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「ガラスは実はゆっくり流れる液体」説、教会の古い窓で検証したら?

「ガラスは実はゆっくり流れる液体」説、教会の古い窓で検証したら?

読む前に予想してみよう!

ヨーロッパの古い教会の窓ガラスが下ほど厚いのは、ガラスが長い年月で流れ落ちたからだ

研究カード(どんな研究?)
対象
中世の教会ガラスと同じ組成のガラス
規模
粘度の推定と測定
研究の種類
理論計算+実験
確かさ
★★★★☆
3秒でわかる

「古い教会の窓ガラスは下が厚い=流れた証拠」は誤解。室温のガラスが目に見えて流れるには宇宙の年齢をはるかに超える時間が必要。

ひとことで言うとガラスは液体じゃない。ちょっと変わった「固体」だよ!

もくじ
  1. 「下が厚い窓ガラス」は本当にある
  2. 流れるのに必要な時間は「宇宙の年齢」超え
  3. では、なぜ下が厚かったの?
  4. じゃあガラスって固体?液体?
  5. まとめ

「ガラスって実は液体なんだよ。何百年もかけて、ゆっくり下に流れてるんだ」

こんな話を、理科の時間や雑学の本で聞いたことはありませんか? 証拠としてよく挙げられるのが、ヨーロッパの古い教会の窓ガラスは下のほうが厚いという話です。

いかにもありそうなこの説。でも、科学者がきちんと計算してみたら、答えは「ほぼありえない」でした。

01「下が厚い窓ガラス」は本当にある

まず、話のタネになっている現象そのものは本当です。中世ヨーロッパの教会などに残る古い窓ガラスには、たしかに上が薄く、下が厚くなっているものがあります。

これを見た人が「重力で少しずつ下に流れたんだ!」と考えたのが、この説の始まりだといわれています。説明としては、とてもわかりやすいですよね。

でも、もし本当に流れたのなら、おかしな点がいくつも出てきます。

  • 厚い側が上や横になっている古い窓ガラスも見つかっている
  • 中世の窓ガラスよりずっと古い、古代ローマやエジプトのガラス製品が形を保ったまま残っている
  • 古い望遠鏡のレンズも、何百年たっても使えるほどの精度を保っている

02流れるのに必要な時間は「宇宙の年齢」超え

その後、アメリカの研究チーム(ガルビテンら)は2017年、ロンドンのウェストミンスター寺院のステンドグラスに近い組成のガラスで改めて計算しました。中世のガラスは今の窓ガラスより流れやすい組成なのですが、それでも室温で流れる量は10億年かけて最大およそ1ナノメートル(髪の毛の太さの10万分の1ほど)。目で見える変形には、まったく届きません。

「ねばりけ」とは、物の流れにくさのこと。水はサラサラ、はちみつはトロトロ、と表現しますね。

室温のガラスのねばりけは、はちみつどころではありません。たとえるなら、何百年待っても、目で見てわかる変形はまったく起きないくらい。中世の窓が流れて厚くなるなんて、とても間に合わないのです。

03では、なぜ下が厚かったの?

答えは昔の作り方にあります。

昔の板ガラスは、吹いて作った筒を切り開いて平らにする「円筒法」や、中世の終わりごろから広まった「クラウン法」などで作られていました。クラウン法は、溶けたガラスの玉を棒の先につけてぐるぐる回し、遠心力で平たい円盤に広げるやり方です。ピザ職人が生地を回して広げる姿をイメージしてください。

どちらの方法でも、どうしても厚さにムラができます。職人がその板を切り分けて窓にはめるとき、安定させるために厚い側を下にすることが多かった、と考えられています。

回して広げる昔の製法では、どうしても厚さにムラができた
回して広げる昔の製法では、どうしても厚さにムラができた

04じゃあガラスって固体?液体?

