ナノジュール (nJ)

ナノジュール は、1 ジュール の 10 億分の 1、すなわち 0.000000001 ジュール にあたるエネルギーの単位です。記号は nJ です。力学が光学と電子工学に道をゆずる地点を示しており、目に見えるものを動かすにはあまりに小さく、それでいて 1 個の粒子が運ぶエネルギーに比べればきわめて大きな量です。ナノジュール で書かれる量のほとんどは、日常の経験ではなく測定器から出てきます。

この尺度をいちばんはっきり示すのは光です。緑色の光の 光子 1 個は およそ 3.6 × 10⁻¹⁹ ジュール を運ぶので、1 ナノジュール はそうした 光子 がおよそ 28 億個そろって届くのに相当します。熱と比べればさらに大きく、室温での分子 1 個の平均熱エネルギーは およそ 4 × 10⁻²¹ ジュール ですから、1 ナノジュール はその およそ 2400 億倍です。この単位は量子の世界のはるか上、力学の世界のはるか下に位置します。

この単位が本領を発揮するのは パルスレーザー です。二光子顕微鏡の発振器は、毎秒 8000 万回の パルス で数 ナノジュール ずつを送り出し、平均すれば数百 ミリワット の ビーム 出力になります。ファイバーレーザー、光干渉断層計、飛行時間式の距離計も同じように仕様が書かれます。試料を傷めるのも、使える反射を返すのも、1 秒に均した平均出力ではなく、1 パルス あたりのエネルギーだからです。

デジタル電子回路は、下から ナノジュール に照らして測られます。プロセッサー 内部の 1 回の切り替えは フェムトジュール、記憶素子への 1 回の読み書きは数 ピコジュール ですから、1 ナノジュール で数百回の読み出し、あるいは数百万回の論理演算がまかなえます。環境発電の設計は絵柄を逆にします。屋内用の太陽電池、圧電素子、高周波 アンテナ が集められるのは毎秒わずか数 ナノジュール のこともあり、超低消費電力設計という技のすべては、その予算のなかに役に立つ仕事を収めることにあります。

ふつうの物体がこの尺度に届くのは、きわめて小さいか、ほとんど動かないときだけです。1 ミリグラム の砂粒が 0.1 ミリメートル 落ちると、およそ 1 ナノジュール が解放されます。髪の毛 1 本を、その太さのぶんだけ持ち上げる仕事はそれより小さくなります。台所や作業場のものが ナノジュール で数えられることはけっしてなく、だからこそこの単位は、請求書や表示ラベルではなく、研究室と レーザー の カタログ と仕様書のものなのです。

書き方の上では、この 接頭語 は指数表記と競い合います。物理の論文はたいてい 10⁻⁹ J と印刷して先へ進み、測定器の製造者は nJ と書きます。仕様の 1 行に収まり、計算なしで読めるからです。どちらも同じ量を表しており、選び方は測定そのものよりも想定する読み手を語ります。パルス エネルギーが何桁にもわたって並ぶ表では、ふつうは 接頭語 のついた形のほうが一目で比べやすくなります。

1 ナノジュール は、0.000000001 ジュール、およそ 6.24 × 10⁹ 電子ボルト、およそ 2.78 × 10⁻¹³ ワット時 に等しくなります。

ナノジュールの換算表