こんにちは！ 今回は、私自身が「えっ、それってどういうこと！？」と徹底的に頭を悩ませ、格闘した末に「なるほど、そういうことか！」と100%納得した、ミクロの不思議な世界のお話です。
「物質をこれ以上細かく分けられない最小の単位」である原子。 実はこの原子のなか、99.99999999%はスカスカの、原子核や電子のない空間なんです。
もし、世界中の全人類80億人の体の「中身（原子核）」だけをぎゅーっと集めたら、なんとリンゴ1個分にしかならないという、嘘のような本当の話があります。
じゃあ、なんで私たちは壁をすり抜けないの？ なんで机を触ると「硬い」の？ 小学生の生徒との熱い対話形式で、どこよりもわかりやすく、ライブ感たっぷりにお届けします！
80億人を集めてもリンゴ1個分！？原子のスカスカ度
生徒： 先生！理科の授業で「物質の最小単位は原子」って習ったんだけど、その原子の中身って、ほとんど何もない「真空」って本当？
先生： おっ、いいところに目をつけたね！本当だよ。原子は中心に「原子核」があって、その周りを「電子雲」が取り囲んでいるんだけど、その中に占める中身の割合なんて、本当に0.001%もないくらい。99.99999999%以上は原子核も電子雲もない空間なんだ。
生徒： えーっ！じゃあ、人間の体も99.99999999%は何もない空間ってこと？
先生： そういうことになるね。これ、分かりやすく例えるならね、「東京ドーム（またはサッカースタジアム）」を原子全体の大きさだとすると、中心にある原子核の大きさは、なんと「1円玉」とか「ビー玉」くらいしかないんだよ。
生徒： えええっ！ドームの真ん中にポツンと1円玉があるだけ！？周りの電子は？
先生： 電子は、その広大なドームの客席のいちばん後ろとか、外周を気が遠くなるような速さで飛び回っている、目に見えないほど小さな粒さ。だから、原子のなかは実質スカスカなんだ。 だからね、全人類80億人の体から、この「隙間（真空）」を完全に押しつぶして、中身の原子核だけをぎゅーっと集めたら、なんと「リンゴ1個分」の大きさに収まっちゃうんだよ。
生徒： 80億人の人間がリンゴ1個に！？じゃあ、重さはどうなっちゃうの？
先生： ここが面白いところで、電子には重さがほとんどないから、物質の重さのほとんどが「原子核」にあるんだ。つまり、そのリンゴ1個の重さは、80億人分の総体重……なんと「4.8億トン」もある、超超超ギッシリ重いリンゴになるんだよ。
［筆者の格闘］じゃあ、なぜ電子は飛び回るのをやめないの？
生徒： うーん、話としては分かったけど……。原子の中がそんなにスカスカなら、なんで私の手は机を突き抜けないの？すり抜けて床にめり込んじゃいそうなのに。
先生： それはね、電子が「高速で回っていて、あらゆる場所に同時に淡く存在している」からなんだ。まるで高速で回る扇風機の羽根みたいに、隙間だらけなのに、指を入れようとすると弾き返されるバリアになっているんだよ。
生徒： ……先生、そこがどうしても納得いかない！ 「同時に淡く存在してる」って言われても、ただ「ものすごく速く回っているから、どこにいるか分からない」だけでしょ？ だとしたら、回っているその瞬間は、絶対にどこか1箇所にいるはずじゃない。だったら、ものすごい確率で、すり抜ける瞬間があってもおかしくないはずだよ！ あと、「見た瞬間に位置が確定する」って本に書いてあったけど、それって見た瞬間に電子が飛び回るのをやめて、止まっちゃうってこと？
先生： （うっ、鋭い……！ まさにそこ、私も一番「わからない！」って頭を抱えたポイントなんだよ！） よし、じゃあハッキリ言おう。実は電子は、私たちがイメージするような「パチンコ玉みたいな1個の粒」として走っているわけじゃないんだ。 人間が見ていないときは、本当にモヤのようにはっきりと形を持たずに、空間全体に「確率の波」として同時に広がって存在しているんだよ。
生徒： 確率の波？ 走っているんじゃなくて、本当に「同時にそこにある」の？
先生： そうなんだ。もし電子を単なる粒として考えると、原子の安定性をうまく説明できないことが科学的に分かっているんだよ。 そして、「見た瞬間に位置が確定する」っていうのも、電子が動きを止めるわけじゃないんだ。ミクロの電子を見るためには、光の粒をぶつけるしかないんだけど、ぶつかった瞬間に「ここにいた！」と分かるだけで、次の瞬間にはその衝撃でビリヤードの球みたいに猛烈なスピードでまたどこかへ吹っ飛んでいっちゃうんだよ。カメラの強力なフラッシュで車が吹き飛ぶようなものさ。だから、決して止まってはいないんだ。
【大納得の見出し】机の上の「硬さ」の正体は、物質の壁じゃなくて◯◯だった！
生徒： うう、量子力学とか波とか言われても、やっぱり「電子の突っ張る力を押し返してる」っていうのが感覚として分かんないよ。スカスカなのに硬いなんて、やっぱり騙されてる気がする！
先生： よし、それなら「突っ張る力」なんて難しい言葉は一度忘れよう！ みんなが絶対に使ったことがある、あの「磁石」で考えてごらん。
生徒： 磁石？
先生： そう。磁石の「N極とN極」を近づけたとき、どうなる？
生徒： 触れてないのに、間に見えないクッションがあるみたいに、ムニュッて激しく反発し合う！絶対にぶつからないように押し返されるよ。
先生： そう！それだよ！ もし、その反発する力がもの凄く強力だったら、上からどんなに体重をかけて押し付けても、絶対に磁石同士はくっつかないよね。 このとき、あなたの手は「目に見えない磁気の壁」に跳ね返されて、それ以上進めない。中身がギッシリ詰まった壁にぶつかったわけじゃないのに、手には「硬い床がある！」って感じるはずだよね。
生徒： あっ……！！
先生： 気づいたかい？原子のまわりを回っている電子は、みんな「マイナスの電気」を持っている。 あなたの手の表面もマイナス。机の表面もマイナス。 手が机に近づいていくとき、超ミクロの世界では、まさに「磁石の同じ極同士を近づけたとき」ととても近いことが起きているんだ！
生徒： じゃあ、私の手と机は……
先生： そう！実際には、お互いに衝突してすらいないんだ！ 磁石のように、見えない電気の力で極限の隙間を保ったまま、お互いに猛烈に押し付け合っているだけ。 みんなが「机が硬いな」って触っているその感触の正体は、中身が詰まっている硬さじゃない。「主に、超強力なミクロの磁石が、お互いに退け合っている反発力」を触っていたんだよ！
生徒： す、すごーーい！！だからスカスカの真空でも、絶対に突き抜けないんだ！やっと100%納得できた！！
結び：私たちの世界は「エネルギーの張りぼて」
私たちが毎日見ている、ぎっしり詰まった「硬い物質の世界」。 でも、ミクロの目で限界まで拡大していくと、そこには広大な「何もない真空の宇宙」が広がっています。
私たちが壁を突き抜けず、床の上に立っていられるのは、中身が詰まっているからではなく、電子たちが織りなす「電気の反発力」が空間をガッチリと満たしてくれているおかげなのです。
日常の「当たり前」を疑ってみると、こんなにもスリリングで面白い科学の世界が隠れています。
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