- 1980年8月、South Carolinaの3M粘着テープ工場で、高速で移動する帯電したpolypropyleneフィルムの下に、人が通れない「見えない壁」が現れた
- 幅20ft、50,000ftロールのPPフィルムを複数のスプールに巻き取る設備が、20ftサイズの壁2面と天井のような「テント」構造を作っており、フィルムは約1000ft/minで移動していた
- David Swensonの200KV/ft携帯型電界計は、装置から離れた工場の床でも最大目盛りまで振り切れ、彼は通路の中央で体重をかけても前に進めなかった
- この現象は常に再現されるわけではなく、湿度がより低い早朝に再び現れ、その後、接地の問題を直すと再発しなくなったという後続証言がある
- 単純なクーロン力だけでは「壁」のように感じられる境界を説明しにくく、イオン化した空気の雲や空気圧の勾配が人を阻んだ可能性が残っている
1980年、3M工場の「見えない壁」
- David Swensonは、3M工場で高速に移動する電気的に帯電したpolypropylene（PP）フィルムの下の空間で、作業者たちが奇妙な「見えない壁」に遭遇した事例を記録した
- この壁は人が通過できないほど強く、近づいた人は体の向きを変えることができず、後ろ向きに歩いて出る必要があった
- この事例は、1995年9月14日の17th Annual EOS/ESD Symposiumの「Electrostatic Considerations in Industry」特別セッションで、「Large Plastic Web Electrostatic Problems, Results, and Cure」として発表された
- 問題は「シンプルで費用対効果の高い」方法で解決された事例として紹介された
設備条件と静電気発生の仕組み
- 事件は1980年8月にSouth Carolinaで発生し、当時の環境は非常に高い湿度だった
- 工程は、幅20ft、長さ50,000ftのPPフィルムロールを切断し、より小さな複数のスプールへ移す方式だった
- フィルムはメインロールから高速で巻き出される
- 上方へ20ft上がり、天井ローラーを通る
- 水平方向に20ft移動した後、下へ降りて切断装置に入る
- その後、より短いロールに巻き取られる
- フィルム経路全体は、約20ft四方の壁2面と天井で構成された立方体型のテントのように見えた
- スプールは1000ft/min、約10MPHの速度で動いていた
- PPフィルムは両面の表面構造が互いに異なっており、表面の質感や微細構造が大きく違うと、同じ物質同士でも接触帯電が起こり得る
- こうした表面電荷の不均衡はこの業界でよくある問題であり、「メガボルト級のstatic cling」に近い現象として扱われる
Swensonが見た現場
- Swensonが工場の床に入ったとき、装置から離れた場所でも200KV/ft携帯型電界計が最大目盛りまで上がった
- 彼は、動くPPフィルムで作られた通路を歩いている途中、中央付近で「見えない壁」に阻まれた
- 体全体の重さを前にかけても通過できなかった
- 近くのハエが、帯電して動いているプラスチックの方へ引き込まれるのを見た
- Swensonは、電界が鳥まで吸い込むほどだった可能性があると推測した
- 生産管理者は当初この報告を信じず、一緒に現場へ戻ったときには壁は消えていた
- 作業者たちは、この効果が湿度がより低い早朝に現れることを知っており、別の日に再度試すことになった
- 2回目の試行では、早朝の「テント」の下の電界が十分に強く、生産管理者の短い縮れ毛まで逆立たせ、見えない壁の効果も再び現れた
- 生産管理者はこれに対し、「直すべきなのか、入場券を売るべきなのか分からない」と反応した
単純な電界だけでは不十分な理由
- 一般的なクーロン力の観点では、PPフィルムは人を「壁」のように押し返すというより、内側へ引き寄せる力が予想される
- 人が中心部から押し出される状況を仮定しても、力は長い距離にわたって徐々に増す広がったクッションのように作用するはずで、中央に不連続な壁が生じる形は説明しにくい
- フィルムが巻き出されるとき、長いフィルム側には大きな正味電荷が生じるが、電荷は対で生成され、全電荷は保存されるべきなので、スプール側には反対符号の電荷があるはずである
- スプールの限られた表面電荷だけでは説明が足りず、反対電荷が何らかの見えない経路で失われていた可能性がある
- あり得る経路の一つは、フィルムがスプールから剥がれる隙間で発生したイオン化した空気である
イオン化した空気と圧力勾配仮説
- スプールが、移動するフィルムとは反対極性のイオン化した空気を大量に噴き出していた可能性がある
- フィルムとスプールの間の隙間で放電が起きると帯電した空気が生じることがあり、フィルムがスプールの上側で剥がれていたなら、この空気がフィルムの「テント」内部に入った可能性がある
- もう一つの可能性は、フィルムとスプールの間のコロナ放電から出たUVと電界が、プラスチックフィルム両側の空気をイオン化し、帯電した空気を広げたという解釈である
- この場合、「見えない壁」は帯電フィルムの電界に捕らえられた空気イオンの雲、またはそれによって生じた圧力勾配だった可能性がある
- 1ftあたり数分の1 PSI程度の圧力勾配だけでも、人が前へ歩くのを妨げるには十分な可能性がある
- この説明が正しければ、人が感じた反発力は静電気的な引力・斥力そのものよりも、空気圧に由来する
床、ロール、空気の流れに関する補足解釈
- 静電気問題では、コンクリート床が絶縁体ではなく導体のように振る舞うことがある
