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〜

第一章 国内改革

第30話 【科学回】熱とは何か～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。

気球の有人飛行が成功した翌日。

俺は師匠の執務室を訪ねた。

昨日からずっと気になっていたことがある。

「師匠、聞きたいことがあるんだけど」

「なに？」

「気球。なんで飛ぶんだ？」

師匠は書類から顔を上げた。

「火を焚くと浮く。理屈がわからねえ」

「いい質問ね」

師匠が答えようとしたとき、扉がノックされた。

「お嬢様、よろしいでしょうか」

エマだった。

「入りなさい」

エマが入ってくる。俺を見て少し驚いた顔をした。

「あ、ヨハンさん。お取り込み中でしたか」

「いや、ちょうどいいわ。何？」

「その……」

エマは言いにくそうに口ごもった。

「一つ、お願いがありまして……」

「珍しいわね。言ってみなさい」

「気球が飛ぶ理由を……教えていただけませんか」

俺は目を丸くした。

エマが自分から何かを聞くなんて珍しい。いつもは師匠に振り回されてるだけなのに。

「どうして？」

俺は聞いた。

「……原理がわからないものに乗るのが、怖いんです」

エマは俯いた。

「昨日、空を飛びました。でも、なんで浮いてるのかわからなくて……ずっと怖くて……」

「原理がわかれば、少しは安心できると思って……」

エマは恥ずかしそうに言った。

師匠は微笑んだ。珍しく、優しい笑顔だ。

「いいわ。ちょうどヨハンにも説明しようとしていたところだから」

「俺もちょうどそれを聞きに来たところだったんだよ。火を焚くと浮く理由」

エマは少しほっとしたような顔をした。

「じゃあ、二人まとめて教えるわ。座りなさい」

師匠は黒板の前に立った。

俺とエマは並んで座っている。なんだか授業みたいだ。

「まず質問。『熱』とは何？」

「火の力……みたいなもんだろ」

俺は答えた。

「温かさ……ですか？」

エマも答える。

「どっちも違うわ」

師匠はチョークを手に取った。

「熱は『粒の動き』よ」

「粒？」

俺は聞き返した。

「前に教えたでしょう。世界は小さな粒でできている」

「ああ、原子ってやつか」

思い出した。世界は粒でできている。空気も、水も、鉄も、全部。

「原子は常に動いているの。止まっていることはない」

師匠は黒板にたくさんの点を描いた。

「熱いとき、原子は激しく動く」

点がぐるぐると動いている様子を、矢印で表した。

「冷たいとき、原子はゆっくり動く」

今度は小さな矢印。

「温度とは、『原子の動きの激しさ』を数字にしたものよ」

「動きの激しさ……」

俺は呟いた。

「つまり、熱いっていうのは、粒が暴れてるってことか」

「そう。そして冷たいのは、粒がおとなしいということ」

「じゃあ、原子が止まったらどうなるんだ？」

俺は聞いた。

「それが絶対零度よ」

「絶対零度？」

「原子の動きが完全に止まる温度。それより冷たいものは存在しない」

「存在しない……」

「マイナス273度くらいね。この世で一番冷たい温度」

俺は背筋がぞくっとした。なんだか怖い話だ。

エマが手を挙げた。

「あの……目に見えない粒が動いてるって、どうしてわかるんですか？」

「いい質問ね」

師匠は頷いた。

「直接は見えない。でも、間接的な証拠はあるわ」

「証拠？」

「窓から差し込む光の中で、埃が舞っているのを見たことがある？」

「あ……はい。きらきら動いてます」

エマが答えた。

「あの埃、なぜ動いていると思う？」

「風……ですか？」

「風がなくても動いているでしょう？」

「……確かに」

「空気の粒が埃にぶつかっているからよ。粒は見えないけど、その影響は見える。これをブラウン運動と呼ぶの」

「ブラウン運動……」

俺は呟いた。粒が動いている証拠。

エマは真剣な顔で聞いていた。

「じゃあ、温度計の話をするわ」

師匠は引き出しから温度計を取り出した。ギュンターが作ったやつだ。

「これ、見たことあるわね？」

「はい。ギュンターさんが作ったものですよね」

エマが答えた。

「水銀が入っている。熱すると水銀が上がる。なぜだと思う？」

俺は考えた。

「……粒が激しく動くから？」

「そう。水銀も粒でできている。熱くなると粒が激しく動いて、広がろうとする」

「だからガラス管の中を上がるのか」

「そういうこと」

エマが温度計を見つめている。

「0度と100度は……」

「水が凍る温度が0度。沸騰する温度が100度」

「なんで水なんですか？」

「どこにでもあるからよ。帝国の北でも南でも、水は同じ温度で凍る」

「本当は気圧で沸点が変わるんだけどね。山の上だと100度より低い温度で沸騰するわ」

「気圧？」

「空気の重さよ」

師匠は黒板に絵を描いた。地面と、その上に積み重なる空気の層。

「私たちの上には、空気が積み重なっている。何キロメートルも」

「空気が……積み重なる？」

エマが首をかしげた。

「空気にも重さがあるの。私たちは常に、空気の重さに押されている」

「押されてる……？」

「水の中に潜ると、水圧で耳が痛くなるでしょう？　同じよ。空気にも圧力がある」

「じゃあ、山の上だと……」

俺は考えた。

「上に乗ってる空気が少ないから、圧力が低い？」

「そう。だから沸点も下がるの。でも同じ場所で測れば、誰が測っても同じ値になる」

「だから基準になるんですね……」

エマは納得したように頷いた。

「職人の勘じゃなくて、誰でも同じ数字で測れる。それが温度計の意味よ」

師匠は一息ついた。

