ここからが面白くなってくる。
基準：周波数が高いほど、伝達されるエネルギーも大きくなる。
ご存知の方もいらっしゃるかもしれませんが、無線信号は波であると同時に、まるで小さな砲弾のようなものでもあります。
そして、周波数が高ければ高いほど、その物に含まれるエネルギーも高くなる。
さて、それではいよいよ最初の講演者をご紹介したいと思います。
彼は、私たちのコミュニティ内だけでなく、そのはるか外でも非常に有名です。 というのも、 私の非常に親しみやすく、誰からも愛されているMWGFDの理事仲間である物理学者、ヴェルナー・ベルクホルツ教授は、
ブランデンブルク州やテューリンゲン州のコロナ対策検証委員会など、様々な調査委員会の専門家委員も務めているからです。
彼はブレーメンのジェイコブス大学で電気工学の教授を務めていたほか、 ミュンヘンとレーゲンスブルクのシーメンス社でも17年間、品質・リスク管理の専門家として勤務していた。
親愛なるヴェルナーさん、本日のテーマ「モバイル通信技術：5Gの物理的基礎と技術的利点」に関する基調講演で、 どのようなお話をしてくださるのか、私たちも楽しみにしています。それでは、どうぞお話しください。
親愛なるロニー、温かいお言葉をいただき、ありがとうございます。
確かに「物理的な基礎と技術的な利点」と書きました。しかし――……
まずは基本についてお話しします。プレスキットにも書いた通り、アダムとイブの話から始めます。
さて、ここで短い動画をお見せします。石が水に投げ込まれ、波が広がっていく様子が見られます。
電波とはまさにこのように想像すればよいのです。これについては、後ほど詳しく説明します。
さて、うまくいくかどうか見てみましょう。
では、もう一度概要をまとめると： 電波とは何か――その感覚を少し掴めるように。
では、放送――これはすでに100年以上前から存在しています――と携帯電話通信の違いは何なのでしょうか。 なぜこれほど高い周波数を使うのでしょうか？
そして最も重要なのは、なぜ高周波のこうした特性は必ずしも無害とは限らないのか？
それでは、次の登壇者たちがこれについてさらに詳しくお話しします。
さて、もうすぐ石が落ちてくる。
さて、2つのことがわかりました。波が広がっています。
その場合、それはいわば二次元の波となります。それが物質の動きです。
そして、静止画で今見えているものには、他にも波が写っています。
そして、それはまさに現実そのものであり、そこが多少なりともその危険性を構成しているのです。
もし私がそんな部屋で携帯電話を持っていたとしたら――まあ、 今は講演中ではないと仮定して――おそらく20人以上の人々がスマートフォンを操作していて、
その結果、電波がごちゃ混ぜになってしまうでしょう。
まるでパーティーのようなものです。
そこで全員が集中力を高めなければならないが、現時点では必ずしもそれが望ましいとは限らない。
よし、さて、石を水に投げ込んだら、水は動いたね。
電波についても、これと似たようなものです。
アンテナは電波を放射していますが、今回は2次元ではなく、球状に放射しています。
そして何より重要なのは、物質が含まれていないため、真空状態でも機能するということです。
そして、普段は、何も見えず、何も聞こえない。
そもそもそのようなものが存在し、科学的に研究されるようになったのは、 物理学者ハインリヒ・ヘルツのおかげです。彼は、大電流を突然遮断し、その後受信機を設置したところ、
そこから少し火花が出たのです。そのため、この現象は「funken（火花）」と呼ばれるようになりました。
もうひとつ、実用上非常に重要な大きな違いがあります。これまで見てきたように、水の波の速度は20cm/s程度でした。
音波ですね。私たちもよく知っています。速度は300m/sで、雷雨の時には誰もが一度は経験したことがあるでしょう。
稲妻が見え、その位置によっては、雷鳴が聞こえるまで1秒から10秒――あるいはそれ以上――かかります。音速は300m/sです。
電磁波の速度はわずかに速く、300m/sではなく、300,000 km/sである。
つまり、300,000,000 m/s、100万倍の速さだ。
もちろん、これは実用上非常に重要なことです。
しかし、これを客観的に考えてみると、 もし月で誰かがレーザーを点灯させたとしても、こちらでそれが見えるようになるまでには約1秒かかる。
