水は熱がなくても光だけで蒸発する
 お鍋の水をぐらぐらと煮立たせれば、どんどん蒸発していく。ではここで問題だ。熱をくわえることなく光だけを水にあて続けたらどうなるだろう?

 なんと蒸発するのだ。なんとなくそんな気はしていたという人もいるだろうが、これは科学者ですら知らなかった新真実である。

 マサチューセッツ工科大学(MIT)の研究チームによると、水は光だけでも蒸発し、しかもその効率は熱よりもずっと高いのだという。

 なぜ水は光だけで蒸発するのか?その詳しい仕組みはまだわかっていない。だが研究チームの仮説によると、光子が水の分子を断ち切ることで起きているようだ。

水の蒸発とは?

 水の蒸発とは、その表面にある水分子が十分なエネルギーを吸収し、気体(水蒸気)となって空気中に逃げることだ。

 このときのエネルギーとして一番よく知られているのは熱だ。冒頭のお鍋の水はガスやIHの熱によるものだし、地球で循環する水なら主に太陽光からの熱によるものだ。

 ところが、ゼリーのようなハイドロゲルを扱う研究者たちは、そうした理屈とは矛盾する現象に気づいていた。ハイドロゲルから水分が蒸発する速さが、熱量から算出される値の3倍にもなるのだ。

 ハイドロゲルとは、ハイドロ(水)を含むゲル状の物質の総称だ。 ゲルとは「あらゆる液体に不溶な三次元構造をもつ高分子物質およびその膨潤体」で、 コンニャク, 寒天, ゼリーのようなものである。

 なぜこのような矛盾が生じるのか調査に乗り出したのが、今回のマサチューセッツ工科大学(MIT)の研究チームだ。

 そしていくつか基本的な実験を行った末に、その原因は光そのものではないかという仮説にたどり着いた。

 だがこれは意外なことだ。何が意外なのかは汚れていないきれいな水を見てみればわかる。

 きっと透き通っているはずだ。それはつまり水が光を吸収しないということだ。それなのに光で水が蒸発するとは不可解なことだ。
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photo by Pixabay

水は熱よりも光に当てた方が素早く蒸発

 この仮説を検証するため、研究チームはケースに入れたハイドロゲルをはかりに乗せ、さまざまな波長の光を当ててみた。

 ケースや実験装置は注意深く管理され、余計な熱が入ってこないようにされていた。

 もしも熱のエネルギーによる蒸発よりも速くハイドロゲルの重さが変わるのならば、それは光による影響も受けているということになる。

 すると案の定、水は熱だけによるものよりずっと速く蒸発した。

 蒸発の速さは光の波長によって違っており、1番蒸発したのは緑色の波長だ。

 こうした波長による蒸発スピードの違いもまた、それが本当に熱ではなく光によって起きているということの裏付けとなる。
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緑の光でハイドロゲルから蒸発する水 / image credit:MIT

 次の実験では、光がまったく入ってこない暗闇の中で、同じような実験を行ってみた。だがこのときは光が使えないので、電気で先ほどの実験と同じ熱量をハイドロゲルにくわえてみた。

 すると水の蒸発スピードは、熱による蒸発スピードの範囲内に収まることが確認された。それは光による蒸発よりずっとゆっくりとしたものだ。

光が水を断ち切る「光分子効果」

 そもそもなぜ光で水が蒸発するのか?

 研究チームは、光子が液体表面にある水分子を切断しているのではと仮説を立て、この現象を「光分子効果(photomolecular effect)」と呼んでいる。

 これまでのところ、この現象はきちんと管理された実験室内でしか確認されていないが、雲や海面のような自然界でも起こっている可能性があるという。

 また光分子効果を利用して、海水の淡水化や蒸発冷却といった技術の効率アップをはかれる可能性もあるとのこと。

 研究チームはすでに研究資金を獲得しており、太陽熱を利用した海水淡水化の研究に取り組んでいる。さらにこの効果が現在の気候モデルにズレを表示させていないかどうかも調べる予定であるそうだ。

 この研究は『PNAS』(2023年10月30日付)に掲載された。

References:Water can evaporate with just light, no heat, says surprising study / written by hiroching / edited by / parumo
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コメント

1

1. 匿名処理班

  • 2023年11月09日 20:20
  • ID:OVJwZWSz0 #

温度上げずに蒸発させられるって事?
めっちゃ効率いい乾燥機作ったりできるのかな?

2

2. 匿名処理班

  • 2023年11月09日 20:29
  • ID:a7qMXuas0 #

水が100℃未満で蒸発するのは何故だろう、という疑問を
多くの人が子供の頃に抱くはず。
そして蒸発と沸騰が全く別の現象だと知る。

3

3. 匿名処理班

  • 2023年11月09日 20:32
  • ID:EvHZE.hz0 #

光も熱エネルギーじゃね?と思って開いたけど
なんか違ってた
はえ〜

4

4.

