い雲を突き抜けると、素晴らしく晴れわたった青空があります。紺碧の空2ミツバチの目は偏光フィルター?「偏光板であそぼう」の本には興味深いことがたくさんのっている。太陽光線はさまざまな方向や角度、直進だけではない光線であることはこの「偏光板であそぼう」で説明されている。すれば、「水で反射した光はどんな光だろう?」。偏光フィルターを通した光のように振動の向きがそろったもの(いいかえれば偏光しているのか)かそうでないのか。ビルのガラスや屋根の瓦で反射した光は「偏光している」のだろうか。そんな問がこの本にのっている。答えは書かないでおこう。偏光フィルターはネットでも販売しているし、大阪市科学館のショップや東急ハンズでも売っているので、実際に自分の目で確かめるのが一番いいと思う。池の水面を偏光フィルターを通してみてみよう。偏光フィルターの縦と横を動かしてみると、見え方が違うのがわかる。上のほうが明るく、下は少し暗く見える。水面を反射するキラキラ感が違っているのがわかると思う。すると偏光フィルターの効果がわかりやすいだろう。偏光フィルターの向きが影響していることがわかる。写真の偏光フィルターにマジックで矢印を書き入れてあるが、これがフィルターの向きを表している。「偏光板であそぼう」には次のような説明がある。★水面やガラスなど、水平な面を偏光板を通して斜めから見てみます。次に偏光板を回転してみましょう。すると、表面の明るさが変化し、反射光が消える時があります。そのとき、水平方向に振動する光が偏光板で吸収されています。その時の偏光板の水平方向が吸収方向だとわかります。・・・(略)・・・・こうして写真見ると、水面に平行な向きがわかる。表してある向きが偏光板の吸収方向になっていることになる。ミツバチはどんな青空を見ているのだろう?ミツバチの目についての研究が、この「偏光板であそぼう」に紹介されている。「ミツバチの目は青空の偏光を感じることができる」ことを発見したのは、オーストリア生まれのカール・フォン・フリッシュ(1886〜1982)で、1949年のことだった。1978年にノーベル医学・生理学賞を受賞している人だ。詳しい研究の様子はこの本に任せるとして、ミツバチの目を体験してみよう。偏光板を図のように切って、セロテープを貼り付けるだけなので簡単にできる。ここで大事なのが「吸収方向」。これを間違えて偏光板を切り抜き、貼り付けつると全く正反対の結果になる。写真の上のほうが正しい向き。青空の明るい方向が明るく見える。ミツバチは、太陽がある明るい青空がわかるのだ。青空さえあれば、太陽がある方向の明るさが区別できるので、「遠くはなれていても方向がわかる」と言われているのはこうした目だからだ。絶えず太陽のある方向を感じながら、ミツバチは飛んでいるといえる。解剖学的にもミツバチの目は偏光を感じるような構造になっているそうだ。ミツバチだけではなく、大部分の昆虫や節足動物はこのような「偏光を感じる目」を持っているという。したら「人間の目よりミツバチの目のほうが進化しているのか?」という疑問がわいてくる。人間も偏光を感じる目を持っていたら、どんなふうに世界は見えるのだろう。「偏光板であそぼう」の作者、板倉聖宣さんと田中良明さんはこう書いている。★目が偏光を感じるということは、「目に入る光のうち半分しかとりいれていない」ということでもある。私たちの目は目に入る光全部を感じるので、ものの形や色をはっきりと見分けるには、この方が能率がいいのである。そのかわり私たちの目は偏光を区別できないというわけである。春の青空をバックにした桜の花の美しさをミツバチは感じることはできない。私のブログで紹介している風見鶏さんは、偏光フィルターを活用しているそうだ。それで風見鶏さんの写真の青空は映えているのかもしれない。青空の美しさを感じる人間の目に感謝しよう。前回は左にある本「偏光板であそぼう」をもとにして、「偏光とは?」ということを少し理論的に勉強した(つもり)。今回はこの本を参考にして工作にチャレンジ。偏光板にセロテーブをはってみる。縦・横・斜め、四方八方どんな角度でもいいから貼りまくる。横断的にはらなくてもいい、適当な長さで、短く切って貼ってもいい。そのほうが面白みがあっていいと思う。これがどうなるのかというと・・・。左上の写真が偏光板にセロテープをバチバチにはったもの。それにもう一枚の何も貼っていない偏光板を重ねると、右上の写真のように色が出てくる。偏光板を動かしたり、セロテープを更に貼るとまた変化が出る。セロテープが引っ張られて伸び縮みしたところが、偏光板のように光の通り方に変化を与えるため、人間の目には色が変わったように見えることからこういう現象になるそうだ。OPPテープでないとだめ、という本もあったが、家にあるセロテープで写真のような見事な結果が出た。紙コップ2つ用意をし、一つには偏光板にセロテープをはったもの、もう一つは偏光板だけのものを作る。