Just How Small is an Atom?

原子はどのくらい小さい？

翻訳: Tomoshige Ohno 校正: Masaki Yanagishita

You probably already know

ご存知かもしれませんが

everything is made up of little tiny things called atoms

あらゆる物質は 原子という微小なもので構成されています

or even that each atom is made up of even smaller particles

また それぞれの原子は 陽子 中性子 電子という

called protons, neutrons and electrons.

更に小さな粒子で構成されています

And you've probably heard that atoms are small.

原子はとても小さいです

But I bet you haven't ever thought about how small atoms really are.

しかしきっと 原子がどのくらい小さいかを 考えたことは無いでしょう

Well, the answer is that they are really, really small.

答えを言うと とても とても 小さいです

So you ask, just how small are atoms?

原子はどのくらい小さいかって？

To understand this, let's ask this question:

理解するために こんな質問をしてみましょう

How many atoms are in a grapefruit?

グレープフルーツ１個には何個の原子が含まれるでしょう？

Well, let's assume that the grapefruit is made up of only nitrogen atoms,

そのグレープフルーツは窒素原子のみから成ると仮定します

which isn't at all true, but there are nitrogen atoms in a grapefruit.

全くそんなことはありませんが しかしグレープフルーツには窒素原子が含まれています

To help you visualize this, let's blow up each of the atoms

視覚化のために それぞれの原子を

to the size of a blueberry.

ブルーベリーの大きさまで拡大してみましょう

And then how big would the grapefruit have to be?

するとグレープフルーツはどのくらいの 大きさになるでしょう？

It would have to be the same size of -- well, actually, the Earth.

実のところ ほぼ地球と同じサイズにまでなるのです

That's crazy!

そんなバカな！

You mean to say that if I filled the Earth with blueberries,

地球がブルーベリーで一杯だったら

I would have the same number of nitrogen atoms as a grapefruit?

同じ数の窒素原子もグレープフルーツに あるはずだと言いたいんでしょう？

That's right!

その通り！

So how big is the atom?

では原子はどのくらいの大きさでしょう？

Well, it's really, really small!

原子はとても とても とても とても小さいです

And you know what? It gets even more crazy.

て知っそしていますか？ 話はより一層バカげてくるのです

Let's now look inside of each atom -- and thus the blueberry, right? --

各原子 つまりブルーベリーの中を覗いてみましょう

What do you see there?

何が見えますか？

In the center of the atom is something called the nucleus,

原子の中心には核と呼ばれるものがあり

which contains protons and neutrons,

陽子と中性子で構成されています

and on the outside, you'd see electrons.

そして外側には電子が見えます

So how big is the nucleus?

では核はどのくらいの大きさでしょう？

If atoms are like blueberries in the Earth,

原子が地球上でのブルーベリーなら

how big would the nucleus be?

原子核はどのくらいの大きさでしょう？

You might remember the old pictures of the atom from science class,

昔理科の授業で見た原子の写真に

where you saw this tiny dot on the page with an arrow pointing to the nucleus.

小さな点が原子核を指す矢印とともに描かれているのを 思い浮かべていることでしょう

Well, those pictures, they're not drawn to scale,

それらの図は縮尺を正確に表していないので

so they're kind of wrong.

ある意味で不正確です

So how big is the nucleus?

では原子核はどのくらいの大きさでしょう？

So if you popped open the blueberry and were searching for the nucleus ...

ブルーベリーの中身を取り出し 原子核を探してみても

You know what? It would be invisible.

見ることはできません

It's too small to see!

肉眼で見るには小さすぎるのです

OK. Let's blow up the atom -- the blueberry --

では原子 ここではブルーベリーを

to the size of a house.

家の大きさまで拡大してみましょう

So imagine a ball that is as tall as a two-story house.

２階建ての家と同じくらいの高さのボールを 想像してみてください

Let's look for the nucleus in the center of the atom.

原子の中で核を探してみましょう

And do you know what? It would just barely be visible.

それでも核はほとんど見えません

So to get our minds wrapped around how big the nucleus is,

原子核がどのくらいの大きさかを理解するためには

we need to blow up the blueberry, up to the size of a football stadium.

ブルーベリーをフットボール競技場のサイズにまで 拡大しなければなりません

So imagine a ball the size of a football stadium,

フットボール競技場の大きさの ボールを思い浮かべてください

and right smack dab in the center of the atom,

ちょうど原子の真ん中で

you would find the nucleus, and you could see it!

原子核が見つかるでしょう ようやく見えたのです！

And it would be the size of a small marble.

それでも小さなビー玉程度の大きさでしかありません

And there's more, if I haven't blown your mind by now.

これまでに心が折れていないなら まだ話が続きます

Let's consider the atom some more.

