科学的にみる科学的に考える時の大切なともし火としての原子論

 科学とは〈予想を立てて確かめること〉です。その予想を立てる時に大切な〈ともし火〉となる原子論についてお話したいと思います。
 みなさんはモノが燃えると重くなると思いますか、軽くなると思いますか、それとも重さは変わらないと思いますか?

しつもん:モノが燃えるとそのモノの重さは
 予想 ア 重くなる

    イ 軽くなる

    ウ 変わらない

    エ その他

 

どうして、そう予想しましたか?

 

 1697年 シュッタールというお医者さんが、ベッヒャーという科学者のアイディアを引き継いで「モノは〈そのものの灰〉と〈フロギストン(燃素)〉とがくっついてできていて、燃えると〈フロギストン〉が出ていき〈そのものの灰〉が残るのだ」という考えを打ち出しました。「フロギスント説」と呼ばれている〈仮説〉です。
 燃えるとフロギストンが出て行くわけですから軽くなってしまうというわけです。

 
 紙が燃えるとボロボロの灰になってしまい、少しの風でも飛んでいってしまいます。
 木も完全に燃えるとお線香の灰のような状態になってしまいます。
 たくさんの木々でおおわれていた山も火事になると、〈焼け野原〉という表現に見られるように、ほとんど何もない状態になってしまいます。
 紙や木からフロギストンが出て行って軽くなったと考えたわけです。

 たいていのことはフロギストン説で説明できたので、科学を研究していると人たちも、まだ誰も見たことのない〈フロギストン〉の存在は確かなものだと考えてきました。
 それにしても、なかなかいいアイディアですよね。

 ところが、いろいろ研究しているうちに、燃えると重くなっている物質があることが分かって来ました。
 スズなどの金属が燃えると重くなってしまうのです。

 これにはフロギストン説をよりどころとしていた科学者たちも困ってしまいました。

 そしてある時
・フロギストンはマイナスの重さを持っているものがあって、それが出て行ったら重くなる
・フロギストンが出て行っところに空気が入り込んで重くなる
という様ないろいろな説を考え始めました。

 しかしそれは科学とは言えません。〈解釈〉といって、次々出てくる実験事実を自分の都合のいいように説明しているのです。

 科学は〈予想〉⇨〈実験〉の過程で真実を見つけてきたのであって、都合のよい様に解釈してきたのではありません。

 

〈燃える〉ことを科学的に明らかにしたのはラボアジェ(ラヴォアジェ)という人物です。


 彼が〈燃える〉現象は〈酸素〉と激しく結びつく現象であることを科学的に証明したのです。興味のある人は図書館の百科事典や科学のコーナーで〈ラボアジェ(ラヴォアジェ)〉について調べてみるとよいですね。

 木や紙などが燃えると、その物質の中にある〈炭素〉と〈酸素〉が結びついて〈二酸化炭素〉となり、それが空気中に出ていくのです。ちなみにわたしたちの周りの物質には炭素がとても多く含まれていて、そのグループを〈有機物〉という名前で呼んでいます。木も動物も油もプラスチックも砂糖もアルコールもロウソクもプロパンガスも紙も有機物です。私たちが食べるものがあったら、それはほとんど有機物だと思ってまちがいありません。

 有機物が燃える現象を原子分子の目でみるとこうです。

有機物の中の〈炭素〉が

空気中の〈酸素〉と結びついて

 

〈二酸化炭素〉となって飛び出て行く


 有機物の中の炭素が酸素と結びつき、二酸化炭素となって飛び出て行くので軽くなるのです。

 金属などは有機物ではありません。
 金属が燃えると、酸素が何かと結びついて飛び出ていくのではなく、金属と結合します。そこで酸素が結合した分、重くなるのです。

 20世紀の偉大な科学者であるリチャード・ファインマンはこう語っています。

「もし世界規模の大変動が起きて科学的知識の全てが破壊されたとき、もしあなたが次世代にたった一文だけを伝えることができたとしたら、少ない言葉であなたはどんな重要な情報を伝えますか?」と質問されたことがあります。ファインマンは「全てのものが原子で構成されていると仮定する『原子論』を伝えます」

 現代の科学は全てこの原子論の考え方を基にしています。医学も宇宙科学も生物学も植物学も全てです。
 原子論と相反するものは間違っていると考えてかまいません。

 みなさんも〈原子・分子〉の見方・考え方に興味を持っていただけたら幸いです。 たのしい教育全力疾走RIDE(たのしい教育研究所)、みなさんの応援が元気の源です。一緒にたのしく賢く明るい未来を育てましょう。このクリックで〈応援〉の一票が入ります!

