七色の輝きの秘密を暴け！CDで体験する「光の干渉」の魔法

サイエンストレーナーの桑子研です。毎日が実験。

みなさんは、CDの裏側がキラキラと虹色に輝く様子を見て「綺麗だな」と思ったことはありませんか？宝石箱をひっくり返したようなあの色彩、実はただ「綺麗」で終わらせるにはもったいない、物理学の驚きが詰まった「招待状」なんです。

今回は、身近なCDを使って、光が織りなす神秘的な干渉の世界を一緒に覗いてみましょう！

まず知っておいてほしいのは、CDが七色に光るのは表面に色が塗ってあるからではないということです。この虹色は、太陽や蛍光灯のような「さまざまな色が混ざった光」の下でだけ現れます。もし単色のライトの下で見れば、この虹色は消えてしまいます。これは光の干渉という、光が「波」としての性質を持っているからこそ起こる、ダイナミックな現象なのです。

1993年の物理入試にも登場！日常に潜む「知的な問い」

実は、このCDの輝きをテーマにした問題が、1993年の大学入試センター試験（物理）に出題されたことがあります。科学の世界では、日常の何気ない美しさが、そのまま知的な問いになるんですね。

出題されたのは、CDを真上から見たときを0°として、そこから目線を少しずつ下げていった際、どのように色が変わって見えるかという内容でした。

さて、一体何色から見えてくるのでしょうか？教科書をめくって数式を解くのも良いですが、理科の醍醐味はなんといっても「自分の目で確かめること」です。お家でも簡単にできる、再現実験のポイントをご紹介します。

科学のレシピ：虹の順番をあぶり出す

① CDを机の上に置きます。このとき、厚紙などでCDの中央以外を隠すと、余計な反射に惑わされず、観察に集中できるのでおすすめです。試験の状況を正確に再現する上でも、これが大事なポイントになります。

② 光源を1つに絞ります。部屋の照明を消し、CDの真上にあるライトだけを点灯させるようにしてください。

③ 真上から覗き込み、そこからゆっくりと腰を下ろして、目線を斜めへと下げていきます。

iPadで撮影した動画がありますので、ぜひこちらの色の変化に注目してください。

実験結果：なぜ「紫」から見えてくるのか？

いかがでしたでしょうか。目線を下げていくと、驚くほど鮮やかに色が変わっていきましたね。

① まず、紫色から見えてきて、

② 次に、青、水色、

③ 最後に、黄色、赤、

という順番で色が浮き上がってきました。これが物理でいうところのm＝1（1次の干渉縞）です。波長の短い紫から、波長の長い赤へと順番に現れるこのドラマは、光の波が強め合う条件が角度によって変わることを示しています。さらに目線を下げ続けると、一度光が消える部分があり、その後に再びm＝2（2次の干渉縞）が現れます。

iPadのカメラを「目線」として使うと、プロジェクターで共有できるので、授業での実験にも非常に便利ですよ。

さらに深掘り！CDを割って正体を暴いてみよう

そもそも、なぜCDはこのような干渉を起こすのでしょうか？その秘密は表面に刻まれた、髪の毛よりもずっと細かな溝にあります。CDにはデータを記録するために規則正しい溝がびっしりと並んでおり、これが回折格子という装置と同じ役割を果たしているのです。

もっと直接的に観察したい場合は、使わなくなったCDを（怪我に気をつけて！）割り、表面の薄い膜を剥ぎ取ってみましょう。

この透明な膜にレーザーポインターの光を当ててみると……。

壁に規則正しく並んだ光の点、つまり干渉縞がはっきりと映し出されます。身近なCDが、実は精密な光学装置だったなんてワクワクしませんか？ぜひ皆さんも、自分の目と体でこの虹色のドラマを確かめてみてくださいね。

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