もし太陽で同じことが起きたら、8分かかるだろう。
これは、宇宙における距離がいかに大きいかを示す一例です。
これが唯一の式です。波長は光速 c と関係しており、300,000 km/s を周波数で割った値になります。
まあ、これだけの数の波が自分のそばを通り過ぎていく、とイメージすればいいでしょう。
つまり、周波数が高ければ高いほど、波長は短くなる。
つまり、現在の5Gは、この範囲の波長です［手で5～20cmの距離を示す］。 かつて使われていた中波は、1,000メートルか1,600メートルでした。
いわゆる短波は、例えば49メートルで、当時はまだキロヘルツ（kHz）の範囲内でした。
そして、FM（超短波）――当時はそう呼ばれていましたが、今日ではもちろんそれでも比較的長い周波数と言えます――になって初めて、 メガヘルツ（MHz）の領域、つまり1秒あたり100万回の振動の範囲に入ったのです。
さて、まずは基本的なことについていくつか。
つまり、覚えておきましょう：電磁波は聞こえないし、目にも見えません。
感じる人もいるが、ほとんどの人は感じない。私も感じない。
そして、それらはとてつもなく速い速度で広がっていくが、波長や周波数も決して無視できない要素である。
さて、ラジオはもう「ずいぶん長い間」あるわけですね。
そこには中継局が一つ――「永遠と三日」とはおよそ100年のこと――あり、 受信機は数多くあったものの、前述の通り送信機は一つだけで、情報の流れは一方向のみだった。
特に中波の場合、帯域幅が狭いのは、基本的に音質がそれほど高くない音声や音楽を放送していたからです。
そして、ここで一つ気になる点があります：
音声、音楽データ、動画といった情報を伝送したい場合、それは単一の周波数だけでなく、一定の帯域幅を必要とします。
つまり、その分の代金を払わなければならないということですね。
携帯電話の分野では、キロヘルツなどという単位は使わず、当初はメガヘルツ、 そして現在はギガヘルツが主流となっています。5Gでは、6～8 GHzまでの帯域が対象となります。
高周波がなぜそれほど重要なのかについては、後ほど詳しく説明します。
さて、携帯電話の話ですが、これは明らかですね。 送信機、つまり基地局があり、 通常は1キロメートルか数キロメートル離れた場所に設置されています――5Gの場合はわずか100メートルになることもあります――多く
の携帯電話が受信機として機能し、同時に多くの携帯電話が送信機としても機能します。これについては以前、簡単に触れたことがあります。
みんなが同時に何かをしていると、素敵な波のような状態になるんだ。
それに、私は常により広い帯域幅とより高いデータ転送速度を必要としています。
ちなみに、これは連邦予算と同じようなものだと考えてもよいでしょう：
それは私が生まれた1950年頃のことですが、当時は1億単位、つまり数億という規模でした。
そうして、200万～300万程度のものを資金調達することができた。
今や話している金額は数十億規模ですから、当然、5000億程度は連邦予算が必要になります。
ここでも似たようなもので、高いデータ転送速度で通信したい場合は、はるかに多くの帯域幅が必要になります。
典型的な例を挙げると、従来のアナログテレビでは、帯域幅は約5 MHzでした。
デジタルでは、あと1 MHzほどと、それより少し多いくらいです。
GHzの場合、どの帯域幅を使用するか、その時点でどれだけのデータを転送したいかによって異なり、これは動的に行われます。
さて、帯域幅の話に戻りますが、先ほども少し触れた通り、 アナログ放送は電波障害を受けやすいのに対し、デジタルテレビやラジオは電波障害に強いのです。
でも、私はただ何気なく、「デジタルテレビには小さな系統的な誤差がある」と言っただけなんです。
もしここにサッカーファンの方がいらっしゃったら、ぜひ注目してみてください。背が低く、もしかしたら赤い服を着て、 緑の芝生の上を走っている選手がいるでしょう。よく見ると、その選手の周りにはいつも細い線が描かれているんです。
これは間違いですが、それほど目立ちません。
数学的には、いわゆるギブス現象と呼ばれるものです――これ以上の説明は控えます。
さて、伝送についてですが、なぜこれほど高い周波数なのか、先ほど説明しました。
あらゆる通信には、一定の周波数帯域という「予算」が必要です。
それは他のものと重複してはいけません。