- メガボルトとマイクロアンペアが関わる状況では、絶縁体と導体の境界が非常に高い抵抗領域へ移動する
- コンクリートの抵抗率はメガオーム領域であるため、接地された金属板のように動作し得る
- 両側のPPスプールは、互いに反対の電荷を持つelectretのように振る舞っていた可能性がある
- 高速で移動するPPフィルムは強い空気の流れを作ることがあり、直径20ftの水平な竜巻のような流れが形成された可能性もある
- こうした空気の流れは、大きなイオン、または水の微小液滴からなるイオン雲を閉じ込めることがある
- この部分は確定した説明ではなく、推測として区別される
後続証言と解決
- 2016年のReddit証言の一つは、3M工場で同様のことが今でも時折起こると伝え、小さなワッシャーやボルトを電界の方へ投げると押し返されるのを見たと述べている
- もう一つの2016年の証言は、SwensonにESD会議で会い、装置が遠くからでも最大値に達してしまい、最大測定値を得られなかったと伝えている
- 同じ証言によれば、温度、圧力、湿度などの条件が狭い範囲に収まっている必要があり、ガレージドアを開けていたため昆虫やスズメが吸い込まれて製品を台無しにした
- この現象はSwensonが経験する以前から技術者たちに知られており、その後、装置の接地問題を直すと再び現れなくなったという証言がある
- こうしたReddit証言は、主要な事例とは別に引用されている
残る疑問
- 事件は1980年に発生し、報告は1995年のESD会議で行われた
- 当該3M sheet-slitterが現在どこにあるのかは確認されていない
- Reddit側には、3Mがその装置を売却したという話があり、装置がSouth Carolinaに残って別の場所で使われた、または他の地域へ移された可能性も取り沙汰されている
- 「見えない壁」を横に倒して「見えない床」にできるなら、人はその上に立てるのかという問いは、この現象の物理的解釈がまだ明確ではないことを示している
1件のコメント
Hacker Newsのコメント
職場で自分が Van de Graaff generator になったことを思い出した
20分物のリールをひっきりなしに交換しなければならなかった時代、私は映画館の映写技師で、高電圧の水冷式カーボンアーク映写機2台を見ていなければならなかった。フィルムが切れたらつなぎ直す必要があったので、上映用プリントが劇場に届くと各リールの接合数を数えて記録し、次の劇場でも同じことをして、あまりに継ぎすぎたプリントは廃棄していた
接合数は、ベンチモーターと速度調整器でリールを高速で巻きながら、フィルムを指の間に滑らせて、通過する「コツッ」という感触を数える形で確認していた。もう片方の手で速度調整ノブの金属製スイッチプレートに触れて接地するよう教わっていたが、ある日それを忘れていたら髪の毛が逆立ち始めた
リールの大半を非常に速い速度で巻きながら体に電荷をため込み、スイッチプレートに手を伸ばした瞬間、プレートと指の間に 8〜10インチのアーク放電 が飛んだ。それ以来、いつもスイッチプレートを握るようになった
すぐに3インチほどの機械キーのキーホルダーをつかんでスロットマシンのフレームに当てるやり方を覚え、しばしば3インチほどの紫色の火花が飛び、服が動くのも感じられた。一度、スロットマシンのプレイヤー追跡システムを再起動させてしまったこともあるが、食らったのが私ではなくそっちだったのはまだましだった
昔働いていたカジノでは静電気を減らすためにラグへ柔軟剤を吹きかけていたとマネージャーが言っていたが、効果があったかは分からない
それで電灯のスイッチは肘で触るようになった。同じ稲妻でも、肘で食らうと少しは痛くない
https://en.wikipedia.org/wiki/Van_de_Graaff_generator
実際に高電圧を扱う仕事をしているので、この話はかなり疑わしい。数学的に考えれば、極度に高密度な 電場フラックス が生じるなら技術的には可能かもしれないが、現実的にはほぼあり得ないように思える
特に説明されているレベルの高電圧は、高湿度下では大きな放電とともに平衡に向かいやすい。実際には電場を強く感じられる地点があり、うわさや語りの中でそれが「壁」に変わった可能性が高いと思う
最大の問題は、この現象が漸進的に、つまり二乗的に増加する場ではなく、「壁」として描写されている点だ。ただ、十分に湿った環境で荷電粒子が運ぶネットワーク効果が実際にあるなら、二乗則が別の形に変わる可能性はある。三乗程度でも人間のスケールでは壁のように感じられるかもしれない
「信じたい」というよりは、「奇妙ではあるが再現可能な条件なら数学的に許されるかもしれない」という感覚だ。関連する背景は数理物理とその偏微分方程式の解析解にあり、そうした方程式にはかなり奇妙な解がある。誰か試してみてほしい
理想的な点電荷どうしで観測される効果と、より理想的でない点電荷のネットワークを通じて伝播するときにのみ現れる ネットワーク効果 の間には、調べる価値のある違いがある
そんな空間に歩いて入った人がクモの巣にかかったハエのようになるより、避雷針 になるほうがずっとありそうではないか
誰もがポケットに 4K60 のビデオカメラを入れて持ち歩くようになってから、UFO や Bigfoot の目撃談の大半が消えたことに気づいた人はいるのだろうかと思う。
1995年にスレッドが1本あり、その後この現象は二度と見られも聞かれもしなかった
ANTEC '97 Conference Proceedings, CRC Press, 1310~1313ページ
https://www.google.com/books/edition/SPE_ANTEC_1997_Proceedi...
