エレクトリック・ユニバースに生きていることを示す三つのシンプルな実験

2024年12月28日

“電気"の痕跡を探してみよう

スマホやパソコン、照明器具などの家電商品に代表される電気器具はスイッチを入れれば瞬間的に動作します。当たり前のことのように思っていますが、どうしてなのでしょうか？
それは接続されているからです。停電などで接続されていなければ、スイッチを入れても何も起きません。家電商品は電線の中を電気が流れていますが、宇宙ではプラズマを介して流れています。どちらも肉眼では見えません。不思議なことに主流の宇宙論では電気の存在は無視されています。いまだに時代遅れのビッグバンだのダークエネルギーという概念でしかないものを探し求めています。銀河や太陽、惑星はもちろん、自然現象や人体を含めた生命活動を一つの電気回路として見ていけば、シンプルに宇宙全体を理解し始める事ができるはずなのに残念な事です。

私たちの体は電気信号で動いており、日常生活も電気のお世話になっています。私たちは文字通り電気的な宇宙に住んでいます。そのことを簡単な実験で教えてくれる、ベンジャミン・ハイド氏のビデオを紹介します。意識をそこに向ければ、例えば、リヒテンベルク図形の特徴を知れば、様々なところに電気が働いた痕跡を発見できるようになるかもしれません。

ベンジャミン・ハイド氏の経歴を彼が運営している「SPARK SCIENCE」から引用します。

経歴

2011年、ベンは退屈しのぎにパートタイムの仕事を探し始めた。フルタイムの仕事では埋められない孤独な時間を埋めるための何かを。そして、彼はそれを見つけた。それは、学校やパーティーなどで子供向けの科学番組のプレゼンターを務めるというものだった。それは楽しそうだった！　それは、ユタ州ソルトレークシティの学校で研修初日を迎えるまでだった。彼はそこで、トレーナーが「彼の持ち物に触らないように」と集まった子供たちに講義をしているのを聞いた。この講義は５分間続いた。彼は最初の３分後に時間を計り始めたので、このことを知っている。
彼は、これが子供たちに科学への興味を抱かせる方法ではないと気づき、丁重にその場を離れ、車で帰宅した。帰宅途中、今も彼の人生の特徴であり原動力となっている"ひらめき"が彼を襲った。その考えとは、"なぜ自分でやらないのか？"というものだった。

自宅のキッチンで妻と長男とともに、彼らは最初のアイデアを具体化し、それが SPARK SCIENCEとなった。SPARKは、Science Programs Aimed Right at Kids（子供向けの科学プログラム）の頭文字を組み合わせた造語である。

スパーク・サイエンスの最初のプレゼンテーションは、プロボ・ピークス小学校のポンド先生の１年生のクラスで行われた。確かに科学と歴史に関する内容が多かったが、触ったり遊んだりできる要素もたくさんあった。それがスパーク・サイエンスの特徴である。

それから数日後、ベンはプロボのヴィレッジ・インで即興コメディのクラスの生徒たちと授業後の夕食をとっていた。20歳の生徒たちはテーブルの端に座り、ベンと講師のマーク・バレット、そしてもう一人の生徒アダム・フォーギーはテーブルの反対側に座った。ベンはアダムに仕事は何をしているのか尋ねた。アダムはソルトレークシティーのFox 13テレビ局のプロデューサーだと答えた。ベンは冗談めかして「もしそちらで科学番組が必要になったら、知り合いがいるんだけど……」と答えた。ベンは驚きながらも大喜びし、アダムが「やるよ」と答えたので、本気だと確信した。2011年11月のことだった。それから２か月後の2012年１月、SPARK SCIENCEが初めて放送された。
放送された回の一部は、こちらでご覧いただける：https://www.fox13now.com/good-day-utah/budah-studies-bathtub-science-and-ultraviolet-vision-with-spark-sciences-ben-hyde

［要旨］2024/12/09
私たちが本当に"エレクトリック・ユニバース"に生きていることを示す、楽しくて簡単な方法をご紹介しよう。ベンジャミン・ハイドが、自宅でできる三つのシンプルな実験を実演する。

