【書評】『トポロジカル物質とは何か』電圧をかけなくても電流が流れる!?まさに超物質の世界。

「トポロジー」とは、物に切れ目を入れたり穴を埋めたりせずに連続的に形を変えたときに、変形の前後で変わらない性質のことを指します。
さて、このように説明されてすぐに理解できる人が世の中にどれくらいいるでしょうか
本書は、この「トポロジー」という難解な性質を持ったトポロジカル物質をはじめ、物質が持つ脅威的な性質について、わかりやすく魅力的に語られた本です。

科学の叡智をたった100ページほどで

世の中の物質には神秘が溢れています。
私たちが日々何気なしに使っているパソコンでさえ、人類の叡智が詰まっていることは言うまでもありません。
皆さんは、このパソコンが生まれるまでに、一体いくつもの発見や発明が積み上げられてきたか想像できるでしょうか?
その発見や発明の多くがノーベル賞を受賞してきました。
「巨人の肩の上に立つ」というのは、こうした科学発明の連鎖を示して使われた、ニュートンの言葉です。
トポロジカル物質を理解するには、まずはこの科学の連鎖を理解しなければならないわけですが、本書はたった100ページ程度で、しかも数式や物理をまったく使わないにも関わらず、読者を理解させてくれる魔法のような本です。

読者を巧みに科学の世界へと誘ってくれる

先ほどパソコンを引き合いに出しましたが、パソコンのような情報機器になくてはならないのが、トランジスターです。
トランジスターとは、電圧や電流の微弱な変化を大きな変化に拡大するデバイスのことです。
このトランジスターのおかげで電流を流したり電流を切ったりする、いわゆるスイッチ作用が容易となり、コンピュータは脅威的な速さで計算することが可能となります。
では、私たちが使うパソコンの中に、一体いくつのトランジスターがあるのでしょうか?

3000メートルを越す富士山を1センチメートル四方のフィルムに記憶できる写真技術を思い出せばいいでしょう。ただ、集積回路で使われる写真技術は、普通の写真よりはるかに高精細な写真なのです。例えて言うのなら、富士山全体の写真を撮ったとき、登山道を登っている登山者一人ひとりの顔まで写っているほど、高繊細な写真技術を利用して、その写真に集積回路を縮小して写し込みます。

少々長い引用になりましたが、このように説明されたほうが数字で語られるよりもはるかにわかりやすいでしょう。
超物質の世界は、非常にミクロであるか逆にとんでもなく大きい対象を扱うことが多いです。
著者の言葉は、読者を巧みに科学の世界へと連れて行ってくれます。

電圧をかけなくても電流が流れる物質

本書を解説するあたって、超伝導体と呼ばれる物質を紹介しないわけにはいきません。
超伝導体とは、電流が電気抵抗ゼロで流れる物質で、電圧をかけなくても電流が流れます
これだけだとピンとこない方もいるかと思いますが、誰でもパソコンやスマートフォンをしばらく使っていると、本体が熱くなっていることに気づくでしょう。
これは、パソコンやスマートフォンに流れる電流が、電気抵抗を受けて発生するジュール熱です。
つまり、抵抗を受けて熱としてエネルギーが損失してしまっているのです。
超伝導体は、この電気抵抗が全くない物質で、電流を流してもジュール熱が全く発生しない、まさに無駄のない夢のような物質なのです。
しかし、現状は、この超伝導はマイナス何百度という極限状態でしか実現ができません
近年では、室温でも実現できないか研究が進められており、本書で紹介されるトポロジカル物質は、この研究にも大きな功績を残すと言われています。

トポロジカル物質とは何か

さてここまで解説していきましたが、これまでの内容は、本書の前半に書かれている内容でまだまだ肝心のトポロジカル物質には行き着いていません。
本書は、この前半部分だけでも、引用したい文章や興味深い知識がこれでもかと詰め込まれています
とは言っても、やはりメインディッシュのトポロジカル物質の内容はさらに驚きに満ちていますので、ぜひ本書を読んで体感してみてください。

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