【おうちで科学】光をねじって色を作る？セロテープが魔法の絵具に変わる！光の魔法「偏光板万華鏡」を作ろう！

サイエンストレーナーの桑子研です。毎日が実験。

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私たちの身の回りには、太陽や蛍光灯から届く「光」が溢れています。でも、その透明な光の中に、実は目に見えない「秘密の色」が隠されていることをご存知でしょうか？

普段は何気なく通り過ぎてしまう光の世界には、私たちの想像を超える鮮やかな虹色が眠っています。今回は、そんな光の正体を暴き、魔法のような美しさを手元で再現できる科学実験をご紹介します。

先日、国立科学博物館で偏光板（へんこうばん）を使った展示を見てきました。壁に映った真っ白な液晶画面を、一枚の偏光板を通してのぞくだけで、そこには無数の色彩が浮かび上がります。まずは、その不思議な光景を動画でご覧ください。

この魔法のような現象の正体は、光の「偏光（へんこう）」と、セロテープなどが持つ「複屈折（ふくくっせつ）」という性質によるものです。今回はこの仕組みを利用して、世界に一つだけの美しさを生み出す「偏光板万華鏡」を一緒に作ってみましょう。

完成動画を御覧ください。

それでは、お家で作れる科学のレシピを説明いたします。

科学のレシピ：光を解剖する道具たち

用意するもの

偏光板、筒、鏡（ミラーシート）、糸鋸（またはカッター）、梱包材、ハサミ、セロテープ、マジック、紙コップ、カッター

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作り方：光の万華鏡を組み立てよう

① 筒を使いやすい長さに切ります（15cm程度がおすすめです）。また、万華鏡の内側になるミラーシートを、筒の太さに合わせて3枚切り出します。ミラーシートはハサミで簡単に切ることができます。

② ミラーシートの表面に貼ってある保護フィルムを丁寧にはがし、3枚をセロテープで貼り合わせて正三角形の鏡の柱を作ります。

③ 作った鏡の柱を筒の中に差し込みます。

鏡が動かないように、あいた隙間に梱包材を詰めてしっかりと固定しましょう。

④ 筒の端に合わせ、偏光板をマジックで縁取りして切り抜きます。偏光板の保護シートをはがしてから、セロテープで筒の片側に貼り付けます。ここがのぞき窓になります。

⑤ 次に、紙コップの底をカッターで切り抜きます。そこに④と同じように切り抜いた偏光板を取り付けます。さらにその偏光板の上に、セロテープをランダムにペタペタと重ねて貼り付けます。

セロテープは、まずは少なめに貼っておき、後でのぞきながら調整するのがコツです。

⑥ 筒と紙コップを組み合わせれば、偏光板万華鏡の完成です！さっそく光の方に向けてのぞいてみましょう。

結果：光が奏でる色彩の世界

どのような景色が見えるのか、動画でその美しさを確かめてみてください。

まずは蛍光灯に向けて、トイレットペーパーの芯の部分をゆっくり回しながら覗いてみましょう。

模様がころころと変化していきます。

中にビーズなどが入っていないのに、こんなに複雑な色と形が生まれるなんて、本当に不思議ですよね。もっときれいに見るのなら、色の元の部分（トイレットペーパーの芯）の下からLEDライトやスマホのライトをあてて見てみましょう。

なぜ、透明なセロテープに色が付くのでしょうか？実は、セロテープのようなプラスチックの膜は、光の波の進み方を変えてしまう「複屈折」という性質を持っています。2枚の偏光板の間でこの現象が起きると、特定の色の光だけが強調されて私たちの目に届くのです。

セロテープの貼り方や重なる枚数によって、色のパターンは無限に変化します。のぞきながらセロテープを足したり、角度を変えたりして、自分だけのお気に入りの色を探してみてください。

ちなみに、こちらは科学技術館にある偏光板の展示です。偏光の仕組みを大型の装置で体験できる、非常に興味深い展示ですので、ぜひ参考にしてみてくださいね。

みなさんは偏光板を知っていますか？

この万華鏡の秘密は、「偏光板（へんこうばん）」という不思議な黒いフィルムにあります。高校の授業では、「光は“横波”だ」ということを確かめる実験で登場する、おなじみの透明な板ですね。

光は、実は「波」として進んでいます。例えるなら、上下、左右、斜め…あらゆる方向に振動しながらまっすぐ進む「騒がしい波」です。偏光板は、そんな光に「並んでもらう」ための、目に見えない“すだれ”のようなものです。

「タテ方向のすだれ」を光が通ると、タテ方向に振動する光だけが通り抜けられます。その直後に「ヨコ方向のすだれ」を置いたら、どうなるでしょう？タテ方向の光はヨコのすだれを通れず、結果として光が遮られて真っ暗になります。

偏光板には向きがあって、２枚の偏光板を重ねて回転させると、光を通したり（すだれの向きが揃う）、遮ったり（すだれの向きが直角になる）することができる不思議な板なのです。

この性質は、私たちの生活にも役立っています。光は水面などで反射をすると、振動の方向が揃うことがあります。ギラギラした反射光ですね。カメラのレンズに偏光板（PLフィルター）をつけると、この反射光だけをカットして、水の中がよく見えるようになるんです。

なぜセロテープが「虹色」を生むのか？

「偏光板が光を通したり消したりするのはわかった。でも、なぜ色が付くの？」

ここで登場するのが、第二の秘密兵器、「セロハンテープ」です。実はセロハンテープには、「通っていく光の振動方向を『ねじる』」という、すごい性質が隠されています。さらに面白いことに、ねじる角度は光の「色」によって微妙に違うのです。

この万華鏡は、セロテープを貼った偏光板と、もう一枚の偏光板を重ねています。 「すだれ」を通って並んだ光がセロテープを通ると、赤色はAの角度に、青色はBの角度に…と、色がバラバラの方向にねじられます。

その光が、出口にあるもう一つの「すだれ」にたどり着いたとき、ある色は通り抜け、ある色は遮られます。結果として、特定の色が強められたり、消されたりして、私たちの目には美しい「虹色」として届くのです！

セロテープの貼り方や重ねる枚数を変えるだけで模様が無限に変わるのは、この「光のねじれ方」が変わるからなんですね。

そんな不思議な偏光板をつかって万華鏡をつくってみました。有名なものですが、トイレットペーパーの芯と、ラップの芯を合わせて作ったエコで、きれいな万華鏡です。

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