『ストレンジャー・シングス』シーズン3における磁石の落下の物理法則

『ストレンジャー・シングス』シーズン3における磁石の落下の物理法則

『ストレンジャー・シングス』の磁石について話さなきゃいけないと思うんだけど。え、まだシーズン3を見終わってないの?大丈夫、ストーリーに大きく影響する要素じゃないけど、厳密に言うとネタバレになるから。念のため言っておいた方がいいかな。

プロットの磁石に関する部分を振り返ってみましょう。まず、ジョイス・バイヤーズ(ウィノナ・ライダー)は、冷蔵庫のマグネットが動かなくなり床に落ちていることに気づきます。これはおかしいと思い、図書館で借りてきた上級物理学の教科書を軽く読んでみることにしました。次に、彼女は地元の理科教師スコット・クラーク(ランディ・ヘイヴンズ)の家に立ち寄ります。二人のやり取りはこんな感じです。はい、書き起こしました。あなただけのために。

ジョイス:これって何ですか?

スコット:これはソレノイドです。金属の芯に巻かれたコイルで、電気が流れると…

ジョイス:電磁場を作り出します。

スコット:まさにその通り。さあ、楽しい時間だ。どうだ?

ジョイス:ええ。[スコットがソレノイドをオンにする] 何も見えないわ。

スコット:いいえ。目には見えませんが、確かにそこにあります。私たち独自のクラーク・バイヤーズ電磁場です。なかなかすごいでしょう?

ジョイス:ええ。

スコット:そしてこのフィールドは、近くにあるあらゆる帯電物体に影響を与えます。

ジョイス:私の磁石と同じ?

スコット:まさに磁石と同じです。

ジョイス: OK、なぜ何も起こらないのですか?

スコット:ああ、磁場は安定しているからね。でも、電流を減らすと… [スコットが電流を止めると、磁石は落ちます。 ]

ジョイス:どうやって...

スコット:磁気双極子は磁場に応じて方向を変えようとしましたが、

ジョイス:いやいや。どうして私の家でこんなことが起きているの?

後日: スコット:理論的には、この交流変圧器の大型版は存在しうると思います。ある種の機械です。しかし、あなたの家や街中まで電力を供給するには、何十億ボルトもの電力が必要になり、数千万ドルもの費用がかかります。

たくさんの質問があると思いますので、早速始めましょう。

ソレノイドとは何ですか?

まずはシンプルなものから始めましょう。スコットが言ったように、基本的には電線を巻いたコイルです。そこに鉄のような強磁性体の固体コアを加えると、より強い磁場が生成されます。他の金属がそれほど効果があるかどうかは分かりませんが、固体コアは不要です。中心に空気があるだけで機能します。基本的な考え方は、電流が磁場を作るというものです。電線を一つのループに巻くと、ループのすべての側面からの磁場がほぼ同じ方向に揃い、ループ内に強力な磁場が生成されます。ループの数が多いほど(ソレノイドのように)、磁場は強くなります。

ああ、スコットはワイヤーを金属製の弁当箱みたいなものに巻き付けているみたいですね。かっこいいですね(マクガイバーっぽいですね)。でも、磁場に大きな影響を与えるには、中が空洞ではなく、しっかりとした金属の芯が必要です。あと一つ。

ソレノイドは電磁場を生成しますか?

いいえ。まあ、必ずしもそうとは限りません。ええと、実は「電磁場」が一体何なのかよく分かりません。空間内に電場と磁場の両方が存在し、その二つの場が電磁波を発生させる領域と解釈します。つまり、ソレノイドに一定の電流を流すと、静磁場しか発生しません。ソレノイドに交流電流を流すと(ACコンセントに差し込むと発生します)、電流の変化によって磁場も変化します。この変化する磁場が電場を作り出し、電場も変化します。この変化する電場と磁場が電磁波なのです。

ソレノイドが電磁場を発生させるというのは完全に正しいとは言えません。むしろ、電磁波を発生させる可能性がある、と言う方が適切です。

ソレノイドは帯電している物体に影響を与えますか?

これは暗い道(知識の闇)へと突き進んでいます。覚えておいてください、ジョイスとスコットは磁石について話しています。彼が荷電粒子について言及すると、私は怖くなります。彼は磁石と荷電粒子を混同しているのではないかと心配です。確かにそれらは異なります。しかし、先に進みましょう。

一定の磁場を作るソレノイドは、どんな荷電粒子とも相互作用するのでしょうか?いいえ。相互作用があるのは、一定の磁場と動いている荷電粒子だけです。この点で、スコットの主張はほぼ真実ではないと言えるでしょう。では、変化する磁場と変化する電場を持つソレノイドの場合はどうでしょうか?その場合、あらゆる荷電粒子と相互作用するでしょう。しかし、その相互作用は非常に弱く、非常に小さいため、おそらく気づかないかもしれません。

しかし、その仕組みはこうです。この電磁波の電界は、帯電物体を押し出します。帯電物体は電界の中で力を受けるからです。この帯電物体が(電界の影響で)動き始めると、磁力が発生します。実は、彗星の尾が太陽から遠ざかっているのは、まさにこのためです。太陽光である電磁波も、基本的に同じように彗星の塵と相互作用します。これが塵を太陽から遠ざけますが、その効果は非常に小さいのです。

「Exactamundo」はいつ流行り始め、いつなくなったのですか?

「exactamundo」って80年代のフレーズ? ええ、調べてみたら、どうやら「ハッピーデイズ」でフォンジーが使っていたことから有名になったみたいですね。この言葉がまた復活するのかな?