2つのコップを重ねると、上の写真のように(写真はまだ二つ目のコップに偏光板を貼ってはいない段階だが)鮮やかな色が浮かび上がってくる。コップに貼って動かすと、万華鏡の出来上がりだ。この原理を活かした巨大なものが大阪市科学館にある。色鮮やかなモザイクのような模様が見える。これは「偏光ステンドグラス」と名付けられているもの。そこには次のような解説板があった。小型の偏光板が置いてあり、それを動かして角度を変えていくと色が変わっていくことがわかる。偏光板の実験の大型版だ。小さな手持ちできる偏光板を持ってここ、科学館に来ればおもしろいだろうなと思う。科学館1階のショップに私が持っているような大きさの偏光板が売っていた。次回は科学館で偏光板の実験をしてみようかな。)が一番良さそうだった。この本は仮説実験授業の形式を使いながら、読者に偏光板についての知識と理解を深めていくことができる本だ。(仮説実験授業については、「仮設社」がホームページを開いており、その説明がある)さて、偏光板を2枚重ねて1枚をまわしていくと表面が真っ黒になってくることはよく知られている。3枚ではどうなるのだろう。このような問題を考える。選択肢は予想ア、真っ黒く見える。イ、少しは光が見えるようになる。予想をもって考えていくことがポイント。みなさんの予想は?斜めに重ねると、少し黒くなる。斜めにおいた偏光板の色は2枚のときと変わらず、3枚目においた四角形の、斜めの偏光板以外は真っ黒になった。これはどう説明すればいいのだろうか?本文では次のように説明されている。「まず図のように偏光板Iに入った光を考えると、垂直方向の偏光(OY)だけが通過します。その光が、それと45度の角度の偏光板IIIに入ると、こんどは偏光の一部(OYのうちのOP分だけ)の偏光が通過します。その偏光が偏光板IIに入ることになります。ところが、その偏光は偏光板IIと45度しか傾いていないのですから、この偏光の一部も偏光板IIを通過できることになります。最初の偏光板Iを出た偏光は、すぐに偏光板IIに入ると出て来られなくなるはずなのに、二枚目の斜めになった偏光板IIIがあるため、その偏光の一部が向きを変えて出てくるので、3枚目の偏光板IIも通過できるようになった、というわけです。偏光ってどんなこと?なんとなく使っている偏光板。その偏光板の偏光とはどういうことなのだろう。本の解説を私流にまとめてみる。光のような電磁波は、「進行方向に直角に振動する波」(直角波)と説明されている。太陽からの光の振動方向はいろいろな方向に振動する。上下、斜め、ぐるぐる回りながらやってくる電磁波もある。図のようにあらゆる方向に振動しながらやってくる。「進行方向に直角」だけでなく、ある特定の方向だけ振動している電磁波もある。このように「偏った方向だけに振動する波」のことを「偏波(へんぱ)」といい、光の場合は「偏った方向だけに振動する光」ということ、「偏光」という。回りながらやってくる光もあり、あらゆる方向に振動している光から、ある特定の方向に振動する光を抜き出すのが、偏光板というようだ。二枚の偏光板を重ねた時に、黒くなる現象を次のように説明している。「図のように<垂直に振動する光>と<水平に振動する光>が混じった光が二枚の直行した偏光板を通るとします。一枚目の偏光板が(図のように)<水平振動の光だけを吸収する向き>に置いてあると、そこを通過できるのは<垂直振動の光>だけです。つぎにその光が、縦向きに置いた偏光板に入るようにすると、その光の全部が通過できなくなってしまいます。このように、二枚の偏光板を直角に置くと、一枚目の偏光板を通り抜けた光は、二枚目の偏光板を通過できなくなるわけです。そこでどんな光もほとんど通さなくなるので、真っ黒に見えるようになるのです。」そうか、光は吸収されることによって見えなくなってしまうのだな。すべての光が吸収されてしまうと、人間には真っ黒に見えるわけなのか。説得力のある説明だと思う。この説明は?、と思う人もいると思う。これまでの説明の多くは次のようなものだった。この絵を見ていると、格子の向きに沿って光の波がすり抜けていくようにみえる。光の振動方向と直角の格子は、光を通さない。それがこれまでの説明だった。ところがこの「偏光板であそぼう」ではそういった説明ではない。「格子と同じ向きの光の成分を吸収し、それと直角の成分だけを通す」と説明している。これまでと逆の説明になっている。実験的にはこの説明が正しいそうだ。この実験結果が出る前に、上の囲みのような説明が流布していたため、それが現在も広く行き渡ってしまっていることになった。それは「電流はマイナス電荷の電子がプラスに向かって動いているのだが、説明としてはプラスからマイナスに電流は流れる」と教科書にものっているのと同じだ、とこの本で解説されている。この「偏光板で遊ぼう」は偏光についての最新の知識を紹介しているわけだ。今回は理論編のようになってしまった。次回はまた工作をしてみようと思う。私の友人が経営する家具製作所。現在ホームページ工事中です。