カテゴリー: サイエンス

日経サイエンス2005年1月号に、「逆転の発想　インターネットゼロ」という記事が掲載されています。SCIENTIFIC AMERICANの2004年10月号に掲載された記事の翻訳です。少しそれらの雑誌の要約部分を読んでみましょう。

家庭に多くの電気機器が無秩序に溢れかえっているが、バルセロナのアントニオ・ガウディーの建築と比較して、もっと有機的に結びつける必要があると説いています。

100年ほど前、バルセロナでアントニオ・ガウディーが建築したときには、造形美と構造計算が継ぎ目なく統一された設計の中に盛り込まれており、単に装飾的な外観であるばかりでなく、同時に応力計算された構造でもあったそうです。

しかし、建物内の電気設備であるスイッチや電器ソケット、サーモスタットは完成した建物に後付けされされ、機能は埋め込まれてしまった配線によって限られてしまったのです。

複雑な装置やコンピューターはさらに後になって設置されたため、結果的に相当数の電気機器が建物内にあるにも関わらず、それらは全く有機的に結合されることなく、それぞれが全く違った方向を向いて設置されていったと説明しています。

これらの不自由さは、建築の経済性、エネルギーの効率性、建築の表現、そして結局は生活のクオリティーを犠牲にしてきたと言っています。

USの建築産業の規模は1兆ドルに及びなすが、そのうちの数十億ドルは配線を引き回しや、そのやり直しの為に費やされているそうです。

ここ数年に渡って「スマート・ホーム」プロジェクトが、「インテリジェント・ビルディング・インフラストラクチャー」を求めてさまよっています。電気設備は建築時に固定されてしまうものではなく、使用者によって流動的に再配置されなければならないとしています。

インターネットは誕生から30年間に7桁に及ぶ進歩を遂げた間にも、ほとんどその姿を変えることがなかったのは、技術に依存する要因を仕様から排除したためだったとしています。

同じ考え方で建物内に散らばって存在している電気機器を相互接続するためには、最も基本的な電球と、現在インターネットの接続対象となっているサーバーの、似ているところと異なるところをはっきりさせる必要があるとしています。

この考え方は、パームと携帯電話や手帳の似ているところと異なるところを発見する事によって、パームのあるべき役割を確認するのに役立つかも知れません。3つの情報管理の方法が有機的に補完しあうことによって、新しい価値が生み出されることもあり得るのでしょうか？

日経サイエンス12月号に、「特集　アインシュタイン　奇跡の年から100年　天才を超える挑戦が始まった｣と題して、２０世紀の天才物理学者アインシュタインの偉業を紹介しています。

アインシュタインと言えば原子爆弾のイメージがあったり、相対性理論のように一般の人には直接関係がないように思いますが、彼の理論に基づいた技術によって実用化されているものも少なくありません。

例えば光電効果を使った光センサーは、カメラの露出調整や自動ドアのセンサーなど身の回りに溢れていますし、太陽電池も多くの機器に使われています。またレーザーは、CDやDVDなどの光記録媒体には欠かせない技術です。

さらにナビゲーションシステムや人工衛星、火星探査機などの宇宙分野では、彼の理論は欠かせないものとなっているそうです。また今後実用化されるものには、新しいコンピューターの設計原理やポータブル原子時計、ナビゲーション用ジャイロスコープなどがあげられています。

「神はサイコロを振らない」と言って確率論に頼る量子力学の曖昧さを批判していたそうですが、当初否定されていたこの考えも、今では肯定的に受け取られているそうです。

現在起こっている現象は過去に起こった現象を継承している訳ですが、逆に考えれば未来に起こることによっても影響を受けると考えられ、量子力学が確率論に頼っているのは未来に起こる事が分からないからだと言う主張が、一般的に認められて来ているそうです。

アインシュタインの主な理論は、1905年に書かれた一連の論文によって発表されたため、それから100年になる2005年を「世界物理年｣と定めたそうです。

原爆が広島に投下された事を知ったアインシュタインは、そうなることが分かっていたら自分は靴職人になるべきだったと言ったそうです。科学と政治は独立したものではなく、科学者は自分の研究成果が政治的にどのような意味があるかを、道徳的に説明する義務があると考えていたと言われています。