  • 2023年11月09日 20:43
  • ID:KsCD4QzG0 #
5

5. 匿名処理班

  • 2023年11月09日 20:48
  • ID:wPT4iJz70 #

もっと効率のいい上流方法があるってことかな?

6

6. 匿名処理班

  • 2023年11月09日 20:50
  • ID:ixBR1UHW0 #

植物が緑になったのも水を蒸発させるためだったりして

7

7. 匿名処理班

  • 2023年11月09日 20:51
  • ID:4Hp05mNL0 #

いや…そりゃそうでしょ…

8

8. 匿名処理班

  • 2023年11月09日 20:52
  • ID:4Hp05mNL0 #

光電効果って知ってる…?
光って質量ないけど運動量持ってるんだよ…?
え…?

9

9. 匿名処理班

  • 2023年11月09日 21:30
  • ID:6VwSKcXk0 #

効率次第だが、熱エネルギーを介することなく光によって水を蒸発させてタービンを回せるようになるかもしれない
新しい太陽光発電が生まれるかも

10

10. 匿名処理班

  • 2023年11月09日 21:34
  • ID:AGECIAdq0 #

プラズモンと組み合わせれば、光で蒸気を作ってタービンを回せるのでは?

11

11. 匿名処理班

  • 2023年11月09日 21:53
  • ID:k4.W41ZM0 #

地球が誕生してから雨降ってるけど、湯を沸かす道具はないし
海底火山でも海全体を温めるほどではない
当たり前といっちゃ当たり前だが、科学で説明するとしたら
単純故説明は困難。それを実験で解決するのですごいな

12

12. 匿名処理班

  • 2023年11月09日 22:07
  • ID:jXnjRA3Q0 #

なぜ洗濯物が乾くのだろう?と言う話になるのかな?
いわゆる”桜の開花予想”と同じで水蒸気に変わるのは100℃ではなく、単位時間当たりの合計の温度が一定温度を超えるからだは?と思うから、温度ではなくエネルギー量と言う話mのなるのかな。

13

13. 匿名処理班

  • 2023年11月09日 22:38
  • ID:U8EefPLQ0 #

そもそも常温でも暗闇でも揮発する
光ってのが何で発生させた光なんだか判らんが発光現象自体が熱を発してるんだけど、どうやって遮断したんだろ
専門家じゃないから違和感としか言えないが何か変な話に見える

14

14. 匿名処理班

  • 2023年11月09日 22:42
  • ID:eYM.Jbaz0 #

人類が光を発生させるにはエネルギーが必要
化石燃料で燃やすのとどっちがコスパいいかってことになるといいね

15

15. 匿名処理班

  • 2023年11月09日 23:05
  • ID:NsOkOeB90 #

熱で蒸発させた方が早そうだけど、どれくらいの光を充てたらとか分からんもんな。

16

16. 匿名処理班

  • 2023年11月09日 23:47
  • ID:FPreIihX0 #

ちょいちょい勘違いしてそうな人がいるが
低温でも暗闇でも水は蒸発するけどそれは熱によるもの
別に沸騰するような高温じゃなくても熱があれば蒸発はするし、それ自体は光とは関係ない
今回のは熱だけとは考えられないくらい蒸発が早かったって話だ

17

17. 匿名処理班

  • 2023年11月10日 00:15
  • ID:EU5iXlTz0 #

えー?
つまり髪が蒸発するのも光の仕業?!

18

18. 匿名処理班

  • 2023年11月10日 00:21
  • ID:1xm2S2BQ0 #

電子レンジの光バージョンですよね
ドライアイや水晶体の劣化なんかもブルーライトだけが問題なんじゃなく、光を見続けるのが問題なんじゃないかとちょっと思ってたんで、この結果はすごく納得がいきました
それとモニターを見続ける人なんかも顔の皮膚の劣化が早い気がしてて、これも紫外線だけじゃないんじゃない?とも思っていたので、こっちもそうだろうと思うことにしました
最近は指向性も強度も強いLEDを推奨するようになってきているので、これ読んだら出来るだけ弱めにして使うのが吉なんだろうなと思った次第です

19

19. 匿名処理班

  • 2023年11月10日 00:34
  • ID:ojgFlNPG0 #

確かに。
さっき部屋の照明を付けたまま寝ようとしたら、蒸散してるように感じて眠れ無かった(嘘)

