女子高校生3人が二酸化炭素を吸収するボールを開発「化学の甲子園」で全国2位、地球温暖化対策にもつながる研究 世界大会に出場へ

女子高校生3人が二酸化炭素を吸収するボールを開発　「化学の甲子園」で全国2位　地球温暖化対策にもつながる研究　世界大会に出場へ
　　長野放送　　より　241127


◆「ミドリ・バイオ・リアクター」（MBR）
「化学の甲子園」と言われるコンテストで飯山高校2年生の女子生徒3人の研究が全国2位となりました。

開発したのは二酸化炭素を吸収する小さなボール。

地球温暖化対策にもつながる研究で、年明けには世界大会にも出場します。


■イクラ似の酸素を生むボールの誕生
　青く色づいた液体を落とすと小さなボールが！
青く色づいた液体。中には、ミドリムシなどの緑藻類が入っています。スポイトを使って透明な液体に落とすと。

生徒：
「塩化カルシウム水溶液に表面が触れた瞬間に固まります」
透明で小さなボールが出来上がりました。
緑藻類の光合成で酸素を生み出す

高藤さん：
「ぷにぷにしています。（何に似ている？）イクラに似ています」
このボールの名前は「ミドリ・バイオ・リアクター」（MBR）。ボール内に閉じ込めた緑藻類の光合成により、二酸化炭素を吸収し、酸素を生み出す効果があります。


■女子高校生3人で開発
　開発した飯山高校の女子生徒3人
開発したのは飯山高校自然科学部の2年生の女子生徒3人です。

@飯山高　自然科学部・藤沢佳美さん：
「近年話題になっている地球温暖化、二酸化炭素の増加が原因の一つとさていますが、（地球温暖化地策には）二酸化炭素を吸って減らし、酸素を吐いて増やす、エネルギーにもなる葉緑体を用いることが有力なのではないかと考えました」

4月から地球温暖化の要因となっている二酸化炭素の削減について研究を重ねてきた3人。試行錯誤を重ね行きついたのが緑藻類をボールに閉じ込める方法でした。

@飯山高　自然科学部・大塚結愛さん：
「光合成をするボールにすることで、外部との酸素と二酸化炭素の循環が可能で、二酸化炭素を減少できる」

1リットルのボールを1日光合成させると、1.5リットルの二酸化炭素を吸収するということです。


■「化学の甲子園」で全国2位
「高校化学グランドコンテスト」に出場（飯山高校提供）
　3人は、この研究成果で「化学の甲子園」とも言われる「高校化学グランドコンテスト」に応募。すると、10月の最終審査で全国102チームの中から2位にあたる化学未来賞に選ばれました。入賞は、県内の高校で2校目だということです。

@飯山高　自然科学部・高藤陽菜果さん：
「研究の最中では予想と違っていたり、うまくいかないことがたくさんあったが、賞をもらって、自分たちのやってきたことは間違っていなかったとわかってうれしかった」

⚫︎2025年1月に台湾で開催される世界大会への出場も決まった3人。

今後は、「ミドリバイオリアクター」の実用化についても研究を進めたいとしています。

@飯山高　自然科学部・大塚結愛さん：
「例えばワインを発酵させる現場で二酸化炭素が出てしまうので、そこでの活用や火力発電所で二酸化炭素が出るので、その時に使うとか、二酸化炭素が出る現場で活用されたらいいなと思っています」

物体は６次元の世界に存在し、私たちの世界は３次元に投影された影にすぎない!? 「準結晶」が説明する異次元のリアル 202411

物体は６次元の世界に存在し、私たちの世界は３次元に投影された影にすぎない!? 「準結晶」が説明する異次元のリアル
　webムー　より　241127 久野友萬（ひさのゆーまん）


⚫︎準結晶は６次元の影
「超弦理論」という量子力学の説がある。量子よりもさらに小さい、理論上ここから先は無というサイズを「プランク長」という。10の−33乗メートルが物理の限界。そこに、輪っかになった高次元があり、この宇宙を作っているという。

　超弦理論の高次元は、絶対的に小さいので異次元生物も異次元へのアセンションも問題外である。プランク長と人間は、人間と宇宙ぐらいサイズが違うのだ。

[私たちの世界は6次元と接している？　東京大学がリリースした6次元と準結晶の概念図　画像は「UTokyo ITC / Shinichiro Kinoshita」より引用]

　ところが準結晶は、理論物理が整合性のために高次元を持ってくるのとはひと味違う。それは現実に存在し、実験可能な物体だからだ。

　準結晶は五角形が組み合わさった形の結晶で、正二十面体だ。準結晶の原子は特殊な構造をもっていて、結晶の定義である「特定の原子集団が周期的に配列した固体」に反し、「本質的に不連続な回折図形を示す固体」なのだ。準結晶の原子配列にはパターンはあるが周期性はないので、結晶ではなく準結晶と名付けられた。

