第３章　物質の歴史

銀河内で恒星が誕生する際、星間物質のすべてが恒星を作るとは限らない。星間物質は銀河と同じに円盤状に渦を巻く運動をしながら集まる。星間物質の集まりの不均一さが複数の塊を作り、共に充分大きければ二つの恒星からなる連星系もできる。恒星以外にも恒星になりきらない塊を作る。[2009]

星間物質の塊は自らの重力の中心に集まりチリとなり、より大きな塊を形成し多数の直径10kmにもなる微惑星ができる。微惑星はさらに集まり衝突し、惑星へと成長する。地球を含む惑星は太陽と他の惑星と引力、潮汐力のつり合った公転軌道に収まり、分解されることもない。[2010]

われわれの太陽系の場合、恒星である太陽の回りを回る惑星系が形成された。太陽の近くの軌道を回る惑星は軽い水素ガス等を太陽からの爆風（太陽風）によって飛ばされて地球型の惑星となる。太陽から離れた惑星にはガスが残る。太陽系にはこの他、惑星になりきれなかった小惑星、惑星の衛星、惑星の輪、彗星等様々な物質の運動、形がある。[2011]

地球は単なる土の塊ではない。地中にも構造があり、運動している。大気にも構造があり、さらに磁気圏も含んで地球環境を構成している。[2012]

地球は球体である。より高い位置では見える範囲がより広くなる。近ずく船はマストの先から順次見えてくる。月食時に月に映る地球の陰は丸い。北極星は北と南ではその緯度によって高度が異なる。緯度方向、または経度方向に旅をすれば元の地に戻る。宇宙旅行すれば丸い地球が見え、地球の周りを回ることができる。他の惑星、月も丸く見える。今日では気象衛星が地球の写真を見せてくれる。[2013]

地球形成の歴史と構造の理論は地球科学、宇宙理論、物理学のどの理論でも地球が球体であることを支持し、前提にしている。例えば、地球内部からは液体の溶岩が出てくることと、液体が無重力に近い状態（自由落下中）では球形であることからも導かれる。さらに回転する球体は扁平して完全な球体から歪むことへつながる。観測によっても、理論によっても、生活や技術的実践によっても、地球が球体ではない論拠はないし、球体である論拠だけが見つかる。[2015]

現在の地球の固体部分の半径は6,400kmある。表面には陸上で約40km、海底で7kmの厚さの地殻がある。地殻はいくつかの塊＝プレートに分かれている。地殻は地殻の下にあるマントルが沸き出して冷え、固まる。地殻はその境界である地溝帯で今でも生成され、年1cmほどの速度で移動している。地溝帯からの地殻の広がりは地磁気反転の歴史を記録しているし、海洋の火山島が地殻の広がりに抗するように連なっていることにも見られる。[2017]

地球は地中深くなるほど温度は高くなり、中心付近の温度は4,000度Ｃと見積もられている。地殻から2,900kmの深さまでがマントルである。地球中心部の熱は熱伝導だけではなく、マントルを対流させる。マントルは個体であるが高圧下で対流する。マントル対流の上昇流は直径約3,000kmにもなる。マントルの巨大な上昇流はプルームと呼ばれ、この動きによって地殻プレートが運ばれ、大陸が離合集散する。地殻に乗る大陸は約19億年前に一つの超大陸として成り立ち、４度の超大陸の形成と分裂を繰り返している。プレートどうしがぶつかって褶曲し巨大山脈を形成する。エベレストの山頂付近からも、昔海底であった証拠の貝の化石が見つかる。プレートがプレートの下に潜り込む地域ではその摩擦熱でプレートの一部が解けてマグマとなり火山地帯を構成し、またプレート間のひずみが時々開放されて地震が多発する。[2018]

マントルの内側が鉄、ニッケルを主とする金属からなる核で、地震波の伝わりから液体の性質を示す外核と固体の性質を示す内核とがあることがわかる。外核と内核の境は地上から5,100kmの深さである。[2019]

金属である核の回転運動は、電子の流れでもあり磁場を発生させ、磁気圏を形成する。磁気圏の形成は太陽風等の宇宙線の地表への進入を防ぐ。[2020]