磁石を消磁できますか?

いよいよ、この問題の核心となる真の疑問に迫ります。ジョイスは謎を解こうとしています。それは、落下する磁石の謎です。一体これは可能なのでしょうか?磁石を非磁石にすることはできるのでしょうか?答えはイエスです。少なくとも、場合によっては可能です。

最も単純な磁石、磁化された釘から始めましょう。棒磁石の片端を釘に沿って動かすと、釘は磁化されます。確かに超強力な磁石ではありませんが、確かに磁石です。鉄や一部の鋼鉄などの金属には、磁区と呼ばれる内部領域があります。これらは金属の一部で、小さな磁石のように機能します。磁化されていない釘では、これらの磁区はランダムに配置され、非常に弱い磁場を作り出します。磁化された釘では、磁区はより強い磁場になるように整列しています。以下は、磁化されていない釘と磁化された釘の図です。小さな矢印は磁区を表しています。

散らばった矢印と均一な矢印の図

レット・アラン

しかし、磁化された状態から磁化されていない状態へはどうやって変化させるのでしょうか?簡単に答えると、これらの磁区を「揺さぶる」必要があります。この「揺さぶり」には複数の方法があります。釘を熱くする方法があります。非常に熱くするのです。熱い釘では、熱振動によって磁区が不安定になります。釘を冷ますと、磁区はランダムなパターンになり、磁場はほとんどなくなります。釘を叩くことで磁区をランダム化することもできます。そうです、ハンマーで叩けば、磁区をランダムなパターンにシフトさせることができます。

最後に、釘を消磁する方法がもう一つあります。それは、変化する磁場を使うことです。ソレノイドのように、変化する電流とともに磁場を発生させるものがあれば、変化する磁場が得られます。磁化された釘が変化する磁場の中にあると、磁区の配列が崩れ、磁化が失われます。はい、これは実際に効果があります。

しかし、ソレノイドで磁石を消磁するには、2つの条件が必要です。まず、鉄や鋼のように変形可能な磁区を持つ磁石が必要です。これは、高価なネオジム磁石では機能しません。セラミック磁石でも同様です。次に、強力な磁場が必要です。つまり、この方法が機能するには、ソレノイドにかなり近づく必要があります。範囲を広げたい場合は、電流を増やす必要がありますが、少なくともある程度は理論的には可能です。

実は、スマートフォンで磁場の強さを測れるかもしれません。私は、スマートフォンにフィフォックスを取り付け、大型ソレノイドと併用して釘の磁気を消してみました。すると、わずか20cmで磁場が4ミリテスラからほぼゼロまで低下しました。小さな町全体に届くほどの強力な磁場を作りたいなら、とてつもなく大きな電流を流す必要があります。

数十億ボルトの電気はどのようなものなのでしょうか?

スコット・クラークは、とてつもなく高い電流が必要だとは言っていません。「数十億ボルトの電気」と言いました。これはどういう意味でしょうか? 彼が10億ボルトの電位差について言っているのであれば、それはかなり大きいですが、不可能ではありません。足を床にこすりつけて静電気を蓄積するだけで、非常に高い電位を得ることができます。放電によって空中に発生する小さな火花を見ると、1メートルあたり300万ボルトの電圧が必要です。つまり、わずか1ミリメートルの小さな火花でも3000ボルトになります。10億ボルトにしようとすると、それはかなり巨大なものになり、火花の長さは約1000メートルになります。

しかし、肝心なのは、電圧は電流ではなく、電流がなければ電圧は磁場を作らないということです。クラーク氏が巨大なソレノイドを説明したいのであれば、おそらくワットという単位を使うべきでしょう。ワットは電力の単位ですが、電気回路の電圧と電流の積でもあります。もし彼が「数十億ワット必要」と言ったなら、もっと意味が通じたでしょう。もし彼が「1.21ジガ」ワットと言ったらどうでしょう? 面白いでしょう。

これはバグですか、それとも機能ですか?

さて、本当の質問に移りましょう。スコット・クラークのミスはストーリーの一部だったのでしょうか、それとも単なるミスだったのでしょうか?ジョイスを落ち着かせるために、根拠のない科学的説明をするつもりだったのでしょうか?もしそうだとしたら、それで構いません。だって、スコットだって普通の人間ですから。誰でもミスはします。何かを理解しているつもりでも、説明しようとするとおかしな言葉が口から出てしまう。そういうことはよくあることです。

もう一つの可能​​性は、「ストレンジャー・シングス」の脚本家がスコットに本格的な科学的な解釈をさせたかったというものです。もしそうだとしたら、彼らは失敗したと言えるでしょう。まあ、ご心配なく。それでも素晴らしい番組です。実際、多少の科学的な誤りがあっても私は気にしません。これはSF番組であり、電磁場に関するドキュメンタリーではありません。

でも、一つ気になることがあります。『ストレンジャー・シングス』シーズン1で、子供たちが水に塩を加えて感覚遮断タンクを作り、誰かが浮くようにするシーンがあります。計算は驚くほど正確でした(詳細は以前の記事で詳しく解説しています)。明らかに、そこに科学の知識を持つ人がいたようです。もしかしたら、科学アドバイザーか、あるいは単に知識豊富な脚本家だったのかもしれません。では、なぜ今シーズンに大きな間違いがあったのでしょうか?きっとストーリーの一部なのでしょう。

ああ、もし意図的なミスでなければ、助けが必要ならいつでもここにいます。電話してください。


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