これらの実験に必要なのは、時代遅れで、お店の看板や看板屋の片隅に埃を被っているネオンサインの変圧器を除けば、高価な実験器具は一切必要ない。丁寧に頼めば、無料で提供してくれるかもしれない。

三つの実験のテーマは、リヒテンベルク図形、ダブルローブ（対の耳たぶ、対になった葉）、ツイストペア（ねじれたペア）である。

ベンは、Spark Science（「子供たちに直接科学を教えるプログラム」）のプレゼンター、教育者、教師として、アメリカ合衆国ユタ州全域でライブの科学デモンストレーションを行っている。
Spark Science@benhydesparkscience

ベン・ハイド：三つのシンプルな実験
Ben Hyde: Three Simple Experiments

ようこそ。
私はベンジャミン・ハイド。SPARK Scienceのメンバーです。

これから数分間、ご自宅で簡単にできる三つの実験を紹介します。これらの実験を行うことで、私たちが実際に"エレクトリック・ユニバース"に生きているという洞察と知識を得ることができます。

さて、C.J.ランサムという名前をご存知の方も多いでしょう。

彼はいくつかのEU（エレクトリック・ユニバース）会議で発表を行っており、ウォル・ソーンヒルとデヴィッド・タルボットが土壌やその他の表面における放電の影響について発表する際に使用した、非常に初期のラボ実験のいくつかを作成する上で重要な役割を果たしました。

非常に幸運な一連の出来事により、私は2023年にヴェマサット・ラボでの現役を退いたC.J の膨大なオリジナルのラボ機器を継承するという大きな光栄に浴しました。

これからご紹介する実験は、高価な実験機器が大量にないとできないものだと落胆される前に、はっきり申し上げておきますが、これらの実験はすべて、C.J.から機器を受け取る前に実施したものです。彼の機器が届いたときには、それはすでにできあがっていたケーキにさらに砂糖をかけたようなものでした。実際、必要な唯一の本格的な機器は、これだけです。
ネオンサインの変圧器です。

もしこれがピンとこないようであれば、それはあなたがネオンサインが何なのかを知るにはまだ若すぎるのかもしれません。

これは数十年も前にLEDサインに取って代わられたものです。今となっては時代遅れの機器であり、おそらくはお店の看板や看板屋の暗い片隅で埃をかぶっていることでしょう。実際、C.J.からいくつかのトランスを譲り受けたことを除けば、看板屋はまさに私が変圧器をすべて手に入れた場所です。頼めば無料で譲ってくれました。

実験 #1 リヒテンベルクパターン Lichtenberg Patterns

これに必要な材料は、ネオンサインのトランス一台です。これは高電圧低電流の装置です。交流10キロボルトくらいです。10キロボルトである必要はなく、９～12キロボルトの範囲であればいいでしょう。0.08アンペアくらいになります。私のものは通常0.06アンペアくらいです。
ツーバイフォー工法のような端材が必要です。長さは約20cmあることを確認してください。長さ約2.5cmの釘またはネジを二本用意します。
まず、木材の両端に釘またはネジを打ち込みます。ただし、木材をしっかりと固定できる程度に留めてください。

ぴったりと平らに打ち込む必要はありません。塩をひとつまみ手に取り、それを小さなグラスに入れた水に加えます。この水で、二本のネジまたは釘の間の木材の表面を湿らせます。手でも布でも絵筆でも、何を使っても構いません。

注ぎかけるようにしてもいいでしょう。
次に、絶縁電線をトランスの各リード線に取り付け、各電線のもう一方の端をそれぞれの釘またはネジに取り付けます。木、ネジ、ワイヤーに接触させないようにして、変圧器の電源を入れたりプラグを差し込んだりします。どうしてでしょうか？
感電したくないからです。

変圧器からの交流電流がアーク放電を起こし、木の表面を焼きながら進みます。
さて、ここからが面白いところです。互いに燃えながら近づいていく経路が変化し、枝分かれしていることに注目してください。

