「物と物はなぜぶつかるの？」

Question

４歳児に、物と物はなぜぶつかるの？　と数回訊かれたのですが、
なんでだろうねえ、とか、こんど図書館で調べてみようね、よじげんではぶつからないらしいよとか、
適当なことを言ってお茶を濁しております。
育児上は答えないのも大いにありだと思いますが、、、
科学への興味をそそる簡潔な答えを出すとすれば、どのような答えがよいでしょうか？

物が壁を通り抜けないのは何故かとか、通行人同士が身体を通り抜けないのは何故か、とか、道路に出ると走行車にあたるのは何故なのか、といったことから、こんな疑問を口にするようになりました。

atti1228 · Accepted Answer

物には、質量がある。質量はエネルギーだよ。原子力発電は何を熱源にしてる？重さだよ。エネルギーってのは、重さなんだ。この世にあって重さがないものがひとつだけある。

さあ、なんでしょう？

こころだよ。

ぶつかりあうか？エネルギーかね。

おれは、こころのぶつかり合いをわかろうとしてる。

どうだっていいか？

po-ria1 · Answer

面白いけれど難しいご質問ですね。
確かに子供の頃はそういうことがとても不思議でしたので、懐かしい気持ちがします。
「物と物はなぜぶつかるの？」とは、「物はなぜ触ることが出来るのか？」から入る必要があるのかなぁと思いました。
触れるということを考えると、「なぜ物は形を取ることが出来るのか」ということも説明しなくてはいけなくなるかもしれないですね。…何もかもが不思議でたまらないお子さんの場合、次々と説明の課題が増えるので、お母さんは大変ですね。

見方を変えれば、水にしても形がないとは言えません。
コップに入れれば形を持つし、川の氾濫は土砂を押し流し、やはり、「物にぶつかっています」。空気にしたって、風として肌に感じたときには、やはり、「ぶつかっている」のが感覚的に解ります。感触があるものは、幼児にとっては全てが物として認識されるものと思います。ならば、お子さんにも水も空気も物であり、地上では、いつも何かにぶつかっているものだと感覚的に解るのでは…。

「物はなぜ形をとることが出来るのか？」　「物はなぜ触れることが出来るのか」について突き詰めると、難しく高尚な話になってしまい、果てしのない話になって私にはとても説明できませんが、幼児の段階なら、砂場に山を作って山まで傾斜のついた道を作り、如雨露で水を流して実演してみるのも手かなと。
>科学への興味をそそる簡潔な答え
とありますが、実験に勝る簡潔な答えはないと思います。

止まっている物(砂山)に向かって何かが纏まって一定方向に動く(水が流れる)とき、力が加わりぶつかってしまう。もし、重力がない状態なら水も砂もふわふわと浮いてしまうので、この砂場もなければ砂山も作れず、如雨露に水を溜めることも水を流すことも出来ず、水が勢いをもつこともないので砂山にぶつかって崩すことも出来ない。
「地球の上には重力が働いているから、砂も砂山という形を取れるし、水を砂の上に勢いよく流すことも出来るんだよ。重力があるからこの砂場に流した水は低いところを目指して小さな川の流れとなって動くことが出来るし、砂山にぶつかることが出来るんだよ」と私なら、その様に説明します。

おうちでチラシを細かく切って、扇風機で風を作って、飛ばしてみせるのも手かなと思います。「形ある物(チラシ)に力(風)が加わることで“物はぶつかる”し、そのことで動いたり散ったりすることが出来るんだよ」と。
他には、お子さんとご質問者と二人向き合って、ミニカーをお互いに向けて走らせて、ぶつかる様子を見せるのも良いと思います。

「通り抜け」の件に関しては、人間は太ったり痩せたりして体型が変わることはあっても、水のように自由自在に変形することが出来ないから、物や人がぶつかってきたとき通り抜けることが出来ないんだよ、とも説明します。

こうやって考えると、「物と物とがぶつかる」とは、「物に力が加わる」ということ、「重力が働いている」ということ、「お互いが触れることが出来る」ということであると説明します。
こんな風に、いろんな条件が揃って「物と物はぶつかる」んだよと。

＊＊＊

宇宙まで話を広げると、とてつもなく大きなスケールになるので、地球上の話でお子さんが満足してくれればなと思います。
実際に実験してみると、学問としての理解は無理でも感覚的には理解して貰えると思いますし、お子さん自身が獲得した感覚に勝る説明はないと思います。