チャンネル数が多いと、当然、必要な帯域幅も多くなりますし、転送するデータ量が多い場合は、さらに多くの帯域幅が必要になります。
つまり、動画ですが、先ほども言ったように、MHz単位で、データ量は10～100 MHzです。
状況次第では、おそらくもっとできるでしょう。
6Gなら間違いなく――とはいえ、その時の要件にもよりますが。
さて、これについては以前、口頭で少し触れたことがありました。それは意図的なものでした。 というのも、ただ話をしているだけの場合、同時に何かを見ている場合よりも、人の耳にしっかり入るからです。
つまり、100 MHzはおよそ、予算として数十億ユーロが必要、あるいは周波数帯域としてギガヘルツが必要、ということになる。
そして、グラフの右側には、例えばUMTS（3G）が使用していた周波数帯幅が示されています。 LTEではそれよりかなり広くなり、現在の5Gではさらに多くの周波数帯幅が必要となっています。
そして、先ほども言ったように、状況次第で柔軟に対応されますが、だいたいそんな感じだと考えていただければと思います。
さて、これでいわば基礎は固まりました。次に、重要なポイントについて見ていきましょう。
とりあえず、基本は以上です。ここで、スペクトルをもう一度示します。
ご覧の通り、5Gには4GやLTEよりもはるかに多くのものが必要です。 ちなみに、LTEは「Long Term Evolution」の略です。
かなり意味のないものだけど、いくつかの段階がある。
ここからが、生物学や潜在的な被害という点で興味深いところだ。
ある基準があります。周波数が高いほど、伝送されるエネルギーも大きくなります。
ご存知の方もいらっしゃるかもしれませんが、無線信号は波であると同時に、 小さな砲弾や光子のようなものでもあります――光の場合、これを光子とも呼びます。
そして、周波数が高ければ高いほど、その物に含まれるエネルギーも高くなる。
そして、この5Gの電波が私の皮膚や目に吸収されると、一定の浸透深度があり、完全に吸収されてしまうのです。
さて、例えば100 MHzと8 GHzを比較すると、 1つのエネルギーパケットあたりのエネルギー量は80倍になり、それが私に作用することになります。
それは、見方によっては波でもあり、ある種のパッケージでもある。
それこそが、何よりも最悪なことだ。
ある講演かプレゼンテーションで、「ええ、 それは素晴らしいですね」という言葉を聞いたのですが、では、私たちには何が見えるのでしょうか？
ここでわかるように、周波数が高くなるほど、浸透深さは浅くなります。
これが浸透深度で、これが周波数です［スライドを指さしながら］――どちらも対数表示です。
そうでなければ、直線的な関係であれば何も見えなくなるでしょう。 覚えておくべきことは、周波数が高ければ高いほど、浸透深度は浅くなるということです。
次のように説明された。「それはいいことですね。そうすれば、そこまで深く入り込まないですから。」
私は長年にわたり放射性物質を取り扱ってきたため、放射線防護の資格も取得しています。
そこで、貫入深さが浅いほど悪いということを学びました。なぜでしょうか？
エネルギー密度については、それが放射性電離放射線であろうと、非電離放射線であろうと関係ありません。
浸透深度が浅いほど、特定の体積内に蓄積されるエネルギーは多くなる。
そして、これは理にかなっていると思います。 ある体積に流入するエネルギーが多ければ多いほど、問題を引き起こしたり損害を与えたりする可能性が高くなるのです。
実のところ、かなり安易な考えで、「イオン化放射線は当然有害だ」とは言われてきたが、 実際のところ――後続の講演者たちがきっとさらに詳しく説明してくれるだろうが――この非イオン化放射線にも問題があるのだ。
つまり、これはおそらく、すべてのスライドの中で最も重要なものかもしれません。
浸透深度が浅いのは良いことではなく、悪いことだ。
さて、左側には5Gに典型的な模式図が示されています。
5Gのすべてがそうというわけではありません――つまり、 田舎では5Gは利用できませんが――、建物が密集した地域では、単一のアンテナではなく、
いわゆるアンテナマトリックス（例えば8×8の送信機）を用いて、電気工学的な操作によってビームを生成する仕組みになります。
でも、「ビーム」と聞くと、懐中電灯やレーザーを思い浮かべがちですが、そうではありません。