20

20. 匿名処理班

  • 2023年11月10日 00:34
  • ID:1xm2S2BQ0 #

>>8
まんま光バージョンの電子レンジってことだよな

21

21. 匿名処理班

  • 2023年11月10日 00:35
  • ID:lPIgAwGv0 #

実験結果を疑うつもりはないが、感覚的には納得いかん

22

22. 匿名処理班

  • 2023年11月10日 01:23
  • ID:2Os4yEgO0 #

光で髪を乾かすドライヤー「Zuvi Halo」っていうのが日本でも売ってる
こっちは近赤外線で乾かすって言ってる

よくわからん

23

23. 匿名処理班

  • 2023年11月10日 01:48
  • ID:wA15DERA0 #

あれ?そしたらもう原子炉いらんじゃん

24

24. 匿名処理班

  • 2023年11月10日 01:50
  • ID:ll5iZx4Q0 #

>それはつまり水が光を吸収しないということだ。

カミオカンデの純水は普通に青いぞ
それは、赤や緑の波長の光を吸収し、青の波長の光を反射しているということ
貯水槽や周りの装置に青い物質は使われてない

25

25. 匿名処理班

  • 2023年11月10日 02:01
  • ID:1qzqs1sH0 #

光の波長の違いによって振動で蒸発量が変化するとかがあったら面白いなと妄想しました。

26

26. 匿名処理班

  • 2023年11月10日 02:06
  • ID:nJ4g96R70 #

水は透明に見えるけど透明じゃないよ緑色をちょっとだけ吸収して熱に変換してるよ
って結論でもいい気がするけど違うの?

27

27. 匿名処理班

  • 2023年11月10日 02:22
  • ID:g3YczrgX0 #

>>20
よくわかんないけど熱になるわけではないので電子レンジとは違う原理なのでは?

28

28.

  • 2023年11月10日 04:47
  • ID:4VbC74zj0 #
29

29. 匿名処理班

  • 2023年11月10日 07:11
  • ID:hdk3p5D70 #

>>6
逆では? 
緑の光を反射するから緑に見える訳で、水分は蒸発し難くなる。

30

30. 匿名処理班

  • 2023年11月10日 07:14
  • ID:Xe.w3i.s0 #

解らない
そういえば洗濯物が太陽や風の中では早く乾く仕組みもよく解ってないわ

31

31. 匿名処理班

  • 2023年11月10日 09:35
  • ID:FtMY8KxY0 #

>>8
「え…?」ってなに?
何を今更…?みたいな意味?

32

32. 匿名処理班

  • 2023年11月10日 10:38
  • ID:FOTYfs1Q0 #

>>31
理解できない人ほど「知っているフリ」ができてそこで終わる
理解できないと理解する人は驚きを得て、先に進める

33

33. 匿名処理班

  • 2023年11月10日 10:58
  • ID:Tn5uOJ4m0 #

>>1
熱より万遍なく当てるのが難しいからどうかな?でも同じ温度でも、天日干しの方が室内干しより乾きやすいのかも。

34

34. 匿名処理班

  • 2023年11月10日 11:08
  • ID:Tn5uOJ4m0 #

今は太陽光はその殆どが熱量でしか気候モデルで評価されてないけど、光の強度で水蒸気の発生量が変わるなら、太陽の極大期に偏西風の変動が起きやすいという研究結果も納得。

35

35. 匿名処理班

  • 2023年11月10日 11:11
  • ID:eGguwZ4d0 #

水じゃなくてゲルの話なのでしょう?
ゲル状物質が水をとどめている繋がりは光で劣化して断ち切れやすくなる(自由になった水は逃げ出す)的な話なので
つまり「強い光を浴びると保水してるはずの物質からも水が逃げていく」だと上で触れてる人もいる通り、「目玉を強い光に当てると目が乾きやすくなる」が近い現象に思える
それとも、ゲルじゃない水も明るいところだと蒸発しやすくなるのかな?てか通常存在する大抵の水はなんらかの不純物がまざってるげだから、効率よく乾かす方法とかに応用が効くのかも。かつおぶしとか、暗い乾燥室を使う食品は明るい乾燥室の方が良かったみたいな?でも表面が劣化して乾きやすくなるからそれじゃダメな場合のほうが多そうね。

36

36. 匿名処理班

  • 2023年11月10日 11:51
  • ID:eOZ.Upqu0 #

熱だけとか光だけってどうやってそんな環境作るんだ?
前者も実は簡単じゃないぞ。水が蒸発する分をどう吸収するんだ?
光なんて熱発生させない事ってあんの?光うける素材はなんだ?

37

37. 匿名処理班

  • 2023年11月10日 12:17
  • ID:VZprsmmF0 #

>>7
最新の研究なのに既に知ってるのかよw未来人か?

