エンペドクレスの4つの要素

コンスタンチン・ボグダノフ
「クォンタム」2014年第4号、第5号、第6号、第7号、第8号

エンペドクレスは、2500年前にシチリア島に住んでいた古代ギリシャの哲学者、医師、司祭でした。

エンペドクレスは、万物は土、空気、火、水の4つの元の要素で構成されていると考えていました。愛と憎しみ、あるいは好きと嫌いという二つの対立する力は、これらの要素に影響を与え、それらを統合しあるいは分離し無限の様々な形を作る。

私たちの時代は、物質は原子と分子で構成されていることを誰もが知っており、エンペドクレスの推論は、笑われてしまいが、エンペドクレスが語った無限の多様な自然は、分子および原子の化学反応に置き換えることができます。

そして、愛と憎しみ、共感と反感はそれと何の関係があるのでしょうか？
例えば、一枚の紙がコップ一杯の水を愛したり、マッチが石けんを憎んだりすることは、どのようにしてできるのでしょうか？

有名なレオナルド・ダ・ヴィンチが言ったように、真実を判定する唯一の基準は実験であるから、これらの質問に答えるために、簡単な実験を設定しましょう。

実験1.一枚の紙は水の入ったグラスを好むのか？

厚手の紙から一辺15cmの正方形を切り取ります。壁のカレンダーのカバーはこの目的に最適です。水道水の入ったグラスを取り、それを四角い紙で覆い、そっと裏返し、紙をグラスにしっかりと押し付けます。

グラスを裏返し、水の動きが止まったら、紙の保持をやめて手を横に離します。私たちがすべてを正確に行えば、一枚の紙は水の入ったグラスからはがれず、いわばそれに引き付けられます（下の写真を参照）。エンペドクレスは正しい。一枚の紙が水の入ったグラスに恋をしました？なぜこのようなことが起こるのでしょうか？

実験2.なぜマッチは石鹸を嫌うのか？

大きな容器（料理やゼリーの下ごしらえ用のトレー、直径30cm以上の深鍋や鍋、バケツや湯船でもOK）を持っていく。石鹸液の残りを洗い流し、冷たい水道水で満たしておきましょう。次にマッチを持って、その頭を任意のシャンプーに一瞬だけ浸してから、このマッチを水面にそっと置いて離します。マッチの頭が水に触れた「石けんスポット」からすぐに浮いてしまうのがわかります（下の写真）。それはまるでマッチがエンペドクレスの言葉を借りれば、石鹸液を嫌って純粋な水に寄り添うかのようだ。なぜ？

実験１と実験２を説明するためには、まず、エンペドクレスの要素の一つである空気が何であるかを知る必要があります。人間は空気なしでは生きられないことを誰もが知っています-私たちの体は空気中に含まれる酸素を必要としています。空気の存在を検出するのは非常に簡単です。これを行うには、単にあなたの手に紙のシートを取る - 団扇のようにそれを振ると、移動する空気を顔に感じるでしょう。

地球の表面の上にある空気の層の厚さ-約100キロ。この地球の空気層は大気と呼ばれています。空気は水の約1,000倍の軽さですが、大気はかなり顕著な力で私たちの体の表面のあらゆる部分を押しています - １平方センチメートルあたりの力は、１kgの重さに等しいのです。この圧力を大気圧といいます。

山上の大気の厚さは海上よりも薄いので、山上の高いところの空気は圧縮されておらず、気圧が低いということになります。例えば、エルブルス山の頂上では、気圧がソチの半分になっています。

気圧は登山時だけでなく、気温や湿度の変化でも変化します。モスクワの気圧がトゥラ［訳注）モスクワの南100kmにある］よりも低くなると、トゥラからの圧縮された空気がモスクワに向かって移動し始め、南風が吹きます。そのため、気圧を測定することで、天気予報に役立ちます。

フランスの有名な科学者ブレイズ・パスカルは、登山中に気圧の存在を証明し、その低下を実証した最初の科学者です。さらに、パスカルは最初の機械式計算機を設計しました。圧力測定の単位（1パスカル＝1N/m^2）とプログラミング言語の一つにパスカルの名前がついています。