この講演の準備をしている際、私もまずそれを学ばなければなりませんでした。
私もなんとなくそう想像していたんだ。
いえ、そうではありません。 これは「鉛筆線」とも呼ばれますが、むしろこう言うべきでしょう。これはいわゆる「極座標図」です。
これは、これだけの数の個別のアンテナが互いに協調して電波を放射した場合、 その強度がいかなる方向に向くかを示しています。0度の方向を見ると、そこが主ビームです――こうしたものを「ビーム」とも呼びます。
これは特定の場所や方向に向けられているわけではありませんが、もちろん、 球面波で見たような全方向への放射である場合と比べれば、実用上ははるかに優れています。
それは、それを必要としている人に向けて、その周囲にも少しだけ及ぶもので、それ以外の人はそれほど気にかけなくなる。
それは確かに良いことですが、放射線の影響下にある人――それはその人だけでなく、 たまたまその隣に立っている人かもしれない――も、当然ながら影響を受けてしまいます。
でも、先ほども言ったように、 実はもっと大きな危険は自分の端末そのものにあるんです。少なくとも、このように［耳に当てるように］扱う場合はね。
ハンズフリーで通話する際、端末を手に持ってこの持ち方で使うとずっと使い勝手が良くなるので、ぜひお勧めします。
なるほど、5Gは700 MHzだ。ここには26 GHzまでと書いてある。つまり、私の理解では、5Gは8 GHzまでしか対応していないということになる――まるでラジオ・エリヴァンのように：「場合による！」
つまり、田舎の地域なら、そこで低周波数を使うということです。
なぜでしょうか？ それらは空気中でほとんど吸収されないため、このエリアには基地局が必要ないからです。
指向性ビーム、つまり最高周波数で運用したい場合、大まかな見積もりでは、 おそらく100基の小型基地局が必要になるでしょう。それだと、かなり費用がかさみます。
そして、中間の範囲と、より狭い範囲があります。
つまり、こういうことなんです。ヴィルスビブルクって、それほど大きな町じゃないんです。たぶん、中くらいの規模だと思います。
そして、もし私たちが大きな都市にいるとしたら、そこでは5G――おそらく、今日すでに、 あるいは近い将来――5Gが導入されるでしょう。技術的な実現には、やはりある程度の時間がかかるものですから。
それに、少しお金もかかりますからね。
さて、つまり――こう言っておきましょう――今のところ技術的な部分について説明しただけで、 問題が生じそうな箇所についても少し触れた程度です。
大まかに言えば、いわゆる予防原則が欠けていると感じます。
EUでは、これまで実際には、新しい技術については、適切なリスク分析やリスク評価を行い、 それが実際に問題ないことを確認してからでないと導入されないというのが通例でした。
アメリカでは、ちょっと逆の傾向があります。
まずはやってみて、何か起きるかどうか様子を見て、何か起きたらそれを抑えるんだ。
先ほど、 私たちの親愛なる司会者のロニーもコロナワクチンのことを触れていましたが、そこでは予防原則はもはや全く適用されていませんでした。
かつてのドイツ連邦首相でさえ、「我々は皆、実験用のウサギだ」と発言したほどです。
しかし、ここにいらっしゃる方々のうち、実験の被験者になった人はそう多くないでしょう。
ですから、携帯電話の分野においては、どこかで予防原則が守られていなかったのではないかと私は考えています。
そして、私は20分という時間をほぼ正確に守ることができました。
では、もう一度要点をまとめると：電波は目に見えず、真空中で伝播するが、その速度はとてつもなく速い。
そして、携帯電話には間違いなく有用な用途がある。ロニーもすでにそう言っていた。
とはいえ、先ほども言ったように、予防原則は本来適用されるものです。
周波数が高ければ高いほど、エネルギー投入量も大きくなり、 密集した市街地では、指向性のある電磁波の放射が生じている、あるいは生じることになる。
一方で、全体的な負担が少し軽減されるのは良いことですが、その一方で、 その水流の中にいる人は、やはり少しばかり負担が大きくなってしまうという点ではあまり良くありません。
はい、以上です。ありがとうございました。
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