| 基準 | ナノパスカル (nPa) | テラパスカル (TPa) |
|---|---|---|
| Atmospheric pressure at sea level | 1.01325 × 1014 nPa | 0.000000101325 TPa |
| Healthy blood pressure (120 mmHg) | 1.6 × 1013 nPa | 0.000000016 TPa |
| A car tyre | 2.2 × 1014 nPa | 0.00000022 TPa |
| A racing bicycle tyre | 6 × 1014 nPa | 0.0000006 TPa |
ナノパスカル は、パスカル の 10 億分の 1 にあたる圧力の単位です。記号は nPa です。圧力の目盛りの遠い端を示すもので、そこでは 面 を押す力という圧力の考えが役に立たなくなり、粒子が どれほど 少ないかを言うための言葉になります。
この単位のもっともはっきりした住まいは、極高真空です。ふつうの実験室の真空は ミリパスカル に届き、表面の物理や 加速器 の ビーム 管 が使う 超高真空 は マイクロパスカル に届きます。その下にあるのが ナノパスカル 以下の 極高真空 です。そこへ至るには、密閉した容器と、金属そのものから気体を追い出すための 200 度 で 何時間 もの焼き出しと、分子を押すのではなく捕らえる ポンプ が要ります。
その圧力でも容器は空ではありません。1 ナノパスカル には、なお 1 立方 センチメートル あたり 25 万 個ほどの分子があります。ずいぶん多く聞こえますが、同じ かさ の室内の空気にある 2500 京 個 と比べれば わずか です。大事なのは数ではなく 平均自由行程 です。分子はいまや、別の分子にぶつかるまでに 何千 キロメートル も進むので、隣に出あうよりずっと前に壁を打つのです。
まさにそこが 眼目 です。表面の科学は、試料が実験のあいだ きれいなままであることを求めますが、ふつうの圧力では、できたての面は およそ 1 ナノ秒 で吸着した気体の層に覆われます。1 ナノパスカル なら、同じ面が 何日 も きれいなままです。真空は空気を除くためではなく、時間を買うためにあるのです。
宇宙が自然な比べものになります。地球の低い 軌道 は およそ 1 マイクロパスカル で、まだ 大気 が 人工衛星 を引きとめ、やがて落とすほどには濃いのです。惑星のあいだの空間は ナノパスカル で数えます。星と星のあいだはさらにずっと低く、およそ 1 フェムトパスカル で、地上のどの ポンプ も並んだことがありません。最良の実験室の真空でさえ、星のあいだの空間より濃いのです。
光の圧力も似た領分に落ちます。太陽の光が完全に吸う面に当たると、地球の距離で およそ 4.5 マイクロパスカル を及ぼし、外側の 惑星 の距離では ナノパスカル まで下がります。太陽帆 はこの数で働くので、使える力を集めるには 巨大 で軽くなければならないのです。
1 ナノパスカル は、0.000000001 パスカル、0.001 マイクロパスカル、1000 ピコパスカル、あるいは およそ 0.000000000000145 ポンド 毎 平方 インチ に等しくなります。
テラパスカル は、1000 ギガパスカル にあたる圧力の単位で、TPa と書きます。1000 万 バール です。技術者が造るもので、この圧力のもとで働くものはありません。この単位はむしろ、科学のまるで違う二つの片隅に属しています。知られているかぎりもっとも硬い材料の剛性と、大きな惑星の内部です。
この単位を地図のうえに載せたのは 炭素 の ナノ 構造です。単層の 炭素 ナノチューブ の ヤング 率は 1 テラパスカル に近く、グラフェン の 1 枚も同じで、重さに対しては、これまでに測られたなかでもっとも硬い材料になります。長らく基準だった ダイヤモンド は 1.2 テラパスカル です。この三つの数値こそ、材料科学にこの単位が姿を見せる理由のすべてです。
この水準の剛性は、強さと同じものではありません。ナノチューブ は引き伸ばされることに ものすごく 抗いますが、それを大量に束ねた実際の 繊維 は、はるかに低い応力で壊れます。管どうしが たがいに 滑ってしまうからです。1 テラパスカル の弾性率を 1 テラパスカル の破断強度と取り違えることは、これらの材料をめぐる一般向けの説明でもっともよくある誤りのひとつです。
惑星の内部は、本物の テラパスカル の圧力に達します。木星の中心は 3 から 4 テラパスカル と見積もられ、より大きな ガス 惑星の 核 はそれを超えます。そうした条件のもとで水素は金属のようにふるまい、それこそが惑星の磁場を生みます。つまりこの単位は、構造物にかかる荷重ではなく、物質の状態を言い表しているのです。
実験室も、いまでは短いあいだならここに届きます。レーザー による衝撃圧縮と パルス 磁場の手法は、試料を数 ナノ秒 のあいだ テラパスカル の帯へ押し上げます。その材料の密度と構造がどう応じるかを記録するには、それで十分な長さです。巨大惑星の内部条件のもとの物質について直に得られる証拠は、これらの実験だけです。
尺度を言えば、1 テラパスカル は大気圧の 1000 万倍であり、地球の中心の圧力のおよそ 3 倍です。この数はもはや人が感じ取れるものではなくなり、化学のありようが変わるほど近くまで押し合わされたとき原子が何をするかの記述になります。
1 テラパスカル は、1 兆 パスカル、1000 ギガパスカル、1000 万 バール、あるいは およそ 1 億 4500 万 ポンド 毎 平方 インチ に等しくなります。