充分な回答になっていませんが参考になれば幸いです。

cozycube1 · Answer

お礼、ありがとうございます。#7他です。

なるほど、磁石のほうが納得しやすく感じられるということですか。不思議に思いやすい傾向がある、見えないものの方に、むしろ理解を示されているわけですね。磁石だと、引き寄せられるにせよ、磁石同士の反発にせよ、近づくと感じられ、近いほど強くなります。

特に反発する磁石同士ですと、近づけるほど強く押し返されることから、接触する以上には近づけない、つまり通り抜けるようなことができない、という感覚をお持ちなのかもしれません。しかし、引き寄せられる場合について、その理解では理屈としてはおかしく感じるかもしれません。その辺りはよく聞いてみるといいかもしれませんね。

それでも仮に、だんだんと力が変化するなら納得しやすいとすると、物と物が接触したら突然に力が現れるという不連続性が、要点になっているのでしょうか。もし、そうだとして、似たようなものを考えてみると弾力性のあるクッションがあるでしょうか。バネでもいいでしょうね。

クッションは目に見えるものではあるのですが、同じ材質なら薄いほど衝撃を伝えてしまいます。あるいは、あらかじめ強く圧迫して固定してしまうと、やはり衝撃を伝えやすくなり、クッションの役目を果たしにくくなります。バネなら、間が密になるほど縮めると、縮める方向にはバネになりません。

大人向けに接触について説明するなら、接触しても原子同士、少なくとも原子核同士は接触しません。先に、原子核は一つ一つの電子が雲のように広がっていると申しましたが、雲よりも境界がはっきりしません。物と物が接触したようでも、その電子同士の反発でわずかに浮いています。

磁石でも、弱い磁石になるほど、近づけたときの力は小さいです。クッションが薄くなっているような感じですね。極端にクッションが薄ければ、クッションを感じることはできません。磁石でない物同士だと、クッションが薄すぎるのと似ていると言えなくもありません。磁石とそうでないものは、見えないクッションの厚さが極端に違う、といったところでしょうか。

P.S.

磁力に似たものに、静電気で見るような電気力もあります。磁力と電気力は、実は不可分なので、電磁気力と呼んでまとめています。

電磁気力には、N極とS極、電気の正と負という、それぞれ2種類の対があります。重力はそういう2種類に分かれておらず、引力という1種類だけです。

しかし、電磁気力と重力は非常に似ています（物理学の数式としても似ている）。地球の重力も、地球から離れるほど弱くはなるのですが、それが地表からの高さではなく、地球の中心からの距離という、地表では非常に大きな値で決まります。

そのため、たとえスカイツリーに昇っても、重力の変化は感じられません。磁石だと、磁石の何倍の距離でも、手許で試せます。

そうした、体感による重力の差を試すのは、ちょっと無理です。また、重力は非常に弱いです。地球程の重いものでも、おもちゃの磁石同士で浮けてしまいまったりします。

そのため、感覚的、視覚的には重力を感じることは難しいです。磁力と重力は似ていると説明してみて、分かりにくそうにしているなら、無理に納得させないほうがいいかもしれません。

重力は、そういう電磁気力との類似性よりも、加速による感じと何が同じで、何が違うかというほうに興味が行くかもしれませんね。電車が発進・停止するとき、特にエレベータでは加速度を上下方向で感じますので、重力が強くなったり、弱くなったりする感じがします。

これはこれで、説明が難しいことの一つです。物理学では「重力と加速度は同じものとしよう」と、説明抜きで受け入れることになっています。

komaas88 · Answer

NO,6 です。

ご丁寧なお礼を頂きまｈした。

＞回答を拝見してむしろわたしが、
 びっくりしたなあ、もう。なんでkomaasさんはそんなことを考えたの？
　それでもきっとkomaasさんの素朴な疑問でいらっしゃるのでしょう。

そう思われたのですね。うーん。もちろんその通りです。

私の常識としては貴兄のご子息は特別で、極めて早熟であり、想像も出来ない素晴らしい大天才なのかと思っています。これは素朴に、まじめに書いています。

たしかに、他の人たちも仰っておられるように、一応の知識を持った大人は物体がミクロ的にはすっかすかであることを知っており、そういう知識を持った者には、それならなぜ物とものがぶつかったりするのかという疑問にぶちあたるのは理に適っています。でも普通４歳児はそういう一段上の「常識」は知らないと思います。貴方の息子さんがそこまで知識がおありならうなうなずけますが、ご質問ではそういう気配はありません。

子供が持つ疑問はその方面では、まず「なぜ実体があっても透明なものがあるのはなぜだろう？」からはいるのではないかと私は思うのですが（私がそうでした）、でも、これは凡人の先入観なのでしょうね。