　準結晶は五角形の正20面体。美しくも奇妙な結晶だ。

　この準結晶の原子配列をモデル化すると、とんでもないことがわかった。６次元にある立方体の３次元の断面が、準結晶の結晶構造と一致したのだ。つまり、準結晶は３次元にある金属結晶だが、その本体は６次元にある。そして３次元の物体が平面の影、２次元に投影されるように、６次元の物体が３次元に投影されたものが準結晶なのだ。

　アルミニウム・パラジウム・マンガン（Al-Pd-Mn）合金の準結晶の原子配列。パターンはあるが周期性はないという意味が、この図を見るとなんとなくわかる。繰り返しがあるようでないのだ。　画像は「Wikipedia」より引用
　６次元の立方体の影が３次元では準結晶という正20面体になる？　数学か物理の物性科学をやっている人しかわからない謎な話だが、数学上はそうなるのだそうだ。

　準結晶の原子配列のように、周期性はないがパターンのある２次元図形を発見者の名前をとってペンローズタイルという。ペンローズ博士はノーベル物理学賞を受賞した物理学者であり、数学者でもある。

ペンローズタイル。周期性はないがパターンはある図形は、準結晶の原子構造を２次元展開した図とそっくりだ。　画像は「Wikipedia」より引用

　６次元にある立方体を２次元に展開すると、ペンローズタイルとそっくりな平面図形が現れる。それは同時に準結晶の原子配列とそっくりということだ。６次元にある立方体の２次元展開図も準結晶の原子配列も、どちらもペンローズタイルを描画する数式で表現できる。

　準結晶の原子配列の平面図を立体に戻すと正二十面体になる。６次元の立方体を２次元に展開したらペンローズタイルになり、ペンローズタイルを３次元に戻したら準結晶になるのだから……６次元が３次元に顔を出したものが準結晶ということになる。

数学上の6次元にある立方体。この立方体を２次元に展開すると準結晶の原子配列と同じ図形が現れる。それを3次元で構成すると、準結晶になる。つまり準結晶は６次元に本体があるのだ。　画像は「Wikipedia」より引用

⚫︎五芒星の不可思議
　そうはいっても、数学上の話だろうと思うかもしれない。ところがだ。2024年５月14日、東京大学が「６次元の揺らぎがもたらす準結晶の奇妙な物性　機械学習分子運動力学シミュレーションで解明」というリリースを発表した。

　準結晶は異常に比熱（熱を加えた時の温度変化を表す尺度）が高く、たとえば準結晶でコーティングしたフライパンは、普通のフライパンよりも極端に温まりにくい。同じアルミフライパンでも、準結晶でコーティングするとゆっくりとしか温まらなくなるのだ。

　その理由がわからなかったのだが、東京大学情報基盤センターの永井佑紀准教授らはAIを使ったシミュレーションで、６次元にある物体がゆらぐと３次元の準結晶の比熱が上がることを見つけ出した。

　つまり、準結晶の向こう側には、数学上の話ではなく、実際に６次元があるのだ！

「3次元の物体に光を当てて壁に映る影が２次元になるように、物体が６次元の世界に存在し、私たちの世界では３次元に投影された影を見ている」と同リリース。

　準結晶の面を作っている５角形は、陰陽道や魔術では五芒星として知られ、聖なる形とされている。国旗に使う国も多い。

　五芒星がなぜ聖なる形なのか、その理由の一つは美の比率と言われる黄金比1：約1.618が対角線の交点の線分と対角線の比で現れることだろう。あの星形は美的に美しいのだ。

　どんな結晶の３次元モデルも、６次元の図形の射影（３次元に現れる影）として計算できるのだそうだ。あらゆる結晶は６次元とつながっている？　のかもしれない。

　ちなみに、準結晶でコーティングしたフライパンは、温まりにくい以外にも絶対に焦げ付かないという性質がある。３次元の物質とは原子配列がまったく違うため、原子間の干渉が起こらず、焦げ付きようがないらしい。フライパンの向こうに６次元があるわけだ。

　次元上昇や異次元の怪物はともかく、私たちの宇宙と高次元の世界が物理的につながっているというのは面白い。準結晶の研究が進めば、６次元の全貌もあきらかになり、実は私たちの世界は６次元の巨大な宇宙の射影に過ぎない、なんてことになるかもしれない。

　幽霊も宇宙人も６次元の存在が３次元に現れたものかもしれず、だったら私たちが彼らのことを何一つわからないのも当然と言えば当然。原子レベルでお互いに干渉できないのだから。私たちは６次元から見れば、焦げ付くフライパンでしかないのだ。


▶︎著者：久野友萬（ひさのゆーまん）
サイエンスライター。1966年生まれ。富山大学理学部卒。企業取材からコラム、科学解説まで、科学をテーマに幅広く扱う。

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