I Want to Learn How to Think Beyond Academic Disciplines
Vol.13 2017.01.11
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【学術フロンティア講義「色」第13回】
1月11日の学術フロンティア講義最終回では、鳥井寿夫先生に講義をしていただきました。前回の内容をさらに詳しく掘り下げた講義はとても刺激的でした。以下、TAの朱芸綺さんによる報告です。
空の青は正色か？（続編）
2016年度学術フロンティア講義の最終回は再び鳥井寿夫先生を迎え、光と色についての補足講義をしていただきました。前二回に比べれば、「空の青は正色か？」の続編はより専門的な知識、本質的な原理を取り扱う講義となり、理系の受講生には勿論、文系の受講生にも良い刺激を与えたのではないかと思います。
前二回の授業で行ったＣＤの反射する面に光をあてて虹を発生させる実験や白熱電球と蛍光灯とLEDを見分ける実験などで観察できた現象を物理的原理と数式で説明してくださった。
CDに虹ができたのは分光シート、すなわち回折格子レプリカの原理と同じである。光は波の性質を持っている。波の山から山、または谷から谷までの長さが波長である。光はその色により波長が違う。スペクトルの色は波長の長さの順に並んでいる。回折格子レプリカには、目に見えないほど細い溝がきざまれていると同じようにCDにもへこみの列がきざまれている。この溝に差し込んだ光は反射して、そこから出る。光の波はそのせまい隙間を出ると、水の波がせまい隙間を通るとまわりこんでひろがるように広がっていく。これを波の回折という。回折した光は、溝ではないところで反射した光と交わり、そのとき交わった波のような光の山と山、谷と谷が重なりあえばその光は強められ、山と谷が重なり合えば弱められる。このような現象を波の干渉という。波長によって強めあう位置がちがうので、色が分かれるのである。前二回に紹介されたヤングの干渉実験における２つのスリットを多数のスリットに置き換え、間隔dをとても小さくしたものといえる。間隔dと波長λの関係は、dsinθ¬＝mλという数式で表現できる。
また、分光器で白熱電球、蛍光灯とLEDのスペクトルをチェックし、比較することで、人間の目には同じよう見える光が、実際のところ、原理も違うし、スペクトルも大きく違うということが確認できた。
さらに、電子製品に囲まれる日常では、「ブルーライト」という言葉をよく耳にする。「可視光線の中で、もっとも波長が短く、強いエネルギーを持っている」と言われるブルーライトであるが、なぜ波長が短いとエネルギーが強いのであろう？
それはアインシュタインが考え出した公式で説明できる。光子一つが持つエネルギーはE=hν=hc/λという公式で表現できる。そのなかhはプランク定数であり、νは周波数である。cは真空中の光速であり、λは真空中の電磁波の波長である。分母のλが小さければ小さいほど、分数のEの数値が大きくなる。そこで、先生は「箔検電器」という実験装置を使って、皆さんが高校でも習った「光電効果」を再現し、「金属の表面に紫外線を当てると、箔検電器の箔が閉じる（負の電気が逃げる）」現象を見せてくれた。数式だけではなく、実験を通して「波長が短い程、エネルギーが大きくなる」ことを確かめた。ちなみに、波長が長い可視光線（紫から赤まで）では日焼けしないが、波長が短い紫外線を浴びると日焼けするのもそのためである。
最後に、三回の講義にかけて「空はなぜ青いのか」という問いかけに戻る。浴槽に溜まる水が青く見えるのは赤が多く吸収され、その補色の青が見えて来るからである。では、空の場合でも同じ原理が働いているかというと、実は違う。青が多く吸収されるのに、青く見えるのは散乱という現象が起きているからである。ただ、前の講義で配ったグルースディックの片端に白い光をかけて観察する結果を思い出してください。青色が散乱し、赤みの付いたアレンジしか見えなかった。つまり、空が青いというのは太陽から来る白い光の中、青い光が空気で散乱され、我々の目に飛び込んだからである。空気がなければ、空は青く見えない。
詳しい内容は、本学「教養学部報」第546号に掲載されている鳥井寿夫先生の文章「ポケットに偏光板を」をご参照ください。外部公開記事であるため、下記のサイトでも閲覧できる。
http://www.c.u-tokyo.ac.jp/…/b…/bulletin/546/open/B-5-1.html