原子についてもうちょっと考えてみましょう

It contains protons, neutrons and electrons.

原子は陽子、中性子、電子を持ちます

The protons and neutrons live inside of the nucleus,

陽子と中性子は原子核内に存在し

and contain almost all of the mass of the atom.

原子の質量のほぼ全てを持ちます

Way on the edge are the electrons.

端にあるのが電子です

So if an atom is like a ball the size of a football stadium,

原子がフットボール競技場の中での ボールのようなもので

with the nucleus in the center, and the electrons on the edge,

核が中心に 電子が端にあるとしたら

what is in between the nucleus and the electrons?

核と電子の間には何があるのでしょう？

Surprisingly, the answer is empty space.

驚くことに 答えは 空っぽの空間です

(Wind noise)

(風の音)

That's right. Empty!

その通り 空っぽです！

Between the nucleus and the electrons, there are vast regions of empty space.

核と電子の間にはとても広い 空っぽの空間が存在します

Now, technically there are some electromagnetic fields,

厳密には電磁場がありますが

but in terms of stuff, matter, it is empty.

物質という点で見ると空っぽです

Remember this vast region of empty space is inside the blueberry,

気をつけなければいけないのは この広い空っぽの空間は

which is inside the Earth,

ブルーベリーの内部であり 地球の内部であること

which really are the atoms in the grapefruit.

つまり実際にはグレープフルーツ内の原子だということです

OK, one more thing, if I can even get more bizarre.

ではもう１つ 更におかしなことを

Since virtually all the mass of an atom is in the nucleus --

原子の全質量は事実上核内に存在しているので

now, there is some amount of mass in the electrons,

— 電子も微量ながら質量を持ちますが

but most of it is in the nucleus --

ほとんどの質量は核内にあります —

how dense is the nucleus?

核の密度はどれほどでしょう？

Well, the answer is crazy.

答えはとんでもないものです

The density of a typical nucleus

標準的な核の密度は

is four times 10 to the 17th kilograms per meter cubed.

4 ×10^17 kg/m^3 です

But that's hard to visualize. OK, I'll put it in English units.

しかし想像するのは困難です じゃあ英国単位に換算してみましょう

2.5 times 10 to the 16th pounds per cubic feet.

2.5 × 10^16 ポンド毎立方フィート です

OK, that's still kind of hard to figure.

これでもまだ分かりにくいですよね

OK, here's what I want you to do.

では こうしてみてください

Make a box that is one foot by one foot by one foot.

一辺が30センチの立方体をつくってください

Now let's go and grab all of the nuclei from a typical car.

次に一般的な車から核を全て取ってみましょう

Now, cars on average weigh two tons.

車は平均して２トンです

How many cars' nuclei would you have to put into the box

30センチ四方の箱を原子核と同じ密度にするには

to have your one-foot-box have the same density of the nucleus?

何台の車の核を箱に詰めなければならないでしょう？

Is it one car? Two?

１台？２台？

How about 100?

100台ではどう？

Nope, nope and nope.

ダメ ダメ 全然ダメ

The answer is much bigger.

答えはずっと大きくて

It is 6.2 billion.

62億台です

That is almost equal to the number of people in the Earth.

地球上の人類の数にほぼ匹敵します

So if everyone in the Earth owned their own car --

地球上の人類全てが車を持っており

and they don't --

— 実際にはそんなことは無いのですが —

(Cars honking)

（ブー ブー）

and we put all of those cars into your box ...

全ての車を箱に詰めたとしたら

That would be about the density of a nucleus.

それが原子核の密度です

So I'm saying that if you took every car in the world

世界中の全ての車を

and put it into your one-foot box,

30cmの箱に詰めたら

you would have the density of one nucleus.

原子核の密度が得られるのです

OK, let's review.

おさらいしましょう

The atom is really,

原子はとても とても とても

really, really small.

小さいのです

Think atoms in a grapefruit like blueberries in the Earth.

グレープフルーツ内に存在する原子は 地球上に存在するブルーベリーのようなものです

The nucleus is crazy small.

原子核は信じられない程小さいです

Now look inside the blueberry,

ブルーベリー内部を観察してみましょう

and blow it up to the size of a football stadium,

フットボールスタジアム大にまで拡大してみると

and now the nucleus is a marble in the middle.

原子核は中心に存在するビー玉程度です

The atom is made up of vast regions of empty space.

原子は広い空っぽの空間で構成されています

That's weird.

奇妙ですね

The nucleus has a crazy-high density.

核はありえないほど高い密度を持っています

Think of putting all those cars in your one-foot box.

全ての車を30cmの箱に詰め込んだ様子を想像してください

I think I'm tired.

疲れたなぁ