そのスレッドは、それ以前の学会発表や論文に基づいている。この特定の事例が再現されていない理由は、実用的な用途がなく、多くの装置が必要で、装置を意図的に誤った運用にしなければならず、損傷や負傷の危険があり、試験コストが極端に高いからだ。
誰も自発的に、幅20フィートのPPフィルムを1マイル分、毎分1000フィートで回せる環境を構築し、そのうえ装置の接地をわざと切り、華氏100度超かつ湿度95%以上で何時間、何日、何週間も動かそうとはしないだろう。設置だけでも数百万ドルかかり、運用コストも同じくらい余計にかかりうる
奇妙な現象がまれで記録しにくいという事実は、その現象が存在しないことの証明にも、不在の証拠にもならない
既知の物理法則に基づいており、きわめて特異な文脈なら、こうしたことが潜在的に起こりうる範囲には見えた。だから「その一度だけ」起きた、きわめてまれな 境界事例 だったのだろうと考えていた。
大きな3M工場で働く人たちが、わざわざ嘘をつくような種類の出来事にも感じられない
以前にも議論されていた。
https://news.ycombinator.com/item?id=16299441 (2018)
https://news.ycombinator.com/item?id=5387052 (2013)
https://news.ycombinator.com/item?id=3274335 (2011)
電場は本当に線形であることを好むが、記述されている異常な効果は非常に 非線形 だ。
高電場の測定値のような非理想的な効果は線形かもしれない。だがその壁は、鳥、虫、人間のような生物にだけ影響する。
推測するに、その壁は神経系と筋収縮を介した現象であり、静電気力と違って、ここにはしきい値、非線形性、心理的効果が入り込みうる。要するに関係者全員がものすごい感電をしていて、脊椎にメガボルト級の衝撃を受けたあとの主観的体験なら、何が起きてもおかしくないように思える
良い SCP のように読める
実験セクションには興味深いアイデアが多い: http://amasci.com/freenrg/iontest.html
この文章をここ数年で何度も読んでいて、工場環境でそんな奇妙な現象が現れたという点にかなり魅了されてきた。
2016年のアップデートでは、親戚はスプールで奇妙な効果を見るのはよくあることだと言っている。それほど一般的なら 再現可能 であるはずだが、実際に再現された例は見たことがない
たとえば私の会社では巨大な反応器で細胞を大量培養しているが、最も大きい反応器を運用している人たちは、観測されたどの変数でも説明できない総生産量のゆっくりした変化を見たと言っていた。私たちは集団内の緩やかな遺伝的ドリフトを推測したが、季節要因や観測されていない変数のせいかもしれない。
Google で働いていたときも、クラスタ全体の規模でしか表れないことが確かにあり、進行中のプロセスをよく知り、注意深く見ている人だけが気づけた。ほとんどすべての 大規模生産システム でこういうことは起きているが、その大半は観測されていないのだと思う
あの静電気放電は結局、システムの 機械的エネルギー を代償にして生じているのではないか。動画のようにただ飛ばせておき、どこかで回収しようとしないのが不思議だ。
これまで見た中で最も奇妙な電力回収方法の1つは、スパークギャップと特注の変圧器を使って逆 Tesla coil のようにしたものだった。静電気放電の非常に高くきわめて短い電圧スパイクを、より低い電圧の長めの区間に変換して使う方式で、靴に取り付けてあった
おそらく、暖房されたオフィスの断熱が悪くて無駄になっているエネルギーのほうが、はるかに大きいはずだ