This is aerogel, the world's lightest that is least dense solid.

これはエアロゲル、世界で最も軽い、最も密度が低い固体です。

This piece has a mass of just 1.22 grams.

この片は、わずか1.22グラムの質量です。

That is only a few times the mass of the same volume of air,

これは同じ体積の空気の質量のたった数倍です。

which kind of makes sense because it is 99.8% air.

というのも、99.8%が空気だからです。

In fact, some aerogels are so light that if you removed all the air from them,

実際、あるエアロゲルは非常に軽いため、すべての空気を取り除くと、

they would be less dense than air.

空気よりも密度が低くなります。

I have long been fascinated by aerogels,

私は長い間エアロゲルに魅了されていました。

so I actually flew out to Aerogel Technologies in Boston to find out

そこで実際にボストンのAerogel Technologiesまで飛んで行きました。

why was aerogel invented?

エアロゲルはなぜ発明されたのか知るために。

How is it made?

どのように作られているのか。

Why is it such a good thermal insulator?

なぜそんなに優れた断熱材なのか。

And what is it used for?

そして、何に使われているのか。

Okay, we are going to try an experiment to demonstrate the insulating power of aerogel.

さて、エアロゲルの断熱性能を実証する実験を行います。

So, over here we have two setups,

では、ここに2つのセットアップがあります。

one with a glass petri dish,

1つはガラスのペトリ皿で、

and the other one with aerogel on top.

もう1つはエアロゲルを乗せたものです。

Both are made of silica, but with very different physical structures.

どちらもシリカでできていますが、物理的な構造は大きく異なります。

We're going to see how long it takes to melt these chocolate bunnies with a Bunsen burner.

バンゼンバーナーでこれらのチョコレートウサギを溶かすのにどのくらいの時間がかかるか見てみましょう。

Now to have a look at this experiment, we have a Flir T1020,

この実験を観察するために、Flir T1020を使っています。

which can see temperatures up to 2,000 degrees Celsius.

これは2,000度セルシウスまでの温度を測定できます。

It's getting pretty hot.

かなり熱くなっています。

Yeah, you can see that the glass is getting really hot already.

ええ、ガラスがもう本当に熱くなっているのが見えます。

And after just a minute?

そしてたった1分後？

It's starting to smoke.

煙が出始めています。

Oh, okay.

ああ、そうですね。

It's definitely melting and smoking.

確実に溶けて煙が出ています。

Oh, yeah, here we go.

ああ、ええ、ほら。

I would say that that's a phase change.

それは状態変化だと言えます。

We've got a liquid chocolate situation.

液体のチョコレート状態になっています。

We have some smoking bunny.

煙が出ているウサギがあります。

Over here, the bunny is actually sort of melting over,

こちら側では、ウサギが実際に溶け始めて、

and look, it's sort of tilting to the side.

ほら、側に傾いています。

All right.

わかりました。

I think we're going to call that a melt.

これを溶けたと判定しましょう。

What is that?

あれは何ですか？

Oh! On cue, on cue.

おお、タイミングぴったり。

I would say that that's a material fail.

あれは材料の破損だと言えます。

Not only did the bunny melt quickly,

ウサギがすぐに溶けたのに加えて、

the petri dish cracked under the thermal expansion.

ペトリ皿は熱膨張により割れました。

So now let's try the aerogel.

では、エアロゲルで試してみましょう。

So how was aerogel invented?

それでは、エアロゲルはどのように発明されたのか？

Back in 1931, a guy named Professor Samuel Kisler

1931年、サムエル・キスラー教授という人物が

had a bet with his colleague, Charles Learned.

同僚のチャールス・ラーンドと賭けをしました

Now, the bet revolved around jellies,

その賭けはゼリーについてのものでした

like peanut butter and jelly jellies.

ピーナッツバターとジャムみたいにね。

Now, the thing about jellies

ゼリーについてのことですが

is they are actually a combination of liquids and solids.

実は液体と固体の組み合わせなのです

I mean, they're mostly liquid,

つまり、ほとんどが液体ですが

but it's embedded within this 3D solid structure.

