛細管現象を利用して永久機関を作ることは可能でしょうか？

永久機関はまさに永久運動の話題です。残念ながら、毛細管現象では「永久機関を作るのは不可能」という行き詰まりを打破することはできません。一見すると、水の位置エネルギーは確かに増加していますが、この位置エネルギーを利用したい場合、追加の作業（タオルを絞るなど）を行う必要があります。これは、磁石を使って釘を引き付けるのと少し似ています。私の祖父イヤがいくつかの物語を語ってくれました。

彼は、象の頭を持つ神ガネーシャが、宇宙を三周するように言われたとき、両親の周りを三周歩いた様子を私に話してくれた。彼は、ラマが怯えた子供たちをどうやって守ったか、そして彼の呼吸がフルートと共鳴してスリリングで美しい音楽を作曲したかを私に話しました。サラスワティに関するものもありました。彼女は知識と教育の女神であり、教育は世界で最も神聖な贈り物であるということ、そして彼はこの女神に寺院を寄進したということなどです。

2004年のインド洋津波災害の際、チェンナイの海岸に打ち寄せた水はヒンズー教寺院より50フィート高かったと彼は私に話した。大量の瓦礫を運ぶ巨大な波が四方八方から内陸に押し寄せたにもかかわらず、屋外の花崗岩の神社は無傷のまま残った。

「こっちへ来なさい。話があるんだ」ヤはある夜、こうして会話を始めた。彼の髪は白髪で、肌はしわくちゃのハンカチのようにしわしわだった。彼は時折、濡れているが見えない右目を拭った。私は彼の後を追ってクイーンズにある彼のアパートのソファに行き、クッションに少し沈み込みながら座った。ソファーカバーは色あせて使い古されたように見えますが、その模様はまだ明るく鮮やかです。色とりどりの円が隠れているのは時間の経過によるものです。

ヤは、1995 年 9 月 21 日にガネーシャが人類に信号を送り、（信者による）たった 1 つの行動で世界中の何百万人ものヒンズー教徒に衝撃を与え、有名になったと私に話しました。ほとんどの信者はガネーシャの祠の土台にミルクの入った鉢を置くだけだが、ニューデリーから来た男性は早朝にガネーシャにミルクを与えようとした。信者は、ガネーシャの唇に向かって傾けた金属のスプーンから液体が消えたことに驚きました。彼は近くにいた僧侶たちを呼び、自分で再び偶像に餌を与えようとした。僧侶たちは彼が見たものを確認した。

噂が広まるにつれ、インド全土や海外の寺院には、新たな始まりの神、あるいは障害を取り除く神を崇拝し、神のミルクを飲むためにやって来る何千人もの人々がすぐに集まるようになりました。 （訳者注：「始まりの神」と「障害を取り除く神」はどちらも象の角を持つ神ガネーシャを指す。）その日、ニューデリーの牛乳の売り上げは30％急増し、いくつかの店では25,000パイント以上を売り上げた。全国各地から大勢の人々が祈りを捧げるために寺院に押し寄せ、特にニューデリーでは群衆のせいで交通が麻痺するほどだった。人々は鐘、線香、缶、黄色いマリーゴールドの花輪を持って地元の寺院を訪れ、ガネーシャの神殿の前でひざまずいて、彼の導きに感謝します。

もちろん、神の出現という考えは科学者たちから懐疑的な目で見られてきました。インド科学技術省の研究者らは、別の仮説を検証するために寺院を訪れた。それは、ミルクが消えたのは毛細管現象によるものだという仮説だ。毛細管現象とは、液体が狭い空間に流れ込む性質で、重力などの外力の助けがなくても、あるいはそれにもかかわらず起こり得る現象である。科学者たちは「奇跡」が最初に報告された寺院を訪れ、食品着色料で染めた牛乳を使った実験を行った。

スプーンの中の液体が減って消えていくと、染められたミルクが偶像の中に浸透し、その表面を同じ色で覆いました。科学者たちは、この偶像は常にこのようにしてミルクを吸収してきたと説明しています。しかし、薄いミルクの層にはほとんど色がないため、これまでは液体が広がる過程を観察することは不可能でした。 1995 年 9 月 22 日のニューヨーク タイムズのニュース要約では、副題で「ヒンズー教徒の中には集まる者もいるが、科学者は嘲笑する」と揶揄している。

しかし、毛細管現象は、ニューヨークタイムズのサブタイトルの調和のとれた韻文が暗示している騙されやすい人々以外には、決して広く理解されている科学的原理ではない。これは、多くの液体に存在する特性である接着、凝集、表面張力に基づいています。凝集力は水分子間の相互引力を反映します。たとえば、水滴は、それぞれの水分子が他の水分子に囲まれているため、球形をしています。付着力と凝集力を組み合わせると、水の「粘着性」が説明されます。これは、暴風雨の後に窓に付着した水滴にも見られます。

最後に、表面張力は液体の表面に存在する特性であり、液体分子の凝集力により外部からの力に抵抗することができます。たとえば、ティーカップやビーカーに水を入れると、水の端がわずかに凹んでいるのがわかります。この凹みは表面張力によって生じ、メニスカスと呼ばれます。水分子間の凝集力と、水分子とガラス間の接着力により、水面の「線」は一定の曲率を持ちます。

