| 基準 | パスカル (Pa) | テラパスカル (TPa) |
|---|---|---|
| Atmospheric pressure at sea level | 101325 Pa | 0.000000101325 TPa |
| Healthy blood pressure (120 mmHg) | 16000 Pa | 0.000000016 TPa |
| A car tyre | 220000 Pa | 0.00000022 TPa |
| A racing bicycle tyre | 600000 Pa | 0.0000006 TPa |
パスカル は、国際単位系における圧力の単位で、Pa と書きます。1 平方 メートル に広がった 1 ニュートン の力として定められており、名は ブレーズ・パスカル に由来します。1640 年代の 気圧計 による実験で、空気に重さがあること、そしてその圧力が高度とともに下がることを示した人です。国際度量衡総会は 1971 年にこの名を採り入れました。
これは驚くほど小さな単位です。海面での大気圧は 10 万 1325 パスカル ですから、誰もがそのもとで暮らしている圧力は 6 桁の数になります。そのため、この単位の実務上の使い方はほぼすべて 接頭語 を伴います。この扱いにくさは設計の失敗ではなく、一貫性 の帰結です。ニュートン と 平方 メートル が先に定まっており、パスカル は一方を他方で割って出てくるものにすぎないのです。
裸の パスカル が自然に響く分野は音響です。デシベル の目盛りの基準となる圧力は 20 マイクロパスカル で、健康な若い耳が聞き取れるもっとも小さな音として定められています。ふつうの会話の音圧はおよそ 0.02 パスカル です。痛みを感じる境目は 63 パスカル 近くですから、人の聴覚の全域は、この単位でおよそ 6 桁にわたります。
身のまわりの物が尺度の感覚を与えてくれます。事務用紙 1 枚を平らに置くと、机をおよそ 0.8 パスカル で押します。そよ風が壁に及ぼすのは数 パスカル、建物の換気を動かす圧力差はふつう 10 から 50 パスカル です。人が力として感じ取れるものは、すでに数千 パスカル の領域にあります。
実際の仕事をこなすのは 接頭語 のついた形です。気象は ヘクトパスカル を使い、これは古い ミリバール と数値がまったく同じですから、予報で 1013 という値を読むのに学び直しは要りませんでした。工学は タイヤ や流体の圧力に キロパスカル を使い、材料科学は強度と剛性に メガパスカル と ギガパスカル を使います。1 メガパスカル は 1 平方 ミリメートル あたり 1 ニュートン です。
パスカル は、圧力ではなく応力を指す場面にも現れます。二つは同じ次元をもつからです。ヤング 率も、降伏強さも、せん断応力も、いずれも パスカル かその 倍量 で示されます。ひとつの単位が タイヤ の空気圧と鋼の硬さの両方をおおうのは、そのためです。
1 パスカル は、1 平方 メートル あたり 1 ニュートン、0.01 ミリバール、およそ 0.0000099 気圧、あるいは およそ 0.000145 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。