理系少年の異世界考察

質量保存の法則

「では、話を元に戻しまして。現在、錬金術での主流は純粋にモノとモノとを混ぜて何か新しいモノができないかと探求する流れと、エーテルを解析してモノ自体それがどのようにできているのかを探究する流れの二つに分かれていると言っていいでしょう。そして私は主に後者について研究しています」

『うわー、早速よくわからない謎理論がきた』

　ちょっと後悔する。そんな卓人を横目に教授はコップに入った水を魔法で凍らせる。

「あらゆる物質は液体から固体になるときに体積が少しだけ小さくなります。水には水のエーテルがあり、氷には氷のエーテルがある。そのエーテルの変化を解析して……」

　水の魔法に驚いたのか、教授の前の少年は話もそこそこに氷をじっと覗きこんでいた。

「体積が、小さくなっている……？」

「はい、それがどうかしましたか？」

「水は凍ると、体積が大きくなるはずです」

「え？　そんなことはありません。水は凍ると小さくなりますよ。現に、この氷だって小さくなったじゃありませんか」

「いや、そんなはずはありません。凍れば大きくなります」

「何をバカな」

　教授はまるで信じない顔をした。その圧倒的信念は自分が間違っているのではないかと思わせるほどだ。

　この世界では、水は凍ると小さくなるのだろうか？

　元の世界と同じだと思っていた物理法則は、どこかで異なっているのだろうか。

　――いや、そんなことはない！

　確かに、エミリに冷却の魔法を試させたとき、凍ったときの膨張でコップは割れた。

「重さの変化は試されましたか？」

「は？」

　教授は水が凍ると体積が小さくなることについて、疑ったことがなかった。これまでに会ってきた人のすべてが、それが当たり前だと信じていたから疑ったことさえなかったのだ。だが、ぽっと研究室を訪れたこの若者は、そうではないと言う。

　このとき、教授には二つの選択肢がある。

　ただの若者の戯言だと一笑に付すか、若者の言を取り入れ確かめてみるか。

「…………やってみましょう」

　果たして教授は、後者を選択した。教授はビーカーに水を入れ、天秤でその質量を確認した。その後に水の魔法で凍らせて、改めて質量を比較した。

　――氷は軽くなっていた。

　教授はしばらく考え、神妙な顔つきでこう言った。

「正直これは完全に盲点でした。質量の変化しない凍らせ方があれば、あなたのほうが正しいということが証明できますね……」

　知識として当然のことを、あえて疑って実証するというのは科学にとって極めて重要なことだ。だがすべてを疑い実証するとなると、はるか古代から人類が積み重ねてきた試行錯誤をすべて試さなければならない。

　ましてやそれがどのようにすれば証明できるかを考えて実行するとなると、おそらくそれはひとりの人生が終わるまでの時間では足りないだろう。だからどんなに疑い深い人でも、これまでの知識すべてを疑って実証することなどない。

　だが、卓人には心当たりがあった。

「火の魔法で凍らせてみてはどうでしょうか？」

「火の魔法？」

　当然のように火の魔法で凍るわけがないという議論になったが、熱を集中させるのとは逆に、拡散させるように魔法を使えばできると説明した。教授は驚いた顔をしたが、関心を示して実践することにした。

　エミリに試させたときもそうだったが、教授も初めてだからか変な顔になった。

　そして、ビーカーの水は凍った。

　体積は大きくなったが、質量に変化はなかった。

「素晴らしい！　おそらく私は間違っていた！」

　間違っていたことを認めたのに、教授の目はキラキラと輝いていた。

　卓人は世界中の学者がどのような人格をもち備えているかなど知らないが、この人は本物の学者だと思った。

「ほほほほほ、凍らせるといえば水の魔法しかないと考える悪癖があったようですね。自然の中での凍る現象にもっと目を向けるべきだったのでしょうな。そして、氷が溶けた後の水の体積まできちんと観察していれば、気づけたことかもしれません」

　水を除く身近な物質はほぼすべて凝固すると体積が小さくなる。ロウを紙コップの中などで固まらせると、中央部分がへこんで固まるのでわかりやすい。ところが水は、固体になるときに水分子が特定の方向で配置されることによって液体のときよりも分子間に大きな隙間ができて、結果として体積が大きくなる。

　このような液体を「異常液体」という。もっとも身近といってよい水こそが「異常」とは奇妙なことだが、このような性質をもつ物質はとても少ない。

　冷凍庫がないこの世界でその事実に気づくのは難しいことなのかもしれない。寒い冬に外にあった瓶の中の水が凍って割れることなどあってもよさそうなものだが、魔法があるだけに見過ごされてきたのかもしれない。

「では、なくなった分の水はどこへ行ってしまったのでしょうか」

「水蒸気になったのではないでしょうか」

「つまり、水を蒸発させることによって凍らせる。だから体積が小さくなる……」

　卓人は、水の魔法による凍結の仕組みがわかったような気がした。

　水は蒸発するときに一グラムあたりおよそ二四〇〇ジュールの熱量を奪う。また、水を凝固させるには一グラムあたりおよそ三〇〇ジュールの熱量を奪ってやらねばならない。

　つまり氷点に近い水から断熱条件で一グラム蒸発させることができれば、八グラムを凍らせる計算になる。九リットルの水の重さは九キロである。そのうち一キロを断熱的に蒸発させると、残りの八キロは凍る。

　水は凍ると体積がおよそ一・一倍になるから、体積は八・八リットルほどになり、体積がわずかに小さくなったように見えるだろう。

　どのように水を断熱蒸発させるのかは、相変わらず魔法ならではの所業とみなすしかないのだが、これならば先ほどの現象をすべて説明できる。

「しかしあなたのおっしゃった、物質の状態が変化しても、質量は保存されるべきだという考えはとても理にかなっていると思います。このような基本的なことを見落としていたのでは、研究がうまくいくはずもありませんな。しかし、おかげで私は真実へ一歩近づくことができました。ほほほほほ」

　この世界は魔法が発達している分、化学や物理の発展が少ないと思っていたが、水が凍ると体積が増えることさえ天下の魔法学校の教授が見逃している。つまり彼は幼い頃からこれまでその事実を教わっていないし、気にとめたことさえなかったのだ。

　この国では公教育が行われない代わりに家族や地域で教育を行い、その結果として高い教育水準をもたらすことに成功している。さらにこれによって子供は親や大人を自分の知らないことをしっかり教えてくれる対象として尊敬し、概して人間関係は良好に形成されている。

　反面、私的な観点での教育というのは個人が重要と思うもののみを教えるので、意外なところでの欠落が生じうる。

　公教育は、国などが最低限これだけは知っておいてほしいという共通認識を定めた上で行われるのでこれらの問題は起こりにくい。

　もちろん、個人の事情や都合を無視して画一的に行われる結果として様々な軋轢が生じ、教育現場が崩壊するという事例は少なくないが。

　私教育が主流の社会の欠点がここにあった。

　ただ、教授は驚くほど素直に自らの誤りを認め、嬉しそうに笑った。