毛細管現象は、液体分子と容器との間の付着力が液体分子間の凝集力よりも大きい場合に発生します。毛細管現象によって水が上昇する高さは、表面張力と重力によって決まります。液体の上向きの動きは、接着力と凝集力と表面張力の比率によってのみ決まります。より細いチューブ内の相対的な表面積はより大きく、毛細管液体はより大きな直径のチューブ内よりも高く上昇することができます。

ガネーシャの「奇跡」では、ミルクの表面張力によってミルクがスプーンから引き上げられ、その後重力によって偶像から滴り落ちます。寺院の彫像のほとんどは陶器や石などの多孔質の素材で作られており、花や茎、枝で飾られているため、毛細管現象によってミルクを「吸収」できる小さな孔がたくさんあります。

毛細管現象は自然界のいたるところに見られますが、この現象に気づいた数人の著名な科学者の一人であるレオナルド・ダ・ヴィンチによって15世紀後半に初めて正式に発見され、確認されました。 1世紀以上後の1660年、アイルランドの化学者ロバート・ボイルが毛細管現象を調査する実験を行いました。しかし、2人の研究者が定量的な説明を行ったのは19世紀初頭になってからでした。

1805 年、トーマス・ヤングとピエール・シモン＝ラプラスは毛細管現象を説明するためにヤング＝ラプラス方程式を導き出しました。 1830 年にカール・フリードリヒ・ガウスがこの数式を修正しました。 （技術的には、彼は「液体と固体の境界」に関連する「条件付きマージン」を考慮に入れました。）1900年、アインシュタインは「毛細管現象の観察の結果」と題する論文を、世界最古の物理学雑誌の1つであるAnnalen der Physikに投稿しました。これはアインシュタインが初めて発表した論文でした。

有名な科学者が毛細管現象を研究してきた歴史に加えて、この現象はどこでもいつでも起こっていることは言及する価値があります。この現象について考えなければ、畏敬の念を抱かせるように思えます。もちろん、ガネーシャの一見不規則な「幻影」は、科学実験室の外で起こる毛細管現象の一例にすぎません。

もう一つの例は泣くことです。毛細管現象により、私たちの目の涙管から涙が分泌され、目を清潔にし、涙管の周囲にあるほこりや粒子をすべて除去します。毛細管現象は、植物の自給自足のプロセスにおいて非常に重要なステップを達成するのにも役立ちます。植えた種が発芽し、根が土に張ったら、苗を支えるために鉢の底や庭の地面に水をやる必要があります。植物の根は毛細管現象の原理によって土壌から栄養分を吸収します。木は毛細管現象を利用して水を吸収し、周囲の環境に酸素を供給し、継続的に枝を伸ばし、背を高くし、花を咲かせ、実をつけます。

まだ理論段階ではありますが、科学者たちはすでに毛細管現象を利用して再生可能エネルギーを生み出すことを構想しています。そのアイデアは、毛細管現象によって水が上昇し、上部に到達すると蒸発して凝縮し、下部に流れ戻り、タービンを回転させてエネルギーを生成するというものです。毛細管現象により電気エネルギーが生成されます。

ガネーシャは本当に1995年9月21日にミルクを飲んだのでしょうか？否定的な答えを示唆する証拠は豊富にあり、毛細管現象が再びその中心にあります。しかし、これは、私たちが（意識的に）この現象を経験すると、畏敬の念が無関係になることを意味するのでしょうか?毛細管現象の背後にある科学と歴史を理解することで、日常的なことに対する好奇心が刺激されるかもしれません。毛細管現象がどのようにリンゴ園を支えているか、あるいは山火事の後に土地の一部を回復させるのに役立っているかを考えてみましょう。ニューヨークタイムズの抜粋にもあるように、「科学」と「奇跡」は必ずしも相容れないものではない。

ヤはかつて、このような永遠の奇跡の中で生きており、「神はどこにでも存在するだけでなく、すべての人や物の中にも存在する」と言った。ヤは、神はすべての人の中に存在し、人と人との接触を神聖なものにすると信じていました。 「他人に親切にすることは、お寺で祈るようなものだ」と彼は言った。彼は、毛細管現象の背後にある建築レベルの「奇跡」も含め、神は自然のあらゆる場所に存在していると信じている。彼にとって、信仰と科学の比類ない現象の間には矛盾はなかった。毛細管現象は最も現実的な魅力を持っています。それは私たちの体と環境が適切に機能するために不可欠です。確かに、驚くようなこともあれば、怒るべきことさえある。

セレナ・アラガパン

カーライル訳

校正/ドラゴンフルーツ

オリジナル記事/blogs.scientificamerican.com/observations/the-miracle-of-capillary-action/

この記事はクリエイティブ・コモンズ・ライセンス（BY-NC）に基づいており、カーライルがリヴァイアサンで公開しています。

この記事は著者の見解を反映したものであり、必ずしもリヴァイアサンの立場を代表するものではありません。