3次元の固体構造に埋め込まれています

So if you think of a gel like Jell-O,

ジェルO（ゼリー）のようなゲルを想像してみてください

it has a skeleton with nano-sized pores

ナノサイズの孔を持つ骨組みがあり

that gives it its rigidity,

それが硬さを与えています

and then that's about 1% of the gel.

そしてそれはゲル全体の約1%です

So the bet was this.

その賭けの内容は次のようなものでした

Could you remove the liquid from the jelly

液体を固体構造に影響を与えずに

without affecting the solid structure?

ゼリーから取り除くことができるか？

I mean, if you just evaporate the liquid out,

つまり、もし液体をただ蒸発させるだけなら

well, then the solid structure shrinks,

固体構造は縮むのです

because as you remove liquid molecules,

液体分子を取り除くと

they pull on each other,

分子同士が引き合い

and they pull on the solid structure around them,

周りの固体構造も引っ張られます

basically crumpling it from the inside.

基本的に内側からしぼんでしまうのです

Now, Samuel Kisler solved this problem in two ways.

サムエル・キスラーはこの問題を2つの方法で解決しました

First, he realized you could replace one liquid

まず、彼は一つの液体を

with another inside the jelly

ゼリーの内部で別の液体に置き換えることができることに気付きました

just by washing it thoroughly.

十分に洗うだけで

So you could swap out, say, water for alcohol.

例えば、水をアルコールに置き換えることができます

And then, if you take the jelly

そして、ゼリーを取り

and put it in a high-pressure vessel called an autoclave...

オートクレーブと呼ばれる高圧容器に入れます

By heating it to the high temperature

液体の臨界点と呼ばれる

and high-pressure point called the critical point of the liquid,

高温と高圧の点まで加熱することで

that liquid transformed into a semi-liquid, semi-gas

その液体は半液体、半気体に変わります

called a supercritical fluid.

超臨界流体と呼ばれるものに

At this point, there is no longer a distinction

この時点では、もはや区別がなくなります

between liquid and gas.

液体と気体の間に

Those molecules are no longer pulling on each other.

それらの分子は、もうお互いを引き合っていません。

And so once you've depressurized the vessel,

そして容器の圧力を下げると

that solid skeleton, that 1% of the mass of the gel,

その固体骨組み、ゲル全体質量の1%は

is left behind intact,

無傷のまま残されます

except for where there was liquid in the pores before

以前、孔に液体があった場所を除いて

is now gas.

ガス状になります。

And that solid skeleton, that nanopore solid,

そしてその固い骨組み、ナノポアのある固体は、

is what we call aerogel.

エアロゲルと呼ばれるものです。

Kistler published his findings in Nature in 1931.

キスラーは1931年に『ネイチャー』に彼の発見を発表しました。

It is getting pretty hot, as you can see through the thermal camera.

ご覧の通りサーモカメラで見ると、かなり熱くなっています。

But coming up on three minutes,

しかし3分近くなった時点で、

there's still no sign of melted chocolate.

チョコレートが溶けた形跡がまだありません。

So we're going to pull out a thermocouple

そこで熱電対を取り出して、

and just check the temperature underneath the bunny,

ウサギの下の温度を確認します。

like underneath the aerogel,

つまりエアロゲルの下ですね。

and see what the flame temperature is.

そして炎の温度がどうなるか見てみましょう。

You can kind of see that parts of the bunny are getting hot,

ウサギの一部が熱くなっているのが見えますね。

but it's not the bottom of the bunny.

でもウサギの底ではありません。

It's all around the bunny.

ウサギの周りすべてです。

Exactly.

その通り。

That convective heat is moving up and around the aerogel.

対流熱がエアロゲルの周りを上へ移動しているんです。

So you can see the thing is getting red hot.

だから見てわかるように、エアロゲルは真っ赤に熱くなっています。

And by four minutes, the bunny is looking a little soft.

4分経つと、ウサギがちょっと柔らかく見え始めます。

Pretty good, though, considering how easy it is to melt chocolate.

ただし、チョコレートが非常に溶けやすいことを考えると、かなりいい結果ですね。

Can I put my finger here?