 

たのしい研究 ヘルモントさんの考えたこと 植物の体は何で出来ているか? ③ アシモフさんの〈生物学小史〉から

 ヘルモントさんの研究の続きは、アイザック・アシモフさんが書いた〈生物学小史〉から引用してみます。アシモフさんはSF小説の巨匠であり〈生化学者〉でもあります。彼の書く科学の解説書の多くは、興味深いものが多く、学生の頃からたくさん読んできました。今回とりあげた謎についても書いてくれています。

アイザック・アシモフは、アメリカの作家、生化学者である。その著作は500冊以上を数える。彼が扱うテーマは科学、言語、歴史、聖書など多岐にわたり、デューイ十進分類法の10ある主要カテゴリのうち9つにわたるが、特にSF、一般向け科学解説書、推理小説によってよく知られている wikipediaより


 この本は50年以上前に出版されたものです。普通の本の厚みがあるのに550円。本の値段はずいぶん上がってきましたね。

 話を戻しましょう。この本から関係するところを抜粋します。読みやすいように少し手を加えました。

 生物についての最初の化学的実験はフランダースの錬金術師へルモント(Jan Baptista van Helmont,1577〜1644年)によってなされた。
 ヘルモントはあらかじめ重さを測っておいた土でヤナギを育てた。水だけを与え, 5年後にヤナギは74 kg 増量し、しかも土は57g しかへらないことを示した。
 このことから,彼は木はその成長のもとになる物質を土からではなく(これは正しい), 水からとっている(少なくとも部分的には間違っている)と結論した。

 

 不幸にも,ヘルモントは〈空気〉を計算に入れていなかった。そしてこれは皮肉なことである。というのは,彼は空気のような物質を最初に研究した人であるからである。
 彼(ヘルモント)は“gas”(気体) ということばをつくり出し,彼が“spiritussylvestris”( “木の精”)と名づけた蒸気を発見した。彼が〈木の精〉と名付けた物質は, 後に〈植物の生育〉のおもな原料となっている〈二酸化炭素〉とよぶ気体であることがわかった。
 生物についての化学(現在われわれはそれを生化学とよんでいる) のへルモントの最初の研究は,他人の手により発展し育てられた。

 

 植物の体は〈水〉と〈空気〉からできているのです。

 こんな小さなタネが…

 こんなに大きな樹に育つんです。
 そしてその植物の体のほとんどは〈空気と水〉から出てきているというのです。
 信じられないかもしれませんけど本当のことです。

 

 植物の体については、小学校六年生の理科の単元〈植物のからだ〉で出てきます。
 そして残念なことに、こういう興味深い内容を興味がわかない形で、あるいは〈テストに出ます〉的に学んできた人たちがたくさんいます。
 現在残されている科学的な法則や真理は何一つといって無味乾燥的なものはありません。
 全てにおいて、わたしたち人間が感動をもってうけいれてきたものだといってよいでしょう。
 この宇宙の全ては〈原子や分子〉でみていくと、とてもよく分かるようになります。ぜひ、自分でもこれから学んでみませんか。1日1度のこの「いいね」で〈たのしい教育〉を一緒に広げましょう➡︎ いいね=人気ブログ!=ジャンプ先でもサイトをワンクリックするとさらに嬉しく思います

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自由研究こそ本物の研究〈植物のからだ〉ヘルモントさんの研究-自分で考えてみよう(1)

〈自由研究こそ本物の研究〉というフレーズは賢くなるためにも人生をたのしむためにも大切なフレーズです。たのしい教育研究所に足を運ぶメンバーはそれぞれがいろいろなテーマで自由研究しています。

 ある日の自由研究の様子の一コマです。

 ある植物のタネです。サヤを割った状態です。テーブルからはみ出るくらいのサヤの中にタネが入っています。

 何の植物のタネか?