これがリヒテンベルクパターンです。

ここで少し時間を戻しましょう。
ゲオルク・クリストフ・リヒテンベルクは18世紀中頃に生きたドイツの物理学者で、放電の樹木のようなフラクタル分岐構造を発見したことで知られています。

電気のフラクタル性は、この先も繰り返し出てくるテーマであり、宇宙はまさにエレクトリックであるという主張の柱のひとつです。電気は、完全に自由になると、水のようにただ一つの経路ではなく、抵抗の少ない複数の経路をたどります。

さて、先ほど木で作成したのと同じパターンは、自然界の至る所で見られます。そのいくつかを紹介します。

リヒテンベルク図形の形をした河川渓谷に関しては、水が実際に流れて渓谷を刻むことは事実ですが、その起源は電気放電、すなわち神々の雷 Thunderbolt of the Gods であると私たちは主張しています。水は後から加わったのです。

ここで質問です。
先ほどご覧いただいたビッグホーン山脈、ウィンドリバー山脈、ユインタ山脈が河谷（川の流域）ではなく、山脈（山岳地帯）だということに気づいた方はどのくらいいるでしょうか？

リヒテンベルクパターンは侵食だけを引き起こすのでしょうか？
その可能性はあります。次の実験はこの考えを（面白半分にというニュアンスで）検討するものです。

実験 #2 ダブルローブ（対のローブ）Double Lobes

※ lobe：より大きな構築物の一部である丸い突起、丸い突出部、耳たぶ、葉、（葉などの）裂片、突起または分割、特にやや丸みを帯びた形状のもの、ローブ

今度は再び変圧器を使います。今度は変圧器をオフにして、重曹の山から１インチ（約2.5cm）ほどリード線を吊り下げます。

そう、あなたがいろいろな美味しいお菓子を焼くのに使うものです。ろうそくの炎に重曹を投げ込むと、きれいなオレンジ色に燃えますが、それはまた別の機会に。重曹はボウルの中か、より科学的に言えば、非導電性のプラスチック製の平底容器の中に入れてください。

次に、変圧器のもう一方のリード線を小さな金属板、または前述の容器の下にあるアルミホイルに接続します。

離れて立ち、変圧器の電源を入れます。アーク放電が起こったら、変圧器の電源を切り、上部のリード線を１センチほど持ち上げて、変圧器の電源を入れた際にアーク放電が起こらなくなるまで、このプロセスを繰り返します。では、ここで何が起こっているのでしょうか？

電気（この場合は交流）は、電源の入った物体の鋭い先端から飛び出します。ワイヤーの先端が尖っているのは、そのためです。避雷針が尖っているのも、セントエルモの火が船のマストで目撃されるのも、それが理由です。

これらはすべて尖った物体です。これはコロナ放電と呼ばれ、それ自体はそれほど熱を発生させないため、興味をそそるものです。

これは"コールドプラズマ"とも呼ばれていますが、"ダークモードプラズマ"と呼ばれるものと混同してはいけません。

実際、コールドプラズマとは、電子がイオンよりもはるかに高温であるプラズマを指します。

つまり、電子は高エネルギーであるものの、プラズマ全体の温度は比較的低いことを意味します。一方、ダークモードプラズマとは、電流が光の放出を引き起こすほど強くないプラズマの状態を指し、実際の温度に関係なく、肉眼では基本的に見えない状態です。

つまり、より大きなプラズマシステム内の低輝度プラズマ状態です。これはなかなかクールです。
実験に戻ります。
電源付きのリード線に複数の鋭い先端や角がある場合、例えばマイナスドライバーをリード線に取り付けて使用した場合、電気はすべての鋭い先端から飛び出します。

そして、これは二つの移動電界を作り出し、重曹があると、二つのかなり異なるローブ（対の耳たぶ、対になった葉）形状で、シェブロン（Ｖ字型の模様）で区切られた重曹を放出または侵食します。この実験を何度も行っているうちに、電極の先端が細く尖っていても、電極の先端から発生するコロナ放電は常に二つずつであることに気づきました。この変圧器は交流であり、周期的に振動する電流を発生させているため、驚くことではありません。