ここに指を置いても大丈夫ですか？

Be careful.

気をつけてください。

It's not that it's hot, it's that it's brittle.

熱いわけではなく、むしろもろいんです。

Right.

そうですね。

But yeah, totally cool to touch, right?

でも全く触れるほど冷たいですね？

It is just warm to the touch.

触ると温かいだけです。

He made aerogels out of all sorts of things.

彼はあらゆる種類のものでエアロゲルを作りました。

He made them out of eggs.

卵から作りました。

He made them out of rubber, out of nitrocellulose.

ゴムからも、硝酸セルロースからも作りました。

And included in there was silica.

そしてそこに含まれていたのはシリカです。

Actually, right here on the table, I have some examples of some silica gels.

実際、ここテーブルの上にシリカゲルの例をいくつか用意しています。

This is a wet silica gel.

これは湿ったシリカゲルです。

It's kind of rubbery, so I can just, you know, carve out a piece.

ゴムのような感じなので、こんな感じに一片を削り取れるんです。

It is 97% alcohol inside of its pores,

その細孔の内部は97%がアルコールです。

and then the remaining 3% solid is amorphous silica.

そして残りの3%の固体は非晶質シリカです。

Can I touch it?

触ってもいいですか？

Yeah, absolutely.

ええ、もちろんです。

It's kind of rubbery, not that strong.

ゴムのような感じで、あまり強くありません。

So was I cracking it there, or was it already kind of cracked?

では、私がそこで割ったのか、それともすでにひび割れていたのか？

No, it's very easy to break, very crumbly.

いいえ、壊れやすくて、ボロボロです。

The next step is to replace the alcohol in the gel with liquid carbon dioxide.

次のステップはゲル内のアルコールを液体二酸化炭素で置き換えることです。

We're about to see liquid CO2.

液体のCO2を見ようとしています

Liquid CO2 has the advantage of being non-flammable,

液体CO2は不燃性という利点があります

plus it's got a low critical temperature.

さらに臨界温度が低いです

Open it up, and...

開いて...

I see it flooding in there.

流れ込んでいるのが見えます

Yeah, it's flooding in, there it goes.

そうですね、流れ込んでいます、ほら

Just another solvent.

ただの別の溶剤です

You can clearly see it's just so much cooler on top.

上の方がずっと冷えているのが明らかに見えます

What temperature is it on the bottom?

底の温度は何度ですか？

We're at 600 right now.

今600です

600 degrees Celsius.

600度セルシウスです

That's 1250 Fahrenheit right now.

今は華氏1250度です

Notice where the bunny is melting.

ウサギが溶けている場所に注目してください

It's melting right on that edge,

その端っこで溶けています

where the flames are kind of crawling up and over.

炎が這い上がってきているところです

So, again, that's the...

つまり、またもや...

Oh, bunny down!

あ、ウサギが落ちました！

Well, not a bad result.

まあ、悪くない結果ですね

Not a bad result at all.

全然悪くない結果です

I'm interested in tasting some of this chocolate here.

このチョコレートをちょっと味見したいんです

Is it hot?

熱いですか？

It's warm.

温かいです

Warm.

温かい

And delicious.

そして美味しい

Like fondue.

フォンデュみたいです

Mm-hmm.

うーん

That was great.

素晴らしかった

Once the liquid CO2 has filled all the pores of the gel,

液体CO2がゲルのすべての細孔を満たすと

it's time to take it supercritical.

超臨界状態にする時間です

It was, I would say, kind of a spiritual experience

初めて超臨界流体を見たときは、いわば精神的な体験でした

the first time that I saw a supercritical fluid.

初めて超臨界流体を見たときのことです。

We'll get to do that here.

ここでそれをやる予定です

I love how much you're into these autoclaves.

このオートクレーブにどれだけハマってるか、本当に好きです

I love aerogels.

エアロゲルが大好きなんです

To make a supercritical fluid,

超臨界流体を作るには

we can heat this with a hairdryer, actually.

実はドライヤーで温めることができるんです

As we approach the critical point,

臨界点に近づくにつれて

the surface of the liquid becomes kind of blurry.