水は地球環境形成に特別な役割を果たす。水は他に比べて融点、沸点が高く、熱の収支の差を緩和し、気候を温和に保つ。水の分子構造は電気的極性をもち、イオンや電気的極性を持つ物質をよく溶かす。水は融点で密度が高く、その上下の温度で体積は小さくなる。岩の割れ目で水は、温度の上下により浸透と膨張を繰り返し、岩を機械的に破壊する。水に溶けた塩化水素、二酸化炭素は岩石中のカルシウム、マグネシウム、アルミニウム、鉄などを溶かし、岩石を化学的に侵食する。水は水素イオンと水酸化イオンに解離し、酸としての性質と塩基としての性質を兼ね備え、しかも全体として中性である。[2021]

地球の極では海水が氷り塩分濃度が上昇し、比重が重くなった海水が沈み込む。この沈み込みはグリーンランドの大西洋岸に１箇所あり、これはアメリカ大陸東岸に沿って南下し、もう１箇所の南極のウェッデル海からの沈み込みと合流し、南極の周囲を東進して深層海流となって流れる。この流れはインド洋、太平洋で枝分かれしそれぞれ大陸の東沖を北上する。この大規模な海流は地球の気候環境の大きな要素である。[2022]

深海は太陽光が差し込まず、生物にとって厳しい環境にあり、そのため細菌、バクテリアも少ない。しかし、海底下のマグマから環流した硫化水素を含む高温の水が噴き出す熱水噴出口がある。そこには太陽光ではなく、硫化物からエネルギーを得て代謝をする生物群が生息している。初期地球はオゾン層もなく、大気は還元的で生物が生存できる環境ではなかった。海底の熱水噴出口が生命誕生の地である可能性が研究されている。[2023]

大気の構造は、太陽熱による熱循環をする対流圏が10から18kmの高さまである。さらに50kmまでを成層圏。80kmまでを中間圏。その上を熱圏と呼び数百kmまである。太陽からの紫外線は20から30kmの高さで酸素分子を分解し、酸素原子核同しを結合しオゾン層を形成し、紫外線の地表への照射を防いでいる。熱圏では太陽からの紫外線、軟Ｘ線により電子を原子核から分離しプラズマ状態になった電離層を形成する。電離層から供給されるプラズマによってプラズマ圏が形成されている。その外側に太陽風が、地球の磁気によって遮られ、磁気圏界面を形成しその内側を磁気圏と呼ぶ。太陽風は磁気圏によって遮られ、流れを変えるところまでが地球環境として、地球以外の太陽系空間とは区別される。[2024]

地球のエネルギーは太陽からの輻射と、地球中心部の原子核崩壊エネルギーがすべてである。隕石の突入は地球の物質循環に影響を与える規模の物は数千万年に一度の頻度である。そうした隕石は衝突エネルギーの大きさ、その影響によって生物環境に壊滅的打撃を与えはするが、地球の物理過程には相対的に大きな影響はない。[2026]

地球の主たるエネルギー源である太陽エネルギーは大気圏外で太陽に正対する１平方センチ当り１分間に1.96カロリーで地球を暖める。太陽熱は陸地と海洋との比熱の違い、昼夜の差によって大気を循環させる。太陽熱は海洋を暖め水蒸気として水を上空に汲み上げる。大気の循環は海洋から水を運び、雨、雪、氷として陸地に供給する。水は陸地を削り、陸上物質を海洋に供給する。太陽からのエネルギーと、地球内部からの核崩壊エネルギーは、夜の部分から地球外に放射され、捨てられる。地球環境はエネルギー収支がつり合うことで一定している。[2027]

太陽エネルギー、大気の循環、水の循環の過程で生物が活動する。生物の圧倒的量をしめる植物によって光合成が行われ、酸素が供給され、炭水化物を合成する。植物は動物の食料となり、そのアミノ酸、タンパク質源となる。一方、石炭、石油は生物の炭化したエネルギーの塊である。[2028]

地球の歴史は地球の物質的構造形成の歴史であり、また物質循環の歴史であり、宇宙との相互作用の歴史であり、生命進化の歴史でもある。地球の歴史も不可逆的過程であり、この運動にも方向性がある。[2029]

地球は他の惑星と同じく太陽を含めた太陽系として45億年前に形成された。[2030]

微惑星の衝突によって塊を形成し、塊は重力によってますます微惑星を集めて大きく成長する。惑星への量的成長は微惑星の衝突エネルギー、ウラン等の崩壊熱、自重による発熱で融けてマグマを形成する。惑星の形成は微惑星の減少であり、惑星への微惑星の衝突は減少するが皆無になる訳ではない。マグマが冷えて、地殻が形成されてからでも微惑星の衝突は起こりクレーターを痕跡として残す。[2031]