＞よもやわたしを驚かそうとしているとか、わたしに失望して距離を置こうと投稿していらっしゃるとかではありませんでしょうね。

違います。ただ、ちょっと「４歳児」は創作なのかな？という思いが頭を掠めたことは告白します。

＞どうぞこれからの豚児の小学校中学校の生活が苦しみの少ないものでありますようにと祈っていただければ幸いです。

もちろん、よろこんで（朝ドラ風に）。
前途洋々たるご令息（令嬢）のきわめて優れた頭脳と想像力をご大切にはぐくまれ、日本の将来のためにぐんと伸ばしてあげてください。

そういえば伊丹十三のエッセイに、子供の様ざまな大人びた疑問に答える見本集がありました。
ご参考まで。

tetsumyi · Answer

なぜ、この子はこの質問をしたのでしょうか？
アニメ等で物を通り抜けるのを見て、そのようのしたいのに出来ないのはなぜ、と思ったのかもしれません。

であれば、
人が勝手に壁やドアを通り抜けて家に入ったら困るでしょう。
風が窓を通り抜けてきたら寒くてたまらないでしょう。
自動車に乗ってるのに落ちて置いて行かれたら困るでしょう。
ぶつからない方が良い時もあるけど困ることが多いので、困らないように神様は通り抜けないように物を作ったのよ。
と言うことでどうでしょうか？

foomufoomu · Answer

> しかし答えというよりそれ(2つのものは同じ場所にいられない) が
> 本人の疑問の本筋で、・・・
それは困ったですね。2つのものは同じ場所にいられないというのは、物理の根本原理の一つで、ユークリッドの5つの公理と同じように、無条件に認めざるを得ないことの一つなんです。
（「原子はスカスカで」という答えがありましたが、それは古典的な原子モデルでの表現で、もっと新しいモデルでは、もやもやしたエネルギーの塊のようなものが一定の場所を占めています。この話を持ち出すと話がややこしくなります。）

>体験的に得たものだけでは腑に落ちない子なんでしょうね。
それも困ったですね。物理は無条件に認めなくてはならないことの集まりなんですから。
いろいろな法則の大部分は、実験観測で得た結果を数式などにまとめたものです。つまり、大部分は体験的に得たもので、できているわけです。

とりあえず、「ぶつからないと、2人が混じり合ったり、2つに切れたりして、不便でしょう。」というあたりで、納得してもらうしかないと思います。

ORUKA1951 · Answer

＞科学への興味をそそる簡潔な答えを出すとすれば、どのような答えがよいでしょうか？
　では科学って何でしょう。
　科学とは知識ではありません。なぜかと言う疑問が生じたら、それを説明する理由を想定(推論)して、それを試す実験や観察をしてその推論が正しいことを証明する手法に他なりません。
　物がぶつかるのはなぜかと思ったら、自分自身でその理由を考えさせてください。そして、それが正しいことを証明するテスト方法を考えさせてください。そして、それを実際に試して見ましょう。
　子供が「物とは何か」「物がぶつかるという現象とはなにか」をどのように理解しているかを知ることができるでしょう。その上で一緒に考えてやればよいのです。

確かに、物が互いを通り抜けることができないのは、万有引力、電磁相互作用、強い相互作用、弱い相互作用という宇宙の４つの力のうち、光子に由来する電磁気力のせいですが、そんなことは、それを知る学力がついてからで良いのです。逆に言うと、先にそれを知識として知ってしまったら、科学ではなく、宗教や迷信と同じ信じれば救われる世界になってしまいます。それは、決して科学ではありません。

その年齢の子供でしたら、「お互いに通り抜けられないものが[物(物質)」という結論になると思います。うまく導いてください。

cozycube1 · Answer

お礼、ありがとうございます。

なるほど、かなりいろいろ観察して理解されているお子さんなんですね。「これなあに？」といろいろ物の名前を聞いて満足していたのに、ある時から「どうして？」「どうやって？」と質問が変わってきますね。

物が物を通り抜けられないというのは、成長して行き、勉強して行って、また疑問になることもあります。

原子を習うと、そういう疑問を持つことがあります。物を細かく見て行くと、分子を経るとしても、原子に辿り着きます。それが多数集まり、ぎゅうぎゅうに詰まって結びついているのが固体ですね。ぎゅうぎゅうに詰まった同士だから、ぶつかって通り抜けられない。