世の中のすべての理論や技術は、創造にも破壊にも利用できる二面性を持っています。来年の「世界物理年｣には、多くの人たちがもっと科学を身近に感じながら、そのすばらしさと同時にその意味について考え合う事ができれば良いだろうなと思います。

今年は夏になった途端、一斉にいろんな種類の蝉が鳴き始めて驚きました。全国各地で、アブラゼミとクマゼミとヒグラシが同時に鳴き始めたそうです。

特にヒグラシと言えば、涼しくなる夏の終わり頃に「カナカナカナ・・・」と響き渡るような声で鳴くはずだったのが、今年に限っては暑さの真っ盛りに鳴き始めたようです。

USでは17年周期で現れるセミが話題になっていましたが、昆虫の変化が通常の周期的なものなのか、あるいは異常気象などの影響によるものなのか、判断が難しいところです。

また今年の夏は、朝家の玄関先にクワガタムシが4回もやって来ました。中にはかなり大型のもので、全長が8センチに及ぶものもいました。ヒラタクワガタに似ていますが、それにしては少し大きすぎるようです。

そう言えばつい最近のテレビで、日本原産の甲虫類に異変が起こっている事を紹介していました。事の始まりは７・８年前に始まった、大型のカブトムシやクワガタムシ等の甲虫類ブームだそうです。

最初の頃は、カブトムシのつがいがペットショップなどで2万円ほどで売られていましたが、1999年に輸入が解禁され、南方系の大型の甲虫類が大量に輸入されてきました。

最初は南方系の甲虫類は日本の気候では自然に繁殖出来ず、野山に放たれたとしても自然に淘汰されると考えられていたそうです。

ところが、南方系のものでも2000メートルぐらいの高地に住むものは、充分日本の気候に対応できることが分かってきたそうです。そして日本原産の種と交雑を行った結果、雑種が自然に生息しているものの中で、かなりの比率を占めるようになってきたそうです。そう言えば、映画「ジェラシック・パーク」でも同じような話しがありました。

我が家に飛んできたクワガタムシも、日本のヒラタクワガタなどに比べると肩幅が異常に大きく、外国産大型クワガタのDNAを引き継いでいるのではないかと思われます。

輸入された昆虫類は、ペットとして家の中で飼われているだけなら良いのですが、生きたまま自然界に放つと自然環境を破壊していきます。

農業用途に輸入される蜂も、生態系に及ぼす影響が思ったより深刻であることが判ってきていますし、湖で問題になっているブラックバスも、多くの日本原産の魚の存続を脅かしています。

工業製品の場合ならば、例えばビデオテープがＤＶＤに置き換わったとしても、それは進化したのだと片づけることが出来ますが、生態系の場合は食物連鎖のどこかが失われてしまう可能性があります。つまり生態系への影響は、進化ではなく必ず破壊になるのです。

特に食物連鎖の下位に位置する生物の生態は、必ず上位に位置するほ乳類の生態に影響を与えます。食物連鎖の最上位に私たちがいると考えれば、人類の将来を脅かす事態になることも考えられます。

生態系のメカニズムには、まだ解っていないことがたくさんあります。一度破壊された生態系は、容易には元に戻せないのです。

ドーナツを食べれば胃の中に入る。簡単に片づければそれでお仕舞いですが、せっかくですから、もう少しこの2つの間に関連を付けてみましょう。

今ドーナツの絵を書いてくださいと言われたら、どのような絵を描くでしょうか？単純に書くのなら、同心円で、半径が異なる円を2つ書くでしょう。確かに、ドーナツ型をしています。

しかし、「大小2枚の丸いお皿が重なっている」と言われれば、そのようにも見えてきます。つまり、小さい方の円の中が詰まっているのか空いているのか、見方によって変わってくるのです。