ここからが、じつは科学的にいちばん面白いところです。

ふつうの固体(氷や鉄など)は、原子がきれいに整列しています。一方、ガラスの原子は液体のようにバラバラな並びのまま、動きだけがピタッと止まった状態です。これを「アモルファス(非晶質)固体」と呼びます。

たとえるなら、ふつうの固体は「整列した運動会の入場行進」、ガラスは「人ごみが、その瞬間で一時停止した写真」のようなもの。並び方は液体っぽいけれど、動けないので性質としては固体です。

ただし、液体がどうやって「ガラス」に変わるのか(ガラス転移)という問題は、いまも物理学の大きな研究テーマです。ノーベル物理学賞を受けたフィリップ・アンダーソンも1995年に Science 誌で、ガラスとガラス転移の理論は固体物理の最も深い未解決問題かもしれないと述べています。「ガラスは液体」説は誤りでも、ガラスがふしぎな物質であることは間違いないのです。

05まとめ

  • 「古い窓ガラスは流れて下が厚くなった」はウソ
  • 室温のガラスが目に見えて流れるには、宇宙の年齢を超える時間が必要
  • 下が厚いのは、昔の製法のムラと、はめ方のクセが原因
  • ガラスは「液体みたいな並びのまま固まった固体」

身近なコップや窓ガラスも、じつは物理学者を悩ませ続けている謎の物質。次にガラスを手に取ったら、「止まった人ごみ」を思い出してみてください。

この研究を英語で読もう原田英語の English CornerA popular story says that glass is actually a liquid that flows very slowly. 音声 4択クイズ9問A2・B1・B2タップして開く

原田英語の English Corner

この研究を英語で読もう

A popular story says that glass is actually a liquid that flows very slowly. As proof, people point to old church windows in Europe that are thicker at the bottom. However, some old windows are thicker at the top or side, and ancient Roman and Egyptian glass objects have kept their shape.

In 1998, Brazilian scientist Edgar Zanotto calculated how long medieval glass would take to change shape visibly at room temperature, and the answer was far longer than the age of the universe. The real reason is how glass was made: old methods produced uneven sheets, and workers often placed the thicker edge at the bottom. Glass is an unusual solid whose atoms are not neatly arranged.

118 words ・ CEFR B1

和訳を見る

ガラスは実はとてもゆっくり流れる液体だ、というよく知られた話があります。その証拠として、人々は下のほうが厚いヨーロッパの古い教会の窓を挙げます。しかし、上や横のほうが厚い古い窓もありますし、古代ローマやエジプトのガラス製品は形を保っています。1998年、ブラジルの科学者エドガー・ザノットは、中世のガラスが室温で目に見えて形を変えるのにどれくらいかかるかを計算し、その答えは宇宙の年齢よりはるかに長いものでした。

本当の理由はガラスの作り方にあります。昔の方法では厚さにムラのある板ができ、職人は厚いほうの端を下にしてはめることが多かったのです。ガラスは、原子がきれいに並んでいない、変わった固体なのです。

4択リーディングクイズ

Q1. What is the main point of the passage?

Q2. What did Zanotto's calculation show?

Q3. Why does the writer mention glass objects from ancient Rome and Egypt?

重要単語

  • viscosityC1
    名詞粘度(ねばりけ)Honey has a higher viscosity than water. 形容詞 viscous(ねばねばした)。high / low viscosity で程度を表す。
  • amorphousC1
    形容詞非晶質の、結晶でないGlass is an amorphous solid. a-(ない)+morph(形)。「形のはっきりしない」という一般的な意味でも使う。
  • glass transitionC1
    名詞(句)ガラス転移The glass transition is still a puzzle for physicists. transition は「移り変わり」。the transition from A to B「AからBへの移行」は頻出の形。
  • urban legendB2
    名詞(句)都市伝説The flowing-glass story is an urban legend. urban(都市の)+legend(伝説)。myth も「根拠のない俗説」の意味で近い。
  • manufactureB2
    動詞製造するOld windows were manufactured by hand. manu(手)+facture(作る)。もとは「手で作る」の意味。manual(手の)と同語源。
  • deformationC1
    名詞変形Visible deformation of glass would take far longer than the age of the universe. de-(離れて)+form(形)。動詞 deform(変形させる)。

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「ガラスは液体で、何百年もかけて下に流れてる」って聞いたことある? 計算したら、流れるのに宇宙の年齢よりずっと長い時間がかかるらしい。

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出典・参考文献(4件)タップで表示
  1. Zanotto (1998) Do cathedral glasses flow?, American Journal of Physicsdoi.org
  2. Zanotto & Gupta (1999) Do cathedral glasses flow?—Additional remarks, American Journal of Physicsdoi.org
  3. Gulbiten et al. (2017) Viscous flow of medieval cathedral glass, Journal of the American Ceramic Societydoi.org
  4. Anderson (1995) Through the Glass Lightly, Sciencedoi.org