液体や気体ではバラバラに存在しているので、固体が進んで行くと、液体や気体はどいてくれるので、抵抗は受けても進めます。

しかし、原子は原子核と電子でてきているということを習います。原子核は原子より非常に小さいし、電子は大きさがありません。原子のほとんどの部分は何もないんですね。すると、「じゃあ、やっぱりすかすかだから、通り抜けられそうな？」という気がしたりします。

化学の教科書では、原子核同士を棒でつないだ模式図を示したりして、それでなんとなく固体はしっかりつながった構造があって、単にすかすかではないと納得することもあります。しかし、正確にはそういう棒はつながり方を説明する便宜的なものであって、実際にはありません。

では、どうなのかとなると、量子力学まで行かなければなりません。電子は確かに大きさは無いのですけれど、『確率的に分布して存在する』などという気持ち悪いものだと教わります。

一つの電子は雲のように広がって、もわーっとしているわけです。それが大きさを持って、原子核の周りを取り巻いているため、原子は原子核よりはるかに大きく、原子同士が隙間なくぎゅうぎゅうに詰まった固体となっています。

実際はそういうことであっても、こんなことを、小さいお子さんに話して聞かせるのはちょっと無理と申しますか、ずるいようにも思います。

たとえば、水槽の水に何かを沈めて行くと、水槽の水位が上がりますから、何かを沈めると、そこにあった水がどいてくれるというのは直感的に分かるかもしれません。

水のようでいて固体に近いものといえば、粒上のものでしょうか。たとえば、砂糖ですね。グラニュー糖がやりやすいと思いますが、水と同様のことをやってみることができます。

以前ですと、角砂糖がよく使われていました。これを砕いて行くと、当然ですけど粒状の砂糖に戻ります。そこで、砂糖の形態の違いが感じられるといいんですが。

また、通り抜けるということについては、料理などでも使う「ふるい」が参考になるかもしれません。そこから、「なぜ、マスクをすると風邪を引きにくくなるか」といったことにつなげていってもいいでしょうね。目が細かいほど、小さなものもぶつかって止まるという感じです。

そういったものを、いろいろ見せて、考えてもらうくらいでしょうか。同時に、この先、学校などで勉強していったら、分かることがたくさんあるんだよ、ということも納得してもらう必要があるかもしれません。言い換えれば、すぐになんでも分かるというわけにはいかず、努力して、ようやく理解できることもたくさんあるということですね。

komaas88 · Answer

なぜ４歳児がそんな発想をしているのか、貴方は驚かないのですか。私だったら
「びっくりしたなあ、もう。なんでAちゃんはそんなことを考えたの？」
とまず聞くのが普通だと思います（もう手遅れですが）。

堅いものどうしはぶつかってお互い譲らないよ。空気や水なら形が決まっていないから相手に譲れるんだ。ぼくたちは幽霊じゃないからね、ではだめでしょうか。その４歳児って、もう原子構造や相対性原理などを理解しているのですか？でなければ、単純に貴方を驚かそうとしているのだと思いますが、彼は失望して貴方に距離を置こうとしているのかもしれません。

理解し難いご質問です。

haanetto_777 · Answer

「同じ所に２つのものはいられない」
というのは実は常識の生んだ偏見で，
私は大学で物理学を学んでいますがつい最近それを知り，
驚愕でした．

日常のスケールの物体は，実は原子レベルで見るとスカスカで，
ぶつかっているように見えても実はぶつかっていないのです．
静電気力の反発によりぶつかっているように見えるだけです．

では原子や素粒子自体はぶつかるのかというと，
我々の感覚でいう「ぶつかる」というよりは上記のような力によって反発しているだけで，
同じ所に2つの素粒子が存在することもあり得ます．

しかしこれはあくまで物理学者の仮説であり事実という証拠はありません．

さて，子供に「科学への興味をそそる簡潔な答え」を出すにはということでしたが，
せっかく子供で偏見がまだないのですから，
我々大人の偏見を教えてしまうのはもったいない気がします．

「いい質問だね．実は大人でもまだわかっていない難しい問題なんだ」
「その通り，実はぶつかってないんだよ」

などと答えたほうがいいと思います．

「物と物はなぜぶつかるの？」

物には、質量がある。

この回答への補足

面白いけれど難しいご質問ですね。

お礼、ありがとうございます。

NO,6 です。

この回答への補足

なぜ、この子はこの質問をしたのでしょうか？

> しかし答えというよりそれ(2つのものは同じ場所にいられない) が

＞科学への興味をそそる簡潔な答えを出すとすれば、どのような答えがよいでしょうか？

お礼、ありがとうございます。

なぜ４歳児がそんな発想をしているのか、貴方は驚かないのですか。

「同じ所に２つのものはいられない」

この回答への補足

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