すす、彗星の氷、医療用粉末にはすべてこの数字が共通している

ビリヤードのボールをボウルに詰めたら、誰も現実にはそんなことはしませんが、ボールは密度 74 パーセントでボウルに詰められるでしょう。ボウリングのボールをプールに詰めたら、誰も現実にはそんなことはしませんが、ボールは密度 74 パーセントでプールに詰められるでしょう。

これは、74 パーセントが完全な球が空間を満たす最大密度であるためです。球の大きさは関係ありません。この概念は抽象的ですが、この数字が現れる「現実の」応用が 1 つあります。気候変動を予測するための数学モデルでは、環境科学者は通常、大気中の煤の凝集体が 74 パーセントの密度であると想定しています。煤は地球温暖化の大きな原因であるため、気候モデルで重要な役割を果たしています。

しかし、新たな一連の測定で、研究者チームは煤の密度が 74 パーセントではなく 36 パーセントであることを発見しました。それだけでなく、彗星の物質など、現実世界のさまざまなものも 36 パーセントの密度で詰まっています。36 パーセントは、小さくて硬い粒子でできた物質の普遍的な密度かもしれません。これには、あなたが思っているよりも多くのものが含まれます。

36 パーセントは普遍的な密度かもしれません。

研究者たちは、この数字を検証するために、米国立標準技術研究所の研究室で煤を作った。また、大学生と高校生を各1人ずつ採用し、一連の簡単なテストを行った。学生たちは、空気中の煤粒子の凝集体を模倣した凝集体を形成するために、プラスチックの球を接着した。ビリヤードの球のように空間を均一に満たすのではなく、煤のようなものは、レースのようなフラクタル模様に固まる傾向がある。次に、分子間の力から重力の影響まで、さまざまな力によって、レース状のものがざらざらした球体に詰め込まれる。そう、2人の学生はNISTでの夏季インターンシップで、プラスチックの球をくっつけてこれらの奇妙なゴツゴツした球体を作り、その球をボウルやメスシリンダーに詰め、球が詰まった密度を測定したのだ。世界中の学生の皆さん、科学はあなたたちに感謝します。

研究室で作られた煤と同様に、学生が作ったプラスチックボールの集合体の密度は 36 パーセントであることが研究者らによって判明した。科学者らが公表された科学文献を調べたところ、いくつかの場所で 36 パーセントに近い数値が見つかった。セラミックに使用される二酸化ケイ素は、粒子が凝集する傾向がある医薬品の粉末と同様に、ほぼその密度で充填されている。NASA が 20 個の彗星を測定した結果、それらの密度は 20 パーセントから 40 パーセントの範囲にあると推定されている。

NISTの研究者らは今週、米国科学アカデミー紀要に研究成果を発表した。研究論文の著者の中にはNISTの学生も名を連ねている。