液体の表面がぼんやりしてきます

Weird, huh?

変ですね？

That is like weird waves in there.

中に奇妙な波みたいなのが見えます

I'll speed it up so you can watch the surface disappear altogether.

では速くして、表面が完全に消えていく様子を見てもらいます。

You're now looking at the supercritical fluid of CO2.

今ご覧になっているのはCO2の超臨界流体です。

In this state, the CO2 can be vented

この状態では、CO2を放出することができます。

without affecting the solid structure,

固体構造に影響を与えることなく、

and what you're left with is aerogel.

残されるのはエアロゲルです。

If you look at aerogel on a light background,

明るい背景に対してエアロゲルを見ると、

it's almost impossible to see

ほぼ見えません。

because it is pretty transparent.

非常に透明だからです。

But if you look at it on a dark background,

でも暗い背景に対して見ると、

then you can see that it has a slight bluish color.

薄い青色をしているのが分かります。

And it's bluish for the same reason that the sky is blue.

そして青色をしているのは、空が青い理由と同じです。

Because all those tiny little nanoscale structures,

なぜなら、あの小さなナノスケール構造は、

they scatter the light according to Rayleigh scattering.

レイリー散乱に従って光を散乱させるからです。

And the intensity of light scattered

散乱光の強度は、

is proportional to one over wavelength to the power of four,

波長の4乗の逆数に比例します。

which means it scatters shorter wavelengths like blue

つまり、青のような短い波長を

much more than it scatters yellow or red.

黄色や赤よりもはるかに強く散乱させるということです。

And for that reason, aerogel looks opaque in the ultraviolet

そのため、エアロゲルは紫外線では不透明に見え、

and transparent in the infrared.

赤外線では透明に見えます。

Now what do you think this would look like

では、これを青空に向かってかざしたら

if I held it up to the blue sky?

どう見えると思いますか？

What do you think we would see?

どう見えると思いますか？

Would it look ultra blue?

超青く見えるでしょうか？

No, it looks yellow.

いいえ、黄色に見えます。

And that's because the aerogel is actually scattering out that blue light,

それはエアロゲルが実は青い光を散乱させているからで、

and so what passes through and makes it to our eyes

そのため通り抜けて私たちの目に届くのは

is the longer wavelengths like the yellows and oranges.

黄色やオレンジのような長い波長です。

It's basically the same effect as looking at a sunset.

基本的に夕焼けを見るのと同じ効果です。

When you see the yellows and oranges of a sunset,

夕焼けの黄色やオレンジが見えるのは、

it's because the blue light has already been scattered out by the atmosphere

青い光が既に大気に散乱されているからです。

the light had to pass through before it reached your eyes.

その光は、あなたの目に届く前に通り抜けてきたんです。

So effectively looking at aerogel against blue sky is like looking at a portable sunset.

つまり、実質的にエアロゲルを青空に対して見るのは、持ち運べる夕焼けを見るようなものです。

The nanoscale pores of the aerogel are also what makes it such a good thermal insulator.

エアロゲルのナノスケール細孔こそが、それを優れた断熱材にしている要因です。

That's awesome.

素晴らしい。

Does that look hot?

熱そうに見えますか？

It's definitely hot.

間違いなく熱いです。

You might think that because aerogel is largely comprised of air,

エアロゲルは主に空気で構成されているので、

like 99% air, that it has the same thermal properties as air,

99%が空気なので、空気と同じ熱特性を持っていると思うかもしれません。

but that is not correct.

でもそれは正しくありません。

It's actually a better insulator than air is.

実は空気よりも優れた断熱材なのです。

That's because the width of the pores is smaller than the distance air molecules travel on average

それはポアの幅が、空気分子が平均的に移動する距離より小さいからです

before colliding with something, their so-called mean free path.

何かに衝突するまでの距離、つまり平均自由行程ですね

Hence, it's really difficult for the hot, fast-moving air molecules below the aerogel

したがって、エアロゲルの下にある熱く高速で移動する空気分子が

to diffuse through it and transfer heat to the top of the aerogel.

