私はメイドです!〜お嬢様の世界征服に巻き込まれた哀れな日々〜

第二章 大陸征服

第140話 結婚式の裏側：熱で測る〜ヨハン視点〜

※作者の趣味で科学蘊蓄が延々と続きます。興味ない方は遠慮なく飛ばしてください。

※本作に登場する科学技術は実際の科学に基づいています。

「──素材を変えるわよ」

あの夜、師匠はそう言った。

炭素フィラメントは五分で切れた。数分の光では、夜通しの祝宴には足りない。もっと高温に耐える素材が要る。

「タングステンよ」

師匠が俺の鉱物標本から一つを取り上げた。黒っぽい、地味な石。鉄マンガン重石。俺が十年前に拾った石の一つだ。

「この中にタングステンという元素が含まれているの。融点は3400度。あらゆる金属の中で最も高い」

「3400度……鉄の倍以上じゃないか」

「ええ。だからフィラメントに使えば、炭素よりずっと明るく、ずっと長く光るわ」

すげえ。3400度で融ける糸。そんなものが光ったら、あの炭素の橙色とは比べものにならないだろう。

「でも師匠、そんな温度のもの、どうやって加工するんだ」

「加工するには1700度くらいまで加熱する必要があるわ」

1700度。途方もない数字だ。だが加工はできるということだ。問題は──

「──今、炉の温度をどうやって測っている？」

師匠が聞いた。

「おっさんが色で見てる。赤ならまだ、白に近づいたら頃合いだって」

「それは何度？」

「……正確にはわかんねえ」

「1680度と1720度の違いを、目で見分けられる？」

「……無理だ」

俺は即答した。おっさんの目は確かだ。だが40度の差を、目の色だけで見分けるのは人間の限界を超えている。

「タングステンは温度が少しでもずれると脆くなって折れるわ。高すぎても低すぎてもダメ。目ではなく、数字で温度を測る道具が要る」

師匠は本番の前に必ず道具を整える。電球の前に真空ポンプを作ったように──今度は、タングステンの前に温度計を作るということか。

「1700度を測れる温度計を、まず作りなさい」

師匠はそう言って、紅茶を一口飲んだ。

◆

実験台に二種類の金属線を並べた。銅と鉄だ。

師匠の指示はこうだった。二本の線を、両端でねじって繋ぎ合わせる。閉じた輪にする。電池は繋がない。

「片方の接合点を加熱しなさい」

俺は蝋燭を持ってきて、片方の接合部に炎を当てた。

もう片方の接合部の近くに、電流計を繋いである。電池は繋いでいない。電流が流れるはずがない。

──針が振れた。

「……は？」

目を疑った。電流計の針が、わずかだが確かに振れている。

電池は繋いでいない。電解液もない。金属線を二本ねじっただけだ。なのに電流が流れている。

「し、師匠！　電池がないのに電流が流れてる！」

「そう。それがゼーベック効果よ」

師匠は驚きもしなかった。知っていたのだ。最初から。

「二種類の金属を繋いで温度差をつけると、電圧が生まれるの」

「温度差が……電圧に？」

「金属の中には自由電子がいるでしょう？　温かい側では電子が活発に動いて、冷たい側に移動しようとする。その移動の度合いが金属の種類によって違うの」

「種類によって違う……」

「銅の電子と鉄の電子では、温度に対する反応が違う。二つを繋ぐと、差し引きでネットの電流が流れるのよ」

師匠が紙を取り出して、式を書いた。

「Vが起電力。Sᴀ(T)とSʙ(T)がそれぞれの金属のゼーベック係数──電子の散らばりやすさを表す数値よ。これが温度によって変わるから、T₁からT₂まで足し合わせるの」