原理や数式などをただ記憶するのは簡単ですが、覚えた記憶を知識として、正しく理解しているか、当たり前のように起きている日常的な現象を論理的にかつ分かりやすく説明できるのでしょうか。13回に渡って「色」について、本郷・駒場・柏キャンパスの先生方に最先端の研究や思考をご紹介いただきましたが、受講生の皆さんがもし関心分野の視点から「色」について語るなら、どのような内容になるのでしょうと、期末レポートを楽しみにしています。(朱芸綺)
comments(最新2件 / 34)
- 2017年01月11日 20:34 reply
海の青さは、水が白色光の中から赤色と緑色の光を吸収した残りの青。空の青さは、大気の層をくぐった太陽光のうち青色の光が散乱したものを90度の角度をつけて見たときの青。両者は同じ青でありながら、その存在原理をまったくことにする色である。これだけでも文系の私にとっては高度に科学的な説明なのだが、しかしそれでもなおその本質が十分に説明しきれたとは言い難いようである。今回の講義は文科生にも比較的理解しやすいよう配慮のされたものだったが、理解可能な部分が多くあっただけにかえって知力の及ばない部分が際立ち、改めて、自然の真理を明かさんとする科学者に対する畏怖を感じた次第である。
- 2017年01月11日 22:51 reply
最後の授業にまさか私が一番気に入っていた先生がいらっしゃるとは思いもよりませんでした。前回の授業で理解しきれなかった部分も丁寧に解説してくださったので非常にありがたかったです。また、考えるカラスという非常に興味深い番組も紹介していただきました。本当にありがとうございました。
- 2017年01月12日 10:59 reply
前回の実験では正直なところ、LEDの分光など大教室だったためいまいちわからないこともあったが解説をしていただいて理解できたように思う。サーモグラフィーの仕組みなど意外に知らないことも多かった。
- 2017年01月12日 21:44 reply
僕は高校の頃物理選択で、回折格子などの問題も簡単に解けました。しかし、実はその原理などはあまり理解していなかったので今回の講義でそれを聞けたのは良かったです。また、偏光板などの、聞いたことはあるものの、実際には見たことがないものを見られたのも良かったです。
- 2017年01月12日 22:32 reply
今回の授業もまた実際に、豊富な実験を通した解説が行われ、空と水の青の違いについてまで学ぶことができた。単に事実を知ることだけでなく、実験を通して目で見てその事実を確認するという行為は、単に文系にとってもより分かりやすく事実の説明が出来ると言うだけではなく、学問的に大きな意味があると感じた。(事実を、それが事実だと言う理由だけで安易に信じるべきではないのだと言う事を再確認した)
- 2017年01月12日 22:36 reply
今回は、以前の授業では詳しく説明されなかった、空の色や海の色についての内容を中心とした講義だった。どうしてそれらが青いのか、というのは誰もが一度は感じたことのある素朴な疑問だと思う。しかし、いざ説明を聞くと、直観的に理解出来るものではなく、思ったより複雑なメカニズムで驚いた。また、箔検電器を用いた静電誘導の実験は、高校のときの物理の授業でも行ったことがあったのだが、紫外線を近づけると結果に変化が生じる、というのは今回の講義で初めて知ることができ、知識が深まった。
- 2017年01月13日 13:00 reply
海の青と空の青との違いを理解することができてうれしかった。物理の分野にもかかわらず、文系の私でも簡単に理解することができて感激した。考えるカラスの映像も面白かったです。
- 2017年01月13日 20:49 reply
まさか3回目の鳥井先生の授業を聞く機会を得ることができるとは思ってませんでした。今回の講義では、テーマとなっている空の色の追加理由に関しての説明にも興味が惹かれたのですが、白熱電球、LED、蛍光灯のスペクトル比較の話を聞けたことや、今まで教科書でしか見たことのなかった偏光板を直に手に触れる機会を得ることができたという点で参加してよかったと思いました、
- 2017年01月15日 05:06 reply
今まで勝手に偏光板は垂直にして光をシャットアウトするためだけのものという認識があったのですが、セロファンを使うだけでも色が作れることに感動しました。さらに、角度によっては片方の偏光板の角度をセロファンに対して固定するともう一方の偏光板をいかようの角度にしても光が完全にシャットアウトされることはないことに気づいて感動してます。
- 2017年01月15日 17:20 reply