さて、周期的に振動する電流の流れや交流電流の流れは、基本的に同じことを意味します。周期的に方向を変える電流です。周期的に往復運動を繰り返します。そのため、ACは"交流"を意味し、一定の間隔で電流の方向が反転するこのタイプの電流の流れを具体的に説明しています。

基本的に、交流電流の概念をより的確に表現した言葉が周期的に方向を変える電流ということです。今までどおり、見て楽しむことはできるし、その魅力を十分に味わうには照明を落とす必要があるかもしれません。

数分前に私が申し上げた、あのおもしろ半分のアイデア（リヒテンベルクパターンは侵食だけを引き起こすのか？）についてはどうでしょうか？
電気は集積することも侵食することも可能でしょうか？
ウォル・ソーンヒルやドン・スコットの作品に詳しい方なら、すでに答えはご存知でしょう。

しかし、簡単に言えば、答えはイエスです。これが放電の作用です。この場合、私たちの実験では"非対称エッチング"と呼ばれる現象が起こります。つまり、一方のローブが他方よりも大きくなるのです。

これは毎回、まったく同じ形で起こるのでしょうか？
もちろん、そうではありません。しかし、全体的な特徴は明らかです。2024年９月に、サンダーボルト地質学の提唱者であり寄稿者でもあるロバート・ホーソン・ジュニアと私が訪れたユタ州中央部のサン・ラファエル・スウェルと呼ばれる場所の例を見てみましょう。

はっきりと識別できる北側の上のローブに注目してください。

その境界は、谷底から突き出た文字通り岩の壁です。それは息をのむような光景です。しかし、南のローブは見えにくいだけでなく、地形的に北の対のローブよりも高い位置にあります。

非対称の形成？
その通りです。

さて、この二つのローブの接合点にズームインすると、この現象のフラクタルな性質を示す美しい例を見ることができます。つまり、大きなローブに対して直角、つまり90度に位置しているということです。

この対のローブ double-lobed の特徴が確認できるのはユタ州だけでしょうか？
そんなことはありません。これを見てください。

他にもありますか？

ええ。Google Earthは、このようなものを見つけるのに最適な情報源です。実際、私が初めて見つけたのはロシアでした。

非常に見つけにくいのですが、それが私を対のローブ double-lobed の地形に興味を持たせるきっかけとなりました。

皆さんも見つけたら、お気に入りのソーシャルメディアプラットフォームで共有してください。ぜひ見せてください！

私たちはエレクトリック・ユニバースに暮らしています。この現象は地球だけでなく、至る所で見られます。

私の自宅のパソコンのデスクトップには、惑星協会 Planetary Society がまとめ共有している素晴らしいモンタージュがあります。

ぜひご覧ください。ハレー彗星の非対称のローブの性質に注目してください。

そう。
あれがハレー彗星です。また、チュリュモフ・ゲラシメンコ彗星、ハートレー第２彗星、ボレリー彗星もそうです。自然界では、ピーナッツのような形が好まれるようです。

念のためもう一度言いますが、彗星は決して汚れた雪玉 dirty snowballs ではありません。
失礼ですが、フレッド。フレッドって誰でしょう？

フレッド・ローレンス・ウィップルはアメリカの天文学者でした。彼の功績には、小惑星や彗星の発見、そして彗星の汚れた雪玉仮説の提唱などがあります。

ちょっと余談ですが、このセットアップがまだ有効である場合、底の金属板を取り外すか、電極を底の板から外し、重曹のボウルを泡の出る溶液のボウルと交換します。ストローを使って、ぶら下がっている電極のすぐ下まで泡を膨らませます。

次に変圧器をオンにして、屈折した光が泡の表面に当たるのが見えるまで頭を動かします。すると、このような光景が見えます。

逆回転は誰か試してみますか？
もっと見たいですか？
数年前にドン・スコットが、お気に入りの新しいウェブサイトのひとつとして紹介した earth.nulschool.net を訪れてみてください。