俺は式を見つめた。SとかTとかは分かる。だがこの長いSの字みたいな記号は何だ。

「……師匠、この、にょろっとしたやつは何だ」

「積分よ。足し算の親戚だと思えばいいわ。──いずれ教えるから、今は結論だけ覚えなさい」

結論だけ、と言われると悔しいが、分からないものは分からない。

「要するに──SᴀとSʙが違えば電圧が出る。同じなら出ない。温度差がなくても出ない。合ってるか？」

「合っているわ。二種類の金属と温度差、両方揃って初めて電圧が生まれるの」

式の全部は読めない。だが言いたいことは分かった。同じ金属同士では差がゼロだから電圧が出ない。温度差がなければやっぱり出ない。

俺は電流計を見つめた。蝋燭の炎が揺れるたびに、針も僅かに揺れる。温度が変わると、電圧が変わる。

「ボルタ電池みたいなもんか？」

「似て非なるもの。電池は化学反応──イオン化傾向の差で電流を生むでしょう？　これは温度差。電解液もいらないし、原理的には消耗もしないわ」

電池は酸と金属の化学反応だ。亜鉛が溶けて、電流が生まれる。使えば減る。

こっちは熱だ。金属は溶けない。温度差がある限り、ずっと電圧が出る。

同じ「電流が流れる」でも、原因がまるで違う。師匠はいつも「なぜ起きるのか」を分けて考える。俺はまだ、その癖が身についていない。

「そして──温度が上がれば電圧も変わる。つまり？」

「……電圧を測れば、温度がわかる」

「そういうこと。温度を電気に変換するの。これが高温温度計の原理よ」

温度を、電気に変換する。

目に見えない熱を、電流計の針の振れに変える。数字にする。

これなら、1680度と1720度の違いが見える。

◆

問題は素材だった。

「銅と鉄の組み合わせでは、せいぜい数百度までしか測れないわ」

師匠が言った。

「1700度に耐えるには、その温度で融けない金属が要る。白金の合金を使うわよ」

「白金……あの、融点が1768度の」

「そう。ただし純白金では1768度で融けるから、1700度の炉に入れたらぎりぎりで危ない。だから融点を上げるの」

師匠が俺を見た。

「──ギュンター、白金を精錬したときの残渣、まだある？」

おっさんの工房に来ていた。おっさんが棚の奥から木箱を引っ張り出す。

「捨てるなって言われたから取ってあるが……このカスに何かあるのか」

「宝が眠っているのよ」

師匠が木箱の中を覗いた。灰色の粉末。王水にも溶けなかった、白金精錬の残りカスだ。

「ロジウムという元素が含まれているわ。白金鉱石に少量含まれていて、白金を精錬するときに残渣として残るの」

「ロジウム……聞いたことねえな」

「当然よ。まだ誰も単離したことがないもの」

師匠がさらりと言った。おっさんが眉を上げた。

「このロジウムを白金に混ぜると、融点が上がるの。白金単体では1768度。でもロジウムを30%混ぜれば1900度以上になるわ」

「1900度……それなら1700度の炉に入れても平気だ」

「そういうこと」

師匠の指示に従い、俺はロジウムの分離に取りかかった。

師匠が手順を紙に書いた。四段階ある。

まず第一段階。残渣をアルカリで融かす。苛性ソーダと過酸化ナトリウムの混合物に残渣を加えて、高温で融解する。

ロジウムの酸化物が、ナトリウムと結びついて水に溶ける形に変わる。王水に溶けなかった頑固な金属が、アルカリの力で開く。

第二段階。冷めたら塩酸で処理する。

塩化ロジウムという形で溶液に溶け出す。ここまで来れば、溶液の中にロジウムがいる。

第三段階。塩化アンモニウムを加える。

ロジウムだけがアンモニウム塩として沈殿する。他の不純物は溶液に残る。沈殿を濾し取れば、ロジウムの化合物だけが手に入る。

最後に第四段階。水素で還元する。

電気分解で出てくる水素を使って、塩化物から金属に戻す。

工程は多いが、一つ一つの操作は基礎化学の延長だ。アルカリ融解、塩酸処理、沈殿分離、水素還元──全て師匠に教わった技術の組み合わせでしかない。

それでも三日かかった。

最後の還元が終わったとき、るつぼの底に小さな塊が残っていた。

銀白色の、親指の爪ほどの金属片。

「これが……ロジウム」

「ええ。白金鉱石の中にほんの数%しか含まれていないから、この量でも十分よ。大事に使いなさい」

おっさんが覗き込んだ。

「……あのカスの中に、こんなもんが入ってたのか」

「科学では、残りカスの中に宝が眠っていることがあるのよ」

師匠がそう言った。おっさんが苦笑した。

「……捨てなくてよかったな」

◆

ロジウムと白金を合金にする。

師匠の指示で、二種類の合金線を作った。

一つはロジウムを30%含む白金-ロジウム合金。もう一つはロジウムを6%だけ含む白金-ロジウム合金。