38

38. 匿名処理班

  • 2023年11月10日 12:57
  • ID:qjDrWoI20 #

部屋干しだけでも洗濯物乾くけど晴れた日の外干しのほうが乾くのは日光の熱や空気の流れのせいで水分の蒸発が早まるからだとおもってた
あと生乾きならアイロンあてて乾かすとか聞くが
この説でいけば防風遮光断熱性の箱の中に濡れたものを入れて
熱を発さないライトに当てとけばけっこう早く乾くということなんだろうか

39

39. 匿名処理班

  • 2023年11月10日 13:13
  • ID:FOTYfs1Q0 #

>>36
その後半の驚きが実験とその結果の骨子だよ。なお。よくわからん模様w
前半の話は実験環境の話が記事にあるじゃない?

>>38
LEDライトを上部につけた箱でいけそう。ただ空気の流れを作らない湿度が上がって
飽和水蒸気量に達してしまうと思うから、乾きが悪くなると思う
だから、光+空気の流れを確保すれば手早く乾くので、洗濯物の日焼け防止などが可能になる利点があるね

40

40. 匿名処理班

  • 2023年11月10日 14:01
  • ID:ECWfevL50 #

>>38
レーザーで乾燥させるのはどうなんだろう?

41

41. 匿名処理班

  • 2023年11月10日 18:12
  • ID:2Xc6S17b0 #

>>40
レーザーみたいに波長の短い光線は反則なんじゃないかな…
電子レンジにぶっこむのと何らかわりがないような? 燃えそう

42

42. 匿名処理班

  • 2023年11月10日 23:41
  • ID:ie0iAqWz0 #

意外かもしれんけど、こんなの当たり前おじさん今回は少ないほうだよ
一昔前は逆張りとセットでもっといっぱいいた

43

43. 匿名処理班

  • 2023年11月11日 01:03
  • ID:NBjmL0W70 #

光風呂や光サウナ爆誕の予感

44

44. 匿名処理班

  • 2023年11月11日 03:55
  • ID:s6cybOe.0 #

>>27
電子レンジは電磁波を放って対象の水分子にエネルギーを与えて温めるじゃない
光も電磁波だからの気になれば同じことが出来るんよ
だから雑なまとめだけど、光が当たることで熱くなってる
っては太陽がずっと当たってるところって熱くなってるじゃない?
ちゃんと熱くなってるのよ

45

45. 匿名処理班

  • 2023年11月11日 07:52
  • ID:ic.fJ.NF0 #

>>29
そういえば光合成に利用される可視光は赤と青で
緑を吸収しないから植物は緑に見えるって農業雑誌で読んだわ

46

46. 匿名処理班

  • 2023年11月11日 08:57
  • ID:exgiJX2N0 #

>>29
視点が逆だったわ。
周りの水分蒸発させるために緑になってるのかと思ったけど、細胞内の水分保持のために緑になったって方が納得できる。

47

47. 匿名処理班

  • 2023年11月11日 13:40
  • ID:s5kiRDny0 #

>>22
たぶんそれはふつーに熱で乾かしてるんじゃないかね
今回の件が正しければ光も寄与してるのかもだけど。

48

48. 匿名処理班

  • 2023年11月11日 13:51
  • ID:s5kiRDny0 #

>>17
そうだな、地肌が光ってるもんな

49

49. 匿名処理班

  • 2023年11月12日 02:07
  • ID:4kmBcrqD0 #

前にあった「何色のTシャツが着ていて一番暑いか?」
って実験結果が緑色だったのもこれと関係あるのかな?
あれは太陽光を浴びての話で
植物が緑色なのってそういうことなんだねってなったけど
緑色と熱の関係性が気になる

50

50. 匿名処理班

  • 2023年11月12日 17:40
  • ID:WfzFKb8N0 #

光が水分子の繋がりを分断するってんなら、氷にも光を当てると分解出来るんかいな
水に光を当てると結露を防げる→蒸発が多くなるって説明ならまだ納得できるけど、なんだかなぁ

51

51. 匿名処理班

  • 2023年11月12日 19:10
  • ID:vVQc.MhA0 #

洗濯物を部屋干しする際に緑のLEDライトの光を当てると早く乾かせる・・かなぁ?

52

52. 匿名処理班

  • 2023年11月13日 15:21
  • ID:HmBu3oKG0 #

真夜中に部屋干ししても洗濯ものは乾くぞ。w
何を今さら?

53

53. 匿名処理班

  • 2023年11月18日 09:47
  • ID:rlW.I2VU0 #

沸騰する温度でなくても水は蒸発するっていう基本知識と
それを考慮した上でも蒸発量が多すぎるから光の影響に注目した実験をしたって話
両方ちゃんと理解できてない人が多いな

54

54. 匿名処理班

  • 2023年11月20日 19:02
  • ID:ujk1DUYb0 #

緑色の波長を水がよく吸収する?
もしかして「可視光電子レンジ」ができるかもってこと???

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