海の青は赤と緑の吸収による残りで、空の青は散乱によるものだというように、同じ色でも見える原理が違うものがあることに驚いた。色というものの存在を当たり前のように受け入れてきたが、それが分子構造や分子の振る舞いの結果にあると考えると深い現象である。何気なく過ごしていると無視してしまうような出来事も理由を考えてみると面白いのでもっと探究心を持って生活を送ってみようと思った。
- 2017年01月15日 17:26 reply
白検電器を用いて光電効果の実験ができると初めて知って、分かりやすいうえに面白く、興味深かったです。お風呂の水は、水を入れたら色が出るように風呂桶に工夫がしてあるのだと思っていましたが、本当に水が青いとは知りませんでした。また、青く見えることについて、青い色がついついるのではなく、赤色を吸収しているから残りのシアンが目に届く、という原理を理解した上で世界を見ると、違った見え方になるなと思いました。
- 2017年01月16日 11:23 reply
講義最終回、内容的には難しかったですが、学生も参加する形での実験を含んだ内容で、理屈は理解することができました。講義全体を通してみると文系理系どちらにとってもバランスよく、全くわからない授業、というのは無かった幅広く楽しい講義だったと思います。
- 2017年01月16日 16:18 reply
私は空が青いことと同じくらい海が青いことも不思議に思っていました。空の青さは散乱によるもので、見える角度によって違うなど少々複雑な原理でありましたが、海の青は赤が吸収されるが故の補色のシアンだということは私が思っていたよりもずっと単純な話で驚きました。しかしそれと同時に思ってもみなかった理由であったので、科学の斬新さを改めて感じました。文系の私には少し難しいシリーズではありましたが、たくさん実験があったり多様な視点を提供してくれたりと楽しい授業でした。最後にいただいた偏光板は重ね方によって色が変わるのを自分の手元で見たとき驚きとともにとてもわくわくした気持ちなりました。理科の授業のいろんな実験に心躍らせていた小学生の頃を思い出しました。理科の純粋な楽しさを改めて感じれてよかったです。
- 2017年01月16日 19:30 reply
物理を駆使した授業が論理だって進んでいくのでわかりやすく楽しみながら聞けました。海に青と空の青の原理がちがうというのはとても魅力的でした。いつかエベレストの頂上で空を見たいなとおもいました。また、空気のない星から宇宙を見てみたいとおみました。
- 2017年01月17日 19:44 reply
今回の講義は、実験を豊富に用いた講義だった。紫外線を近付けるだけで箔検電器の箔が開く、という実験は見ていてかなり驚いた。また、空が青いのと海が青いのとではメカニズムが違うということも教えていただき、興味深い講義だった。
- 2017年01月18日 00:16 reply
青い光が可視光の中で最も強いエネルギーを持つということが、アインシュタインの式で証明されても直感的には理解できないが、実験で示してくださったので視覚で捉えることができ、驚き感動した。バスタブの水が若干青いかもしれないと思っていたが、本当に青かった。実際に目に見えるとか、経験的に実感していることに関係した色がテーマだったので面白かった。
- 2017年01月18日 10:53 reply
講義の後半はタイトルにもなっている海の青、空の青の本質に迫る内容だったが、考えるカラスのお風呂の水の実験は、子どもの頃から不思議に思っていたことであったので好奇心を持って見れた。水の吸収係数が関わっているという解説は文系の自分でも理解することができた。また、空の青は散乱によるものだと知り、同じ青一つをとっても原理は様々なんだなと思った。
- 2017年01月18日 12:02 reply
空の「青色」について、前回2回の授業では触れなかった部分の話が聞け、空をより論理的に理解ができるようになったように感じました。2枚の偏向板を垂直に重ねると光が通らなくなるということは知っていましたが、間にセロハンを入れたときに、偏向板の向きを変えると模様が変わっていくということは初めて知り、面白くてしばらく自分で回して見て楽しんでいました。
- 2017年01月18日 12:34 reply
海の青色と空の青色は同じでも、その色を生むバックグラウンドは異なるというのはこの講義を受けたからこそ知ることができた。考えるカラスで見た浴槽の実験も答えを教えてくれなかったのは大変もどかしかったが、答えを教えてくれなくても自分で探し求めるという点で大学の研究ってこんな感じなんだろうなと思った。部活柄様々な場所の海を見るのだが、今度からはその地その地の海の色にもっと着目してみたい。