これはキャメロン・ベッカリオが作成したものです。これは今でもお気に入りのウェブサイトです。実際、私の地下の研究室に入ると、最初に目にするのがこれです。

実験 #3 ツイストペア twisted pairs

さて、最後の実験は、最も簡単で、どこでも見かけるノベルティ（玩具や装飾品などの大量生産された小さな品物）のプラズマボールがあればどこでも行うことができます。

ほとんどのノベルティのプラズマボールには、球体の真ん中に台座や支柱があり、そこからプラズマ（電流）の触手が伸びています。そして、球体の外側を触ることによって、それらと互いに影響し合うことができます。とても簡単な実験として、暗い部屋で間近に見るだけで、触手（つる、巻きひげ）を観察することができます。

それらが常にねじれたペアに分かれているのがわかりますか？

先に述べたように、電気は自然にまかせると、より抵抗の少ない複数の経路をたどります。

しかし、先ほどの二つの平面的なリヒテンベルク実験とは異なり、この電気の触手（ちなみにこれはグローモードのプラズマです）は三次元で動くことができ、ウォル・ソーンヒルや他の人々から教わったように、電気、あるいはより正確に言えば、空間における放電はツイストペアで流れる傾向があります。

これらは、それぞれの触手の先端を観察すると、はっきりと見ることができます。

ブーム（突然の出来事を表すために間投詞）！
宇宙はエレクトリック？

ええ、宇宙はエレクトリックです。
もっと証拠がありますか？

いっぱいあります。

シートベルトを締めて。

──おわり

Spark Science Episode 06 : プラズマ

Spark Scienceのビデオです。嬉しいことにソーンヒルが登場します。テスラコイルやジェイコブズラダー、プラズマボールなどの実験などが紹介されています。

［資料］電気グロー放電

Electric glow discharge
電気グロー放電

電気グロー放電

電気グロー放電は、通常アルゴンやその他の希ガスなどの気体に100Vから数kVの電流を流すことで形成されるプラズマの一種である。蛍光灯やプラズマテレビなどの製品に用いられ、プラズマ物理学や分析化学にも応用されている。また、星が可視スペクトルを生成する代替方法としても提案されている。

グロー放電という名称は、プラズマが発光していることに由来する。電子が励起衝突によって可視光を発生させるのに十分なエネルギーを得ることで発光が生じる。この現象は、陽極と陰極の相互作用によって最も容易に達成され、グローを発生させる複雑な電流回路が生成される。グロー放電の形成には、各電極における制限された電界とプラズマシースの形成が関与している。イオン化もまた、平衡状態におけるグロー放電の重要な要素である。システムのどの構成要素においても、イオンは常に損失しているため、等価な利得によってバランスを取る必要がある。

（略）

グロー放電の基本構造

グロー放電の電圧電流特性は、多くのプラズマ現象と同様に、非常に非線形であり、通常の線形物理学ではその構造を説明できない。基本的な直流グロー放電では、暗放電、グロー放電、アーク放電の三つの主要な領域を区別することができる。

上の図はグロー放電の典型的なV/Iプロットである。放電の主な特性、例えば絶縁破壊電圧、電圧電流特性、放電構造などは、電極の形状、使用するガス、圧力、電極材料に依存する。

暗電流モード（暗放電）

電圧電流特性におけるAとEの間の領域は、コロナ放電と絶縁破壊自体を除いて放電が目に見えないため、暗放電と呼ばれる。

A – B
このプロセスの背景電離段階では、放電管の軸に沿って印加された電界が、背景放射から電離によって生成されたイオンと電子を掃き出す。宇宙線、放射性鉱物、その他の放射線源から発生する背景放射は、大気圧の空気中で一定かつ測定可能なレベルのイオン化を引き起こす。イオンと電子は印加された電界の中で電極へと移動し、微弱な電流を発生させる。電圧を増加させると、これらのイオンと電子の割合が増加する。