 これです。ホウオウボクといいます。

  すくすく成長すると高さは2階建ての建物くらい、枝の広がりで普通の教室ほどもあります。大きく枝を伸ばして、広い木陰を作ってくれます。

 ところでみなさん、あの小さな一粒のたねが、こんなに大きく育ってしまうことに驚きませんか?

 スイカのタネよりふた回りくらい大きい感じで、長さは2cmたらずです。

 重さはどれくらいでしょう? 測ってみると1gもありません。 何個かのせてみると、5個で2gを示しました。 一個あたりの重さを計算すると 2g÷5=0.4g です。 ホウオウボクの重さはいくらあるか予測するしかありませんが、大人一人70kgくらいだとして、少なめにみても、その5人分はありそうです。何しろ木の幹は重いのです。
 そうそうホウオウボクも当然根っこが拡がっていますから、これも少なめにみて大人1人分で計算すると
・・・
大人6人分、70kg×6=420kg
と概算しておきましょう。
 この様に強引に〈概算する〉ということはとても大切な力です。
 外れていてもよいのです。
 「とりあえずこの計算でいくと、こういうことが言えそうだ」
という様に予測することができるわけですから、いろいろな研究の大事なスタートになるわけです。
 この小さなタネ、0.4gのタネが400kgくらいに成長するということは、10万倍に成長してしまうということになります。 重さでいうと 420kg−0.4g = 420000-0.4 = 419999.6g がタネ以外の物質だということです。

では、この419999.6gの重さはいったいどこから来たのでしょう?

みなさんはどう思いますか?

 今から400年ほど前にフォン・ヘルモントさんという科学者がいました。

 ヘルモントさんも、植物のからだは一体何からできているのか、にとても興味を持ちました。
 そして、ヤナギの木を使って研究(つまり自由研究)をはじめたのです。

つづく
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花と親しむシリーズ  コガネノウゼン(イペー)の花/さんぽも楽しい面白い自由研究

 花と親しむシリーズが好評で、幾つものおたよりをいただきました。嬉しく思っています。ところで〈花と親しむ〉というテーマで書いていますけど、わたしは特に植物に詳しいというわけではありません。しかし植物は好きです。そこで以前から〈植物が苦手です〉という先生たち向け、あるいはお父さんたちお母さんたち、それから子ども達向けの〈たのしい植物教材〉をつくりたいと考えていました。このシリーズものちのち〈花に親しむ教材〉としてまとめていく予定です、ご期待下さい。

 さて本題。

   沖縄では、桜が終わった頃、黄色のキレイな花を咲かせる「イペー・イッペー(コガネノウゼン)」の花があります。
 こういう花です。

 イペーは2月終わり頃から3月にかけて開花します。
 たのしい教育研究所の第一研究の近くにもイペーの並木があるというので、今朝の沖縄は雨でしたが、車を走らせました。

 それにしてもイペーというのはおもしろい名前です。和名では〈コガネノウゼン〉ですが、フランスやポルトガルなどでは〈Ipe〉と呼ばれていて、沖縄にこの植物を持って来たブラジル移住の方達も公用語のポルトガル語に準じて〈Ipe=イペー〉と呼んでいたということです。それでイペーという名前も広まったのでしょう。
 ちなみにイギリスでは Golden Trumpet tree(ゴールデン・トランペット・ツリー).と呼ばれていて、個人的にはその名前が好きです。


 車を走らせると、イペー並木が見つかりました。1日1度のここの「いいね」クリックで〈たのしい教育〉を広げませんか➡︎ いいねクリック=人気ブログ!=まだそれほど花が目立つ状態ではありませんが、傘を片手に歩いてみました。

 ずっと下の方まで歩くと、早めにひな開いたのでしょう、花びらが落ちている樹もありました。
 落ちた花びらを持って帰って研究所で飾りました。
 
 
 一週間くらいはこの彩りを見せてくれるといいなと思っています。紫のイッペーもありました。別な巨木の花が落ちていたのでそれものせてあります。
 桜の花をたのしんだ後は、ゴールデン・トランペット(コガネノウゼン/イペー)をたのしむことができます。ゴールデン・トランペット(コガネノウゼン/イペー)が終わったころは、どういう植物でたのしむことができるのでしょう。
 とてもたのしみです。
 

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