CADのような平面図形を扱うソフトウェアでは、同心の2つの円をどのように解釈するかが困難です。単に円が2つ重なっているだけでは、ドーナツなのか、2枚のお皿なのか判りません。

図形を構成する線は物の境界を示してはいても、その境界のどちら側にものがあるか明確ではないからです。

ドーナツ型の場合は、外側の円はその内側にものが存在し（Inside Topology)、内側の円はその外側にものが存在する(Outside Topology)と言う属性を持たせることによって区別します。

これで解決したように見えますが、例えば内側の円（Outside
Topology)を拡張（Expand)させていき、外側の円より大きくなると変なことが起こります。

また、同心円を2つに切った場合、アルファベットの"C"の文字が向かい合ったような形になりますが、その場合はInside/Outsideの区別がなくなります。再び結合させたりすると、さらに複雑になってしまいます。

これら一連のドーナツ図形を扱う上での問題を、「古典的ドーナツ問題」と呼ぶことがあります。

このようにあらゆる図形の演算に対して、取り扱いが煩雑になるため、ドーナツ型を作るときは、最初から"C"の文字を向かい合わせてような作り方をします。

また、"C"の空いている部分を延ばして閉じた円になるようにした場合、少しでも重なってしまうと"Self Intersection"と称してやっかいな現象が起こります。正に、ヘビが自分のしっぽを食べたかのように、図形が消滅する事になります。

さて、胃の中の話しに戻りますが、2つの大きさが違う同心円を見て、2つの大きさの異なる丸いお皿が重なっていると考えれば、胃の中は体の中になりますし、ドーナツだと考えれば、胃の中は体の外になるのです。考え方によってどちらにも見える訳です。

ここまで考えてくると、お化粧をする女性にとって、「デパートの化粧室は中でデパートの売場は外」であるとしたら、「電車の中は中で電車を降りたら外」と言う理屈もあるのかも知れません。電車の中でお化粧をしている女性は、自分ではプライベートな世界にいるのかも知れません。

おっとその前にもっと重要なことに気付いていませんでした。そもそも電車でお化粧をする女性は、隣に座っているおっさんを男性（異性）とは思っていなかったのですね。

「人間の胃の中は体の外にある」と言うのは、動物の進化の過程を考えると分かりやすいかも知れません。

最初の動物は消化器官を持たず、体の表面に接する液体から養分を吸収していました。しかし、それでは接している時間が短いため、全ての養分を吸収することが出来ません。動物としてより活発に活動するためには、もっと効率よく養分を吸収することが必要です。

そこで最初はくぼみであった養分を吸収する組織が進化して、体を貫通する消化器官になったそうです。消化器官は体の表面の形が変化して出来たものなのです。

そう考えると人間は、トポロジー的には「ドーナツ型」をしていると言えるでしょう。

おなかの空いたヘビが、間違って自分のしっぽを食べ物だと思って食いついてどんどん食べていき、最後に頭の部分を食べたら消えてしまったと言う話しがあります。

これは冗談だとしても、ドーナツ型には不思議な現象が起こることがあります。

「メビウスの帯（輪）」は、裏と表がない図形として様々な研究の対象になっています。

試しに適当な長さの2センチ幅ぐらいの紙テープを、一回ひねって輪を作ります。そのテープの真ん中にぐるっと一周線を引き、その線上をはさみで切って輪を2つにしたとき、2つの輪は分かれているでしょうか？それともつながっているでしょうか？

実際にやってみると、予想と違う結果になることがあります。（と言うか、問題自体が誤った表現をしていますね。）そこでなぜそうなるかを説明するための数学がトポロジーです。

トポロジー（Topology)とは、辞書で引くと「位相幾何学」と訳されますが、大雑把な図形間の相対的位置関係を扱う数学です。

ドーナツ型は日常的によく目にする図形ですが、注意して扱わなければならない要注意図形です。それにはトポロジー的な考え方が必要になります。

では次回は最終回、「ドーナツはドーナッてんの？」をお送りします。（いや、あまりにもベタですので、題はちゃんと考えます。）