B – C
電極間の電圧を十分に上げると、最終的にはすべての電子とイオンが掃き出され、電流が飽和する。飽和領域では、電圧を上げても電流は一定に保たれる。この電流は放射線源の強度に線形に依存し、これは一部の放射線測定器で有用な領域である。

C – E
低圧放電管の電圧をＣ点を超えて上げると、電流は指数関数的に上昇する。電界が十分に高くなるため、ガス中に存在する電子は陽極に到達する前に中性原子をイオン化するのに十分なエネルギーを得ることができる。電界がさらに強くなると、二次電子が別の中性原子をイオン化し、電子とイオンの生成が雪崩のように増えていくことがある。電流が指数関数的に増加する領域は、タウンゼント放電と呼ばれている。

D – E
コロナ放電は、電気的破壊が起こる前のガス中の鋭い先端、エッジ、またはワイヤーの近辺の高電界領域で、タウンゼント暗放電として発生する。コロナ電流が十分に高ければ、コロナ放電は技術的には"グロー放電"となり、目に見えるようになる。電流が低い場合は、暗放電にふさわしく、コロナ全体が暗くなる。関連する現象には、無声放電、フィラメント放電の聞こえない形態、ブラシ放電などがある。ブラシ放電は、不均一な電界における発光放電で、同時に多数のコロナ放電が起こり、ガス中にストリーマを形成する。

E
電気的破壊は、イオンまたは光子の衝突により陰極から放出される二次電子が加わったタウンゼント領域で発生する。絶縁破壊または火花放電電位 VB では、電流は104から108倍に増加する可能性があり、通常はプレート間に接続された電源装置の内部抵抗によってのみ制限される。電源装置の内部抵抗が非常に高い場合、放電管はガスを絶縁破壊させるのに十分な電流を流すことができず、電極に小さなコロナ放電またはブラシ放電が現れるコロナ領域にとどまる。電源装置の内部抵抗が比較的低ければ、ガスは電圧 VB で分解され、通常のグロー放電領域に移行する。特定のガスと電極材料の絶縁破壊電圧は、パスヘンの法則（1889年）で示されているように、圧力と電極間の距離の積、pdに依存する。

グロー放電（通常グローモード）

グロー放電は、プラズマが発光していることに由来する名称である。電子のエネルギーと密度が高いため、励起衝突により可視光が発生し、ガスが発光する。グロー放電の用途には、蛍光灯、直流平行平板プラズマリアクター、薄膜蒸着に使用される"マグネトロン"放電、および電子衝撃プラズマ源などがある。

F – G
ＥからＦへの不連続な遷移の後、ガスは通常のグロー領域に入り、放電電流の数桁にわたって電圧は電流にほとんど依存しなくなる。この領域では、電極電流密度は総電流に依存しない。つまり、低電流ではプラズマは陰極表面のごく一部としか接触していないことを意味する。電流がＦからＧに増加すると、プラズマによって占められる陰極の割合が増加し、Ｇ点でプラズマが陰極表面全体を覆うまで増加する。

G – H
Ｇ点以上の異常グロー領域では、陰極電流密度を自然値よりも高く保ち、所望の電流を供給するために、総電流の増加に伴い電圧が大幅に上昇する。Ｇ点から左に移動すると、電圧-電流特性にヒステリシスが現れる。
放電はＦ点よりもかなり低い電流および電流密度で維持され、その後タウンゼント領域に戻る。

アーク放電（アークモード）

H – K
Ｈ点では、電極が十分に高温となり、陰極から熱電子が放出される。直流電源の内部抵抗が十分に低い場合、放電はグロー放電からアーク放電へと移行する（Ｈ-Ｉ）。ＩからＫまでのアーク放電では、電流が増加するにつれて放電電圧が低下し、Ｊ点で大きな電流が得られ、その後は電流の増加に伴って電圧が徐々に上昇する。
（以下、略）

最後までお読みいただき、ありがとうございました。