「そして、この『空気の重さ』が、気球を理解する鍵になるわ」

「さて、本題」

師匠は言った。

「なぜ気球は浮くのか」

俺とエマは身を乗り出した。

「空気も粒でできている。これはわかるわね？」

「はい」

「熱い空気は、粒が激しく動く。だから広がろうとする」

師匠は黒板に袋の絵を描いた。

「袋の中に熱い空気を入れると、粒が広がろうとする。でも袋があるから、外には出られない」

「それで？」

「同じ大きさの袋なら、熱い空気と冷たい空気、どっちが粒の数が多い？」

俺は考えた。

「……冷たい方か。熱い方は広がってるから、同じ袋に入る数が少なくなる」

「正解。粒が少ないということは？」

「軽い」

「そう。熱い空気は冷たい空気より軽いの」

エマが声を上げた。

「あ……だから浮くんですか？」

「そう。軽いものは重いものの上に行く」

「水に木が浮くのと同じ……？」

「正解よ、エマ」

エマの目が輝いた。

「火を焚くと空気が熱くなって……軽くなって……だから浮く……！」

「そういうこと。だから火の調整が大事なの。火を弱めると空気が冷えて、下がる」

エマは何かを思い出したような顔をした。

「ハンスさんが、ずっと火を調整してました……そういう意味だったんですね……」

「あなたを安全に飛ばすために、彼は空気の温度を調整していたのよ」

エマは黙った。

何かを考えているようだった。

「もう一つ、教えておくわ」

師匠は言った。

「熱には『向き』があるの」

「向き？」

俺は聞き返した。

「熱は必ず、熱いところから冷たいところへ移る」

「当たり前じゃねえか。熱いものは冷める」

「そう。でも逆は起きない」

「逆？」

「冷たいものが勝手に熱くなることはない。絶対に」

俺は考えた。

確かに、机の上に置いたコップが勝手に熱くなることはない。

「言われてみれば……そうですね」

エマも頷いた。

「その『当たり前』が、宇宙の法則なの」

師匠の声が少し真剣になった。

「熱は必ず、高いところから低いところへ流れる。これは絶対に逆転しない」

「絶対に？」

「絶対に。この法則を破ることは、誰にもできない。これを熱力学第二法則というわ」

「……」

なんだか、すごいことを言われている気がした。

「もう少し詳しく説明するわね」

師匠は黒板に絵を描き始めた。

「熱いお茶を置いておくと、冷める。これはわかるわね？」

「ああ」

「お茶の熱が、周りの空気に移るから。熱い方から冷たい方へ、熱が流れる」

「うん」

「じゃあ逆に、冷めたお茶が勝手に熱くなることはある？」

「……ないな」

「周りの空気から熱を奪って、お茶だけが熱くなる。そんなことは絶対に起きない」

俺は頷いた。当たり前だ。

「でも、なぜ？」

師匠が聞いた。

「え？」

「熱が高いところから低いところへ流れるのは当たり前。でも、なぜ逆は起きないの？」

俺は考えた。考えたが、答えが出ない。

「……わからねえ」

「これは『秩序』と『乱雑さ』の問題なの」

師匠は黒板に、整列した点と、バラバラに散らばった点を描いた。

「世界は、秩序ある状態から乱雑な状態へ向かう。これが自然の流れよ」

「乱雑？」

「部屋を掃除しても、放っておけば散らかる。でも散らかった部屋が勝手に片付くことはない」

「……確かに」

エマが深く頷いた。実感がこもっている。

「熱も同じ。熱いものと冷たいものがあると、熱は広がって均一になろうとする。集中した状態から、散らばった状態へ」

「でも逆に、散らばった熱が勝手に集まることはない」

師匠は続けた。

「だから、一度冷めたものは勝手には温まらない。熱が散らばった状態から、集中した状態には戻らない」

「……なんか、寂しい法則だな」

俺は呟いた。

「そうね。でも、だからこそ時間は一方向にしか流れないのよ」

「時間？」

「過去と未来を区別できるのは、この法則があるから。割れたコップは元に戻らない。こぼれた水は勝手にコップに戻らない」

俺は黙った。

なんだか、とんでもないことを聞いている気がする。

「この法則を使うと、熱を『力』に変えられるわ」

「力に？」

「熱いところと冷たいところの差を利用して、ものを動かすことができる」

「どういうことだ？」

「蒸気機関というものが作れるの。いずれ教えるわ」

師匠はそこで話を止めた。

「今日はここまで」

◆

「少し……わかった気がします」

エマが言った。

「気球が浮く理由。温度計が動く理由」

「原理がわかれば、怖くなくなった？」

師匠が聞いた。

エマは少し考えた。

「……少しだけ」

「少しだけ？」

「原理はわかりました。でも……やっぱり高いところは怖いです」

俺は笑った。

「そりゃ別の問題だな」

「うるさいですね」

エマは頬を膨らませた。

「俺は乗ってみたいけどな。空を飛ぶの、気持ちよさそうじゃん」

「次はヨハンに乗ってもらおうかしら」

師匠が言った。

「マジで!?」

俺は思わず声を上げた。

「ええ。測量の仕事、手伝ってもらうわ」

「やった……！」

「どうぞご自由に……」

エマは疲れた顔で言った。

師匠は微笑んだ。

「でもエマ、あなたが『知りたい』と言ったこと、嬉しかったわ」

「え？」

「知ろうとする気持ちは大事よ。怖いから知りたい。それは正しい姿勢だわ」

エマは少し照れたように俯いた。

「……ありがとうございます」

俺は思った。

師匠の話は難しい。でも、少しずつわかってきた。

世界は粒でできている。粒は動いている。その動きが熱。

熱は高いところから低いところへ流れる。

そして、その法則を使えば、力を生み出せる。

蒸気機関。

いずれ教えると、師匠は言った。

楽しみだ。