大きな微惑星の衝突が地球の自転を歪ませ、その結果大きな塊が飛び出して地球を周回する月になった。潮汐力が働くことで月の公転周期と自転周期は一定になり、地球に対していつも同じ面を見せて回転する様になった。[2032]

マグマは構成物質の比重の違いによって中心部に重い鉄等が集まり金属殻を形成する。揮発成分は蒸発して大気を形成する。惑星生成初期の水素、ヘリウムからなる一次大気は地球の重力ではとらえることはできず、太陽風によって飛ばされた。地表から噴出された水蒸気は冷やされ雨となる。地表がさらに冷えると雨は地表と接しても液体で留まり、海を形成する。雨は岩石を侵食し、無機イオンを海に供給する。[2033]

火山活動によって地中から供給されたガスによって今日の大気の元が地球を被った。地球の重力は水蒸気、二酸化炭素を引き留めておくには充分である。大気中の二酸化炭素は水蒸気と共に地表からの遠赤外線の放射を妨げ熱をため込む。太陽に暖められ、地球の表面温度は平均15度Ｃで大量の水が液体で存在しえる。[2034]

地球の自転、その回転軸の傾きが基本的に地球大気の運動を規定する。緯度の違いは単位面積あたりの太陽輻射の差を作る。陸海の比熱の違い、地形の変化もあって、多様な気候が実現している。[2035]

さらに生物は光合成によって二酸化炭素から酸素分子を単離する。酸素はオゾンとして地球大気の上層で紫外線を防ぐ。酸素は金属イオンを酸化させ、海水中の鉄などの酸化物を沈澱・堆積し、鉱床を形成する。生物は海水中に溶けた二酸化炭素を骨格化し石灰岩として固定する。大気中の二酸化炭素が固定され、大気中での減少は地表の温度の上昇を抑える。[2036]

超大陸の形成、分裂の過程で生物が陸上へ進出する。彗星の衝突や、地球全体が凍りつく全球凍結等地球自体の変動による環境の激変は、何度かの生物の大量絶滅を引き起こし、その度に生物種の大進化に決定的な影響を与えた。[2037]

人間活動の影響が大きくなり地球環境問題が生じている。森林の伐採は昔から文明を滅亡させてきたが、今日その規模は比較にならない。[2038]

核戦争による破壊は、放射線の生物への影響、ほこりによる太陽光の遮閉による核の冬が予測される。[2039]

核エネルギー、化石燃料の使用は地球エネルギー循環平衡の変動要因である。化石燃料の消費による二酸化炭素の放出や、メタンガスは温室効果として地球温暖化の原因にもなる。メタンガスは家畜からも、海底で凍結したメタン・ハイドロイドが温暖化で暖められても発生する。地球温暖化は極地の氷を溶かし、海面を上昇させ、臨海部の都市、耕地を水没させかねない。ところが、地球温暖化を否定するデータを集め、発表し、大量消費を合理化する者もいる。[2040]

人工合成物により生物環境が汚染する。フロン等によるオゾン層の破壊は地上への紫外線量を増大させ、生物の遺伝子、生理過程を狂わす。生体はホルモンによって発生制御、自律的調整をしているが、「環境ホルモン」と名づけられた化学物質は微量でも影響は大きい。また、食物連鎖は生物にとっての有害物質を濃縮するが、食物連鎖の頂点に立つのは人である。[2041]

硫化物の大気への放出により酸性雨が降る。酸性雨は森林の立ち枯れをもたらす。酸性雨、森林伐採は土壌破壊、砂漠化、水・エネルギー循環の変動、酸素供給源の減少となる。[2042]

自然の過程には平衡状態を作り出す機構がある。しかし、閉じた系ではエントロピーは増大化する。全体の運動の中で平衡を維持しているのであって、維持できる限界を超えてしまえば一気に無秩序化する。[2043]

さらに、地球環境対策は南北問題として、世界的な社会問題に直接する。[2044]

生物も宇宙史の中に位置づけられる。生物の問題は知的存在の宇宙史における位置づけでもある。[2045]

実際には地球の生命しか知られていない。他の生命を発見できていないことが、地球生命の誕生の確率の低さが、人間原理の一つの根拠とされている。しかし、生命の誕生・進化は必然と偶然の弁証法の厳しい現実での例証である。[2046]