「なんで両方とも合金なんだ？　片方は純白金でいいんじゃ」

「純白金は1768度で融けるでしょう。1700度の炉に入れたら融ける寸前よ。危なくて使えないわ。両方ともロジウム入りにすれば、どちらの線も融点が上がる」

「でも、両方とも同じ合金だったら──同じ金属同士だと電圧が出ないんじゃないのか？」

「よく分かってるわね。だからロジウムの含有率を変えるの。30%と6%。含有率が違えば電子の挙動も違うから、ゼーベック係数に差が出る」

同じ白金-ロジウム合金でも、混ぜる比率を変えるだけで別物になる。しかも同系統の合金だから、高温で長時間使っても接合部が壊れにくい。

「よく考えてあるんだな……」

「当然よ」

師匠はそれだけ言って、次の指示に移った。

「校正するわよ」

校正。つまり、電圧と温度の対応表を作ることだ。

まず沸騰する水に熱電対の先端を入れた。100度だ。電流計の値を読む。

「0.03ミリボルト……ほとんどゼロに近いな」

「ええ。この合金の組み合わせは、低温域ではほとんど電圧が出ないの。高温で真価を発揮するのよ」

次に錫を融かした。融ける瞬間の温度は決まっている。232度。電圧を読む。

鉛の融点、327度。電圧を読む。

銀の融点、962度。電圧を読む。

金の融点、1064度。電圧を読む。

融点が分かっている金属を一つずつ融かして、その瞬間の電圧を記録していく。地味な作業だった。だが一点ずつ、表が埋まっていく。

「師匠、この電圧と温度の関係って数式にできないのか？　他の物理量みたいに、きれいな式があるんじゃ」

「ないわ」

師匠が即答した。

「きれいな式にはならないの。実測値を表にして、間を補間するしかない」

「……理論式がない科学なんてあるのか」

師匠がこちらを見た。

「あるわよ。自然は人間の数式に合わせてくれないの」

少し間があった。

「──だから測るのよ。理論が届かない場所は、実測で埋める。それも科学よ」

師匠がそう言うのは珍しかった。

いつもは理論で全部説明できるような顔をしている人だ。「なぜ」を問えば必ず答えが返ってくる。それが師匠だった。

でも今日は違った。「きれいな式にはならない」と、はっきり言った。

分からないことを分からないと言う。それも師匠が教えてくれた科学の姿勢だった。

◆

完成した熱電対を、おっさんの工房に持ち込んだ。

細い合金線が二本、先端で接合されている。見た目は何の変哲もない金属線だ。だがこの先端を炉に入れれば、反対側の電流計が温度を示す。

「実際の炉で試すわよ」

師匠が言った。

おっさんが炉に火を入れた。工房に慣れた熱気が広がる。

俺は熱電対の先端を炉の中に差し込み、反対側の電流計を見た。校正表を手元に広げる。

針が動き始めた。

「400……600……800……」

校正表の電圧と照らし合わせ、温度を読んでいく。

おっさんがちらりと炉の中を見た。

「色からすると、まだ橙だな。もう少しだ」

「1000……1200……1400……」

炉の中が白く輝き始めた。おっさんが目を細めた。

「白くなってきた。そろそろだろう」

「1500……1600……」

針の動きが緩やかになった。温度の上昇が鈍る。

「1680……」

おっさんが炉を覗き込んだ。

「1700」

「──ここだ」

おっさんが言った。

俺は電流計を見た。校正表の値と一致している。おっさんの目が「ここだ」と言い、俺の数字が「1700」と言った。

同じ瞬間に、同じ答えに辿り着いた。

しばらく、誰も喋らなかった。

おっさんが腕を組んで、電流計を見つめている。

「……なるほどな」

低い声だった。

「俺は目で見る。お前は数字で見ろ」

「……おう」

「目は騙される。数字は嘘をつかねえ」

おっさんが一拍置いた。

「──だが数字だけじゃ、炉の機嫌はわからねえぞ」

炉の機嫌。

多分、温度だけでは測れない何かだ。空気の流れ。燃料の状態。金属の色の、ほんのわずかな揺らぎ。職人が長年の経験で感じ取るもの。

数字はその一部を正確にしてくれる。だが全部じゃない。

おっさんの目と、俺の数字。両方あって初めて、1700度を正確に扱える。

「これで1700度を管理できるわ」

師匠が言った。

「道具は揃った。──次はタングステンよ」

師匠の目は、もう次を見ていた。いつもそうだ。一つ終わると、もう次の壁に向かっている。

だが今回は、俺も同じ方向を見ていた。

1700度が数字で見える。おっさんの目がそれを裏打ちする。あとは──あのタングステンを、糸のように細く引き延ばすだけだ。

「やるぞ」

俺は立ち上がった。