実験3.水から空気を作る方法は？
これは大人の目の前で行うのが一番です。ビニール袋に少量（30ml）の水を注ぎ、空気を絞り、上部でしっかりと縛ります。そして、袋を電子レンジに入れてスイッチを入れます。数秒後に袋が膨らみ始め、約1分後には電子レンジのほぼ全容量を占めるほど膨らみます。

袋がかなり熱くなることがあるので注意が必要です。2つの質問に答えてください。
1.密閉された袋の中の空気はどこから来たのか？
2. 密閉された袋の中に水を入れていない場合、電子レンジのスイッチを入れるとどうなるのでしょうか？

この実験の動画と実験１の説明("一枚の紙はコップの水が好きなのか？") 

実験３「水から空気を作るには」では、エンペドクレスの一方の要素（水）からもう一方の要素（空気）が生まれました。実験では、水と空気は熱したり冷やしたりするとお互いに変化すると、なんとなく似たような感じになることがわかりました。電子レンジで加熱すると密閉された水の入った袋が膨らんでしまう理由がわからなかった方は、こちらで解説しています。

実験４．グラスはなぜ歌うのか？

この実験は、大人の目の前でやった方がいいと思います。実験には2つの同じグラスが必要です。片方は半分を水で満たし、もう片方は空けておきます。空のグラスの足（スタンド）を左手でテーブルの表面に押し付けます。次に右手の人差し指を水で湿らせ、空になったグラスの上端に沿ってゆっくりとまわしながら、端の指の圧力を少しずつ高めていきます。圧力が十分であれば、この指の円運動で音が出ます。次に、半分が水で満たされたグラスで同じことをします。水の入ったガラスが低い音を出すのが聞こえてきます。

2つの質問に答えてください。
1. なぜグラスが歌い始めるのか？
2. 歌うグラスに水を入れると音程が下がるのはなぜ？

この実験の動画は、Kvantikのウェブサイトに掲載されています。
https://old.kvantik.com/files/materials_2014_06.html

イギリスの科学者ロバート・フック(1635-1703)は1660年に、力とそれが引き起こす固体の変形を結びつける法則を発見しました。この法則は、現在ではフックの法則と呼ばれていますが、身体の弾性変形は力の大きさに正比例するというものです。ラテン語では、フックはこの法則を次のように記しています。"Ut tensio, sic uis" 文字通りの意味は "力と同じくらい伸びも同じくらい" 当時、科学者たちは、他人に流用されることを恐れて、発見を暗号化することがありました。フックは彼の法律のラテン語の言葉からアナグラムを作った - アルファベット順に文字を並べ替えた。"ceiiinosssttuu". 彼は1676年にこのアナグラムを発表し、1678年に解読しました。

フックが残した多くの発見や発明の中でも、彼の最も重要な技術的発明である、当時としては前例のない精度を持つ懐中時計について言及しなければなりません。1日1分もかからずに走れました。このような高い精度を確保するために、フックはアンカー機構（図1）とスパイラルスプリング（図2）を時計のデザインに取り入れました。フークの発明以前は、時計は15分以上の差で逃げたり、遅れたりするので、毎日巻かなければなりませんでした。19世紀末までにフックのゼンマイ時計は改良され、その精度はさらに10倍に向上し、船乗りは正午の時刻を確定し、公海上での経度を0.5度の精度で知ることができるようになりました。

実験４「グラスはなぜ歌うのか」では、ガラスの縁に沿って濡れた指を動かすとガラスが鳴るようになりました。ガラスは川の砂でできており、他の岩石（花崗岩、大理石、石灰岩など）とともに地球の地殻の一部であることが知られています。このように、ほとんどすべての固体体は、エンペドクレスの「土」の要素と考えることができ、そのすべてが音源となりうる。では、なぜ固体の接触が音の発生につながるのか、その疑問に答えてみましょう。

実験4 "グラスはなぜ歌うのか？"

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今回はここまでです．実験5，6は次回にご期待ください．

https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/izbrannoe/432676/Chetyre_stikhii_Empedokla