偶然の産物である地球生命の歴史をたどることで、そこに生命の必然性が明らかになる。どの条件が地球生命の特殊条件であり、どれが生命誕生・発展の必然的条件であったかは明確にはしがたい。他の生命が知られていないのだから。酸素が必要条件なのか、他のエネルギー代謝が生命を実現できるのかはまだＳＦの世界である。[2047]

地球生命は地球の物理的条件の中から誕生したが、地球の物理的条件そのものであり、物理的条件を変革もした。さらに、自らの生物的条件も変化させる。[2048]

物の存在は物質として、この宇宙の開びゃくからその運動形態、存在形態を発展させてきた。物質の運動・存在は階層構造をつくり、個別の存在として、より発展的な構造、秩序を創り出してきた。全体はエントロピーの増大法則によりながら、部分はエントロピーを減少させてきた。基礎的な存在構造から、より発展的な存在構造へは存在形態として質的な飛躍がある。この変化の方向を、生物進化の概念を拡張して物質進化と呼ぶ。[2049]

素粒子から原子への質的飛躍は量子状態から安定した物質構造によって因果関係を実現した。量子状態は確定的運動過程としてはない。他との相互作用過程でその物理量は確定する。量子は相互転化を繰り返し、因果関係は成り立たない偶然の過程にある。原子を構成することで量子状態は原子核に封じ込められ、電子は原子に封じられる。電子が原子の安定した構造で運動することで、光＝電磁波は単独の運動をする。量子状態を表現するシュレディンガー波動方程式は宇宙の量子状態まで記述できると言うが、原子構造は量子状態を時空間的にほぼ確定している。[2050]

生物の発生は質的に閉じられた物質代謝、自己複製、そして生物進化はそれまでの宇宙物質の発展とは質的に異なった方向への運動形態の変化である。それまでの宇宙全体の物質の運動形態の発展は、生物進化の方向からみれば、単なる展開でしかない。物理的物質進化の方向からなる座標空間を超えた、新たな運動方向の次元軸の追加である。物理的時空間の尺度で生命を測ることはできない。逆に物理的物質の座標空間内では、生物の存在も特殊な物質代謝過程でしかない。[2051]

さらなる物質進化の質的飛躍として「文化」がつくりだされた。精神は生物進化の延長線上に位置づけられる。物理的時空間、生物活動空間を反映し、自らを制御する生物的運動形態の発展として精神活動が実現した。その精神が実践によって進化し、社会性を基礎として文化が生成した。運動形態全体のあり方を「価値」として、運動の方向性に従う、価値の持つ方向性としての新たな次元の追加である。物理的時空間、生物的空間からはなんの意味も、普遍性もない価値が「文化」のなかで、「文化」としての方向性、座標軸を示す。「人間原理」「物活説」「宗教」など様々な形をとって表現されることもあるが、それらが「文化」の示す方向をどれほどに反映しているかはともかくも、「文化」の運動方向は生物進化の方向とは質的に違ったものであることは確かである。「文化」の具現者が自らをどの様に評価しようが、自らを評価し、自らに方向性を与える存在として進化した。[2052]

宇宙の大きさから、素粒子の小ささまでを算術比で現すことは困難である。指数によって差を普遍的に表現できる。[3001]

日常的距離は一定の長さの物をあてることによって比較できる。直接尺度をあてることのできない距離は距離のわかっている２点からの角度によって計算できる。あるいは一定の速度で運動するものの到達時間によって距離を測ることができる。しかし、尺度の長さ、速度が一定であることを確かめようとするなら自家撞着になる。すべての空間的相互規定関係から普遍的距離尺度が定められる。今日では光、電波の速度が測られ、レーザー、レーダーによってより正確な距離が測定される。太陽系内であれば探査機を飛ばし、電波によって距離を測ることができる。[3002]

太陽系を超えた距離は、地球の公転軌道の直径からその年周視差によって、30光年離れた恒星までの距離を幾何学的に測ることができる。また、運動星団や流星の動きからの収束点法＝視線速度法によっても150光年程までは幾何学的に距離を測ることができる。幾何学的に測定できるのは銀河系内の局部に限られる。[3003]

幾何学的に測定できない距離は星、銀河の光の法則性を利用する。星の色と明るさ、星の進化の系列との相関関係、セファイド変光星の周期と明るさの関係、銀河の運動によって宇宙の大きさを測ることができる。[3004]

