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透明マントは2006年に“完成”していた。ただし見えなくなるのは電子レンジの仲間の電波の中だけ

透明マントは2006年に“完成”していた。ただし見えなくなるのは電子レンジの仲間の電波の中だけ

読む前に予想してみよう!

人を丸ごと目で見えなくする透明マントは、すでに実用化されている

研究カード(どんな研究?)
対象
メタマテリアルによる電磁波クローク
規模
実験室スケール(数cmの物体)
研究の種類
理論研究・実験研究
確かさ
★★★★☆
3秒でわかる

光や電波の進み方を人工構造で操る「メタマテリアル」で、2006年にマイクロ波で物体を隠す実験が成功。ただ人を目で見えなくするマントは、まだ原理的にも難しい。

ひとことで言うと透明マントは本当に作られた。でも“目に見える光”ではまだムリ!

もくじ
  1. 「見える」ってどういうこと?
  2. メタマテリアルが光の道を曲げる
  3. 人間サイズの透明マントが難しい理由
  4. 透明マント研究は、別の形で役立っている
  5. まとめ

ファンタジー映画でおなじみの「透明マント」。かぶるだけで姿が消える、夢のアイテムです。

実はこれ、2006年に科学者が本当に作っています。科学誌 Science に論文まで載りました。

……ただし、ひとつ大きな“オチ”があります。そのマントが隠せたのは、私たちの目に見える光ではなく、電子レンジの仲間の電波(マイクロ波)からだけだったのです。

01「見える」ってどういうこと?

そもそも、物が見えるのはなぜでしょう。光が物に当たって跳ね返ったり、さえぎられたりして、その光が目に届くからです。

だから、もし光が物をよけて回り込み、反対側で何事もなかったように元の道に戻ったら――。その物は、まるでそこに存在しないかのように見えます。

川の流れの中に置かれた石を想像してください。水が石の周りをスムーズに回り込んで、下流では石がなかったかのように流れていたら、下流からは石の存在に気づけません。透明マントは、光にとっての“見えない石”を作るアイデアなのです。

光を物体の周りに回り込ませれば、そこには「何もない」ように見える。
光を物体の周りに回り込ませれば、そこには「何もない」ように見える。

02メタマテリアルが光の道を曲げる

光の進み方を思いどおりに曲げるのは、自然の材料ではとても難しいことです。そこで登場したのがメタマテリアル。

これは、光や電波の波長より小さな人工の構造(小さな金属のリングや棒など)を規則的に並べて作る材料です。構造の形や並べ方を工夫すると、自然界にはない光の曲がり方を作り出せます。

その後、方解石という透明な結晶を使い、限られた条件の可視光で小さな物体を隠す実験なども報告されています。

03人間サイズの透明マントが難しい理由

  • 色の問題:メタマテリアルは「ある特定の波長(色)」にはよく効いても、虹の全部の色に同時に効かせるのがとても難しい。白い光は全色の混ざりもの
  • 角度の問題:正面からは隠せても、横や斜めから見るとバレてしまう設計が多い
  • 大きさの問題:目に見える光の波長は1ミリの数千分の1ほど。それよりさらに小さい構造を、人を包むほどの面積で精密に作る必要がある
  • 中の人の問題:光を完全によけさせると、マントの中には光が届かない。つまり中にいる人も外が見えない!

04透明マント研究は、別の形で役立っている

透明マントそのものはまだ夢でも、メタマテリアルの技術は、電波を自在に操るアンテナ、超薄型のレンズ、音や振動を逃がす構造など、さまざまな分野で研究・応用が進んでいます。

05まとめ

透明マントは、2006年にマイクロ波の世界で本当に作られました。でも、どんな色・どんな角度の光でも人を消すマントは、まだ原理的にも高い壁があります。

もし完成しても、中の人は真っ暗で何も見えない――そう考えると、ファンタジーの透明マントは、物理学的にはかなり“ずるい”アイテムなのかもしれません。

この研究を英語で読もう原田英語の English CornerWe see an object because light bounces off it or is blocked by it and then reaches our eyes. 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

We see an object because light bounces off it or is blocked by it and then reaches our eyes. If light could flow smoothly around an object and continue on its original path, the object would seem to vanish, just as a stone in a river disappears from view downstream if the water flows perfectly around it. In 2006, scientists used a metamaterial, an artificial material built from tiny repeated structures, to guide microwaves around a copper cylinder and make it hard to detect.