その中を拡散して、エアロゲルの上部に熱を伝えることは非常に難しいのです

This is called the Knudsen effect.

これはクヌーセン効果と呼ばれています

It is so weird because, you know, you don't expect something that's transparent to block the heat that well,

変なのは、透明なものが熱をこんなに遮るとは思わないじゃないですか

but this really does.

でも本当に遮られるんです

And that's why NASA used aerogel insulation on the Sojourner rover, Spirit and Opportunity,

だからNASAはソジャーナー、スピリット、オポチュニティなどのローバーにエアロゲル断熱材を使用しました

the Curiosity rover, and they plan to use it on future missions to Mars.

キュリオシティも、そして火星への将来のミッションでも使用する予定です

Why does it need insulation?

なぜ断熱材が必要なんですか？

The electronics, because they don't want the electronics to get cold during the cold nights on Mars.

電子機器です。火星の寒い夜間に電子機器が冷えるのを防ぎたいからです

NASA has also put aerogel to more exotic uses, notably to catch dust from a comet as part of the Stardust mission.

NASAはエアロゲルをさらに珍しい用途にも使用しました。特にスターダスト・ミッションの一部として、彗星のダストを集めるために

So the particles were traveling about six kilometers per second relative to the aerogel.

粒子はエアロゲルに対して秒速約6キロメートルで移動していました

So when they hit the aerogel, because the aerogel's a very low density material, very, very porous material,

ですから、エアロゲルに衝突するとき、エアロゲルは密度が非常に低く、多孔質の材料なので

the particles actually enter the aerogel, and as they travel through the aerogel,

粒子は実際にエアロゲルに入り込み、エアロゲルの中を通過する際に

they basically break apart the network that makes up the aerogel,

エアロゲルを構成するネットワークを基本的に破壊し

and they lose energy in the process and eventually come to a stop.

その過程でエネルギーを失い、最終的に停止します

This is good for capturing particles because if a particle like that were to hit a solid surface,

これは粒子を捕捉するのに最適です。もし粒子がそのような固体表面に当たったら

then it just stops, you know, immediately.

すぐに停止してしまいます

And just vaporizes.

そして蒸発してしまう

And vaporizes.

蒸発してしまいますね

So should we expect to see aerogel in our everyday lives any time soon?

では、エアロゲルが近い将来、日常生活で見られるようになるでしょうか？

One of my running jokes is when they build skyscrapers in Antarctica,

私の冗談の一つは、南極で超高層ビルを建てるようなとき

they'll use aerogel as thermal insulation.

エアロゲルを断熱材として使うだろうということです

Why do you say that?

そんなことを言うんですか？

Well, because then they'll really care about just how thermal efficient it is,

それは、そのときに初めて本当に熱効率がどれほど優れているかが重要になるからです

because it would be so cold there.

そこはそれほど寒いからです

So instead of having, you know, ten feet of fiberglass insulation,

ですから、10フィートのグラスファイバー断熱材の代わりに

you could have six inches or something of aerogel.

エアロゲルなら6インチぐらいで済むということです

Scientists are currently working on reducing costs and increasing durability.

科学者たちは現在、コスト削減と耐久性向上に取り組んでいます

And that's true. They do have some elasticity.

そうですね。ある程度の弾性を持っています

Okay.

わかりました

There we go. So it is not hard to break.

ほら、壊れやすいというわけではないですね

They've already made a lot of progress.

既に大きな進歩を遂げています

For example, original silica aerogel is hydrophilic.

例えば、元のシリカエアロゲルは親水性です

There we go. Now this is a hydrophilic aerogel.

ほら、これが親水性のエアロゲルです

So once we've done this, is that piece of aerogel ruined now?

では、一度このようにしたら、そのエアロゲルは駄目になってしまいますか？

Pretty much.

ほぼそうですね

But there are ways to make it waterproof.

でも、防水にする方法があります

So if you want to see that and all the other next generation aerogels,

ですから、その方法と次世代のエアロゲル全てを見たければ

then subscribe to the channel.

そしてチャンネルを登録してください。

And this may be the start of an aerogel trilogy.

これはエアロゲル三部作の始まりかもしれません。