人は身体を基準に２m前後を単位として、その繰り返しで長さを測る。指で直接操作できる細かさは十分の1mmほどである。訓練すれば千分の1mmほどの凸凹を感じ取ることができるという。連続する徒歩旅行で１日の行程が数十km。[3005]

地球の周囲が4万km＝4×10⁷m。 月までが38万km＝3.8×10⁸m。 太陽までが14,960万km≒1.5×10¹¹m、光で8分20秒かかる。 太陽系の大きさとして、冥王星の公転軌道直径が100億km＝10¹³m。 [3006]

光の速度は秒速30万km＝3×10⁸m。 光が1年で進む距離が94,600億km≒10¹⁶mで１光年。 一番近い恒星ケンタウルス座のアルファ星が4.3光年。 銀河系が2,000億個の恒星を含んで、直径が10万光年＝10²¹m、厚さ1万光年。太陽の位置は中心から3万光年。 [3007]

隣の銀河である大マゼラン星雲までの距離が16万光年＝1.5×10²¹m。 北半球で見えるアンドロメダ銀河までの距離が230万光年＝2.2×10²²m。 銀河系を含む23個の銀河からなる局所銀河群の直径が300万光年＝2.8×10²²m。 乙女座銀河団を中心とする約50個の銀河群からなる局所銀河集団の直径が3,000万光年＝2.8×10²³m。 約10個の銀河集団からなる超銀河集団、銀河の連なる泡状の直径が3,000万光年から1億光年≒10²⁴m。 それを取り囲む大きな泡の直径が４億光年＝3.8×10²⁴m。 見渡すことの可能な宇宙の直径が137億光年＝1.3×10²⁶m。 [3008]

逆に、人間の神経細胞の長いもので座骨神経が1m余。 ヒトの卵細胞は10分の1mm＝1万分の1m＝10^-4m。 髪の毛の太さが100分の8mm＝8×10^-5m。 細菌の大きさは10^-5m程。 ＤＮＡのらせんの半径が1,000万分の1m＝10^-9m。 ウイルスの大きさは10^-9m以下。 [3009]

原子の直径が100億分の1m＝10^-10m。 原子核の直径が100兆分の1m＝10^-14m。 プランク距離は1.616×10^-35m。 [3010]

5.391×10^-44秒＝プランク時間より短い時間は量子力学では現れようがないとされる。 [3011]

宇宙のビックバンが137億年前＝4.3×10¹⁷秒。 ビックバンから10^-36秒後に強い力が重力と分化し、宇宙が物質を過剰生産し、インフレーションを開始した。 10^-11秒＝100億分の1秒後に弱い力と電磁力が分化した。 ビックバンから3分＝1.8×10²秒過ぎて陽子やヘリウムの原子核が形成された。 ビックバンから30万年＝9.6×10¹²秒過ぎて電子と原子核が結合し、宇宙が晴れ上がった。 10億年＝3.1×10¹⁶秒で銀河が誕生した。 [3012]

ビックバンから約92億年＝3.15×10¹⁷秒、現在から45億年＝1.4×10¹⁷秒前に太陽系、地球が誕生した。 [3013]

地球生物の誕生が36億年＝1.1×10¹⁷秒前。 ヒトが猿人から分化したのが150万年＝4.7×10¹³秒前。 人類がアフリカから地球全体に進出し始めたのが6万年＝1.9×10¹²秒前。 人類文明が誕生したのが数千年＝1.6×10¹¹秒前。 産業革命の開始が1740年として265年前。[3014]

人の一生が70年＝22億秒＝2×10⁹秒。 人１世代が20年＝6.3億秒6×10⁸秒前後。 50歳になると半世紀生き、１世紀をほぼ実感できる。１世紀で社会がどの程度変わるか。ただし、社会の変化は一定ではない。多くの指標は加速していることを示している。[3015]

時間を計るのに時計が利用されるが、時計で計れるのは今進行中の時間である。未来の時間を予測計算できるのは、物事の秩序を未来に外挿することによってである。過去の時間は記録間の関係によって計算可能である。物理的時間であれば再現したり、可逆的作用関係を逆進させることで観測することができる。また作用が時間に規定され、時間を規定する過程であれば、今時点から過程の特定の時刻までを計算することができる。考古学等では放射性同位体による測定方法が利用される。[3016]