However, a cloak for visible light is far more difficult. It would need to work for every color and from every angle, and its structures would have to be extremely small. And the person inside would not be able to see out.

126 words ・ CEFR B1

和訳を見る

私たちが物を見られるのは、光がその物に当たって跳ね返ったり、さえぎられたりして、それから目に届くからです。もし光が物の周りをなめらかに流れて元の道を進み続けたら、その物は消えたように見えるでしょう。ちょうど、川の水が石の周りを完全に回り込んで流れれば、下流からは石が見えなくなるのと同じです。2006年、科学者たちはメタマテリアル、つまり小さな構造を繰り返し並べて作った人工の材料を使い、マイクロ波を銅の筒の周りに導いて、それを探知しにくくしました。

しかし、目に見える光のためのマントははるかに難しいのです。それはすべての色に、そしてあらゆる角度から働く必要があり、その構造は非常に小さくなければなりません。また、中にいる人は外を見ることができなくなるでしょう。

4択リーディングクイズ

Q1. Why does the writer mention a stone in a river?

Q2. What is a metamaterial?

Q3. What can we infer about a cloak that hides people from our eyes?

重要単語

  • invisibility cloakC1
    名詞(句)透明マントThe invisibility cloak worked only for microwaves. in-(否定)+visible(見える)+-ity。cloak は「袖のないマント」。
  • metamaterialC1
    名詞メタマテリアル(人工構造材料)A metamaterial can bend light in unusual ways. meta- は「超えた」。自然の材料を超えた性質をもつ、というイメージ。
  • wavelengthB2
    名詞波長Visible light has a very short wavelength. be on the same wavelength で「気が合う・考えが通じる」という比喩表現もある。
  • bandwidthC1
    名詞帯域幅(効く波長の範囲)Most cloaks work only in a narrow bandwidth. ネット回線の「通信容量」の意味でも使う。口語では「(人の)余力」の意味にも。
  • concealC1
    動詞隠すThe device concealed a copper cylinder. hide より硬い語。conceal A from B「AをBから隠す」。名詞 concealment。
  • visibleB1
    形容詞目に見えるVisible light contains all the colors of the rainbow. vis-(見る)= vision, visit と同語源。反対は invisible。
  • trade-offC1
    名詞トレードオフ(一方を得ると他方を失う関係)There is a trade-off between speed and accuracy. a trade-off between A and B の形で出る。経済・科学の長文で頻出。

動画でもっと知る

4コマでわかる

透明マントは2006年に“完成”していた。ただし見えなくなるのは電子レンジの仲間の電波の中だけの4コマ漫画
透明マント、実は2006年にもう作られていた。ただし隠せたのは「マイクロ波」という電子レンジの仲間の電波からだけ。人の目から完全に消えるマントは、まだ原理的にもかなり難しいらしい。

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出典・参考文献(5件)タップで表示
  1. Pendry, Schurig & Smith (2006) Controlling Electromagnetic Fields, Sciencedoi.org
  2. Schurig et al. (2006) Metamaterial Electromagnetic Cloak at Microwave Frequencies, Sciencedoi.org
  3. Chen et al. (2011) Macroscopic invisibility cloaking of visible light, Nature Communicationsdoi.org
  4. Zhang et al. (2011) Macroscopic Invisibility Cloak for Visible Light, Physical Review Lettersdoi.org
  5. Monticone & Alù (2016) Invisibility exposed: physical bounds on passive cloaking, Opticadoi.org