質量保存の法則

赤と青のレゴブロック100個を使って立派なお城を作ったあと、気が変わって全部バラバラにして自動車に作り変えたと想像してみてください。完成した形はまったく別物になりましたが、箱に入っているブロックの総数や重さは1グラムも変わりませんよね。

私たちの身の回りにある空気や水、土、そして私たちの体に至るまで、世の中のあらゆる物質は「原子」というごく小さなレゴブロックでできています。物質同士が出会って新しい物質に変わる化学反応が起きるときも、原子がどこかへ消え去ったり、何もないところからポンと生まれたりすることはありません。

もともと手をつないでいた原子同士が手を離し、別の相手と新しく組み合わさるだけなのです。レゴブロックの数が変わらないのと同じで、反応の前後で原子の個数がまったく同じだからこそ、全体の重さも常に一定に保たれます。

大きな薪をたき火にくべて燃やすと、残るのはほんの一握りの軽い灰だけです。目に見える部分だけを見れば、重かった木がまるで魔法のように宙に消え、軽くなってしまったように思えます。逆に、鉄の釘がサビると重さが増えるのも不思議に感じられますよね。

しかしこれは、「空気」という目に見えない参加者を忘れているからです。残った灰だけでなく、木が燃えるときに空気中へ飛び散った煙や二酸化炭素、水蒸気まで密閉したガラス瓶の中にすべて閉じ込めて重さを量ると、元の薪と燃焼に使われた酸素の重さを足したものとピッタリ同じになります。サビた鉄釘も同様に、空気中の酸素（や水分）が鉄と結びついた分だけ重くなったのです。

物質が外へ逃げたり外から入り込んだりできない密閉された空間で反応を観察すれば、どんな化学変化が起きても全体の質量は変わらないことがはっきりと確かめられます。

日常の中で起きる料理、燃焼（物が燃えること）、腐食（サビること）といった一般的な化学反応では、質量保存の法則は事実上完ぺきに成り立ちます。これらの反応で出入りする熱や光のエネルギーはごくわずかで、質量の変化を通常の秤で測ることは到底できないからです。

しかし、原子の中心にある原子核が分裂したり合体したりする原子力発電や、太陽の内部で起きる核反応では、少し事情が異なります。反応前と比べて質量がごくわずかに減る代わりに、その減った質量が途方もない量の光や熱エネルギーとなって爆発的に放出されるのです。

天才物理学者アインシュタインは、質量とエネルギーが互いに変換できること（E=mc²）を理論で解き明かし、のちに実験でも証明されました。現代の物理学では、物質の質量だけでなく放出されたエネルギーも質量に換算して一緒に考える質量・エネルギー保存の法則によって、自然界の完全なバランスを説明しています。