まず、この不思議でカッコいい絵を見てください！この絵は、ある伝説をイメージして描かれたものです。
……今から約2300年前、古代ギリシャにアルキメデスという天才物理学者がいました。『反射の法則』を書き記したユークリッドと同じ時代です。
アルキメデスは、神が生んだ数学/物理学の天才です。
物理学の知識を使って、どんな重い物でも簡単に動かす滑車など、様々な機械を設計した超有名人でした。
したがってアルキメデスは、当時の王様に軍事科学者に任命されています。実はこのときアルキメデスの国には、強敵ローマ軍が攻めてくることが分かっていたのです。
「自分の国に、屈強なローマ軍が攻めてくる！」となれば、国を守るため、王様が天才アルキメデスの力を借りたくなるのも当然です。
王様はアルキメデスに、敵国のローマ軍を滅ぼすための兵器の開発を任せることにしました。
アルキメデスは数学と物理学の天才ですから、王様の期待に応えて次々と強力な武器を作り出しました。
その中でも最も有名なものが、冒頭の写真にある『死の光線 (Death Ray)』です。
アルキメデスの指示により、ギリシャ軍はたくさんの鏡を用意しました。
そして、その鏡で太陽光を反射させ、全ての反射光を敵の船に集中させたのです。
一点に集まった太陽光の熱は凄まじく、その熱によってローマの軍艦を燃やし尽くしてしまった……と言われています。まさに死の光線。
クレジット: Tablizer
ローマ軍を撃退したアルキメデスの実力は、2300年も経った今でも語り継がれる伝説です。
太陽光と鏡のコンビネーションによる凄まじい力に気づき、反射の法則を計算し、具体的に応用する兵器を発明してしまうアルキメデス。
彼は『死の光線』の他にも画期的な兵器を次々と作り出し、2万人のローマ大軍を恐怖に陥れ、2年間も足止めさせることに成功していました。
奮闘虚しく、最後にはローマ軍に敗れてしまいましたが、ローマの将軍はアルキメデスには強い尊敬の念を抱き、「我々は勝ったが、アルキメデスだけは殺すな！」と部下に命じていたと言われています。
しかし、ついに彼は、将軍の命令を無視したローマ兵に殺されてしまい、一生を終えることになりました。70代の老