- 2017年01月18日 20:33 reply
前回の宿題だったＣＤの虹模様をほかの人の分も見ることができ興味深かった。最後に配布された偏光板は理論としては知っていたが実際に使って試してみたことはなかったので本当に光を通さなくなることに驚いた
- 2017年01月18日 22:51 reply
今回の講義では、空の色という、身近ながらも不思議な「色」について詳しい説明が聴けて面白かった。なぜ青いかという簡単そうな疑問に答えるために、物理学の最新の知識が必要だということが興味深い。また太陽の光は偏光されているということは、初めて知って驚いた。当たり前に見ているものの中にも、様々な発見が隠れているのだと感じた。
- 2017年01月18日 23:38 reply
空の色や海の色は一度は好奇心でその理由を考えることはあったとは思いますが、その本質に触れることはなく、いつしかその好奇心も薄れてその疑問もそういうものだと理解しようとすることさえ敬遠してきてしまったように思います。この講義は、その本質を理解するのはやはり難しかったのですが、その純粋な疑問を探究しようとする好奇心の存在に、恥ずかしながら、思い出す契機になりました。学問研究の純粋な動機を改めて思い出させて頂きました。
- 2017年01月19日 11:32 reply
以前の授業ではなぜ空が青いのかという疑問が残っていたので、今回の授業で説明を聞くことができてよかった。詳しいメカニズムはまだよくわからないものの、水の青と空の青とでは、吸収によるものか散乱によるものかという大きな違いがあることはわかった。
- 2017年01月21日 12:03 reply
鳥井先生の話題はどれも身近な話題で、実験も多く楽しく話を聞くことができた。たとえば誰もが目にする空と海の青の違いを、文系でもわかるように説明してくださった。偏光板とセロハンを重ねて回転させると色が変化していく体験などを通して、理論と体験両方を通して学べた。
文系ではあるが、箔検電器の実験は高校の時にやっていたので、センター以来使っていなかった文系の物理の知識が蘇るようで、懐かしくもなった。
- 2017年01月21日 19:49 reply
前回の空の青色は正色かの授業に引き続き、実験が多くて興味深い授業でした。水が青色に見えるのと、空が青色に見えるのとを比較して考えたのは、よくそこに目をつけたなと感心しました。確かにどちらも当たり前のように日常的に見ていてかつ青い。でもその理由はまた違うというのが興味をそそられました。理系として実験を通して物事を考える力を養っていきたいと感じました。
- 2017年01月22日 17:38 reply
今回の講義では、空と水がどちらも青いのにその原因が異なるというところが一番面白かったです。水が赤を吸収するためにシアンが残るということや、太陽が真上にある時と傾いている時とで空の色が違う理由がわかり、前回よりも理解が深まりました。三回の先生の講義を通して、科学的な視点からの「色」の捉え方を取り入れることができました。難しい話もありましたが、実験や説明を通して普段は見過ごしてしまうような身の回りの現象を見つめ直す機会をいただけたことは良い経験になりました。今回の偏向板も前回の実験道具と同様、取り出して遊んでいきたいと思います。
- 2017年01月25日 00:20 reply
もう一度講義を聞くことができ、嬉しかったです。
空の色、海の色などがなぜできているのか、そしてそれらが違う原理でできていることの説明は、私自身が理系だからというのはありますが、とてもわかりやすく、親しみがわきました。投稿が遅れてしまいましたが、最後の授業として素晴らしい講義で、この授業をとって本当によかったです。
- 2017年01月26日 00:40 reply
最終回となる今回は、三度の御登場となる鳥井先生に、問題意識が示唆されたものの前二回では最終的に答えられることのなかった「何故CDからの反射光は虹色になるのか」、そして「何故空は青いのか」に関する仔細に入った解説を頂くこととなった。
冒頭にて先生が仰った通り、前回の授業内容は課題を残した儘に終わるように組まれていた。私はそれを受け、ただ空の青さという私たちにとってこれ以上ないほどに日常的な経験にさえ、科学的説明には何時間もかかるものなのだろうと漠然とした印象を抱き、真理の探求の道の遠大さに天を仰ぐ心持ちがしたのだった。しかしこのような補足の機会を頂ければ、やはり嬉しいものだ。解説されることのないままだったならば、私が文系ということもあり、空の青さは複雑な事情から形成されているのだろうという曖昧模糊とした感情を抱き続けた儘残りの人生を歩むことになったのかも知れない。しかし今回の授業のお陰で、私は完全には理解していないにせよ、水と空の青さのメカニズムが違うことを知った。シアンの補色たる赤を吸収する水の蒼然たる様と違い、晴天の青は白のスペクトルの光からランダムに散乱した波長の光の反映なのだと。そしてこのレイニー散乱という概念によって、夕焼けの緋色も昼空の紺碧も統一的に説明がつくということも知った。
この授業を受けて思うに、科学とは現象をできる限り統一的枠組みで説明しようとする営みなのかも知れない。例えば、光を発する物体と発さない物体があるという我々の日常感覚に反して、凡そ温度のあるものは須く光を発すると先生は説かれた。300Kほどの人間の体表でさえ、非常に波長が長く人間には感知できぬような光を発しているのだと。或いは、分光シートもCDも反射光の波長が都合よく共振を起こせば虹を作り出すというお話もあった。共に、直感的には違う枠組みで捉えられがちな二つの現象を統一的に説明できる普遍的な理論の構築への努力の成果なのではないかという印象を抱いたのであった。前回もコメントに書いた通り、時間の限られた中では科学的知識が明確な裏付けなく所与のものとして提示されるのは不可避だ。しかし、それでも生涯持つことのなかったかも知れない疑問を抱き、知識を獲得し、先端の研究の成果と手法の一端を垣間見ることができ、真に光栄の至りであった。
- 2017年01月27日 14:31 reply
理系的な観点から様々な色について講義をいただいた。理系なので話も理解しやすかったですし、実験も取り入れていてとても分かりやすかった。日常的にみる「色」に注目することで、物理をどこまでも深く考えていくことになる、ということはとても興味深い。物事を探求するといろいろなことが分かっていくのだということを実感する。
- 2017年01月31日 11:06 reply
海と空の色は「青」は「青」でもその色を生む背景原因は異なるというのはとても興味深かった。この講義の中で一番自分の知識が反映されていたテーマがこの空の色だったので、またお話を聞けてよかった。
偏光板は家に持ち帰った後も色々と遊ばせていただいてます。ありがとうございました
- 2017年01月31日 16:54 reply
文系の私でもとてもわかりやすく、面白い講義だった。今まで僕は空の青と水の青は同じ原理で青いと思っていたのでとても勉強になった。色の見え方の原理などがとてもわかりやすくて面白い授業だった。
- 2017年01月31日 18:57 reply
他の人の撮ったCDの虹と自分のものを比較することができた。虹ができるということ自体は回折と干渉で容易にわかるのだが、他の人の虹でも観察できた緑と青の間の暗線のようなものや、赤のすぐ外に紫が来ている現象の理由は考えたがよくわからなかった。
水の吸収の話は3原色や補色の話と相まってよく理解することができた。また、空の青色は散乱であり水とは違うというのは意外だった。
理系なので色々な現象自体は知っていたが、具体的にどういうことが起こるのかということはあまり考えたことがなかったので、身近な事例に当てはめて深く知ることのできる良い講義だった。
- 2017年01月31日 22:40 reply
第一回に引き続き興味深いお話を聞くことができた。
前回のコメントでも書いた気がするが、私は物理が苦手なのであまりそういう視点から色のことを考えたことはなかった。（中学、高校で学ぶ一般教養的な知識程度しか持っていなかった）ですが、それでも楽しめて考えられる授業だったし、実体験として捉えることができたのでよかった。
前回はあまり分からずに終わってしまった空や海の色の話についても再び考えることができたのもよかったと思う。
全13回、様々な視点から「色」について考えることができ、一つの物事についても様々な視点を持って考えることができるとわかったことが一番の収穫だったと思う。ありがとうございました。
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私は文系で、一度も物理を学習したことがなかったのですが、同じ空の色が見る位置により違うという事実に人間が気づいたのが最近だ、ということはとても面白いと思いました。偏光板はまるで万華鏡のように様々な色を見せてくれて、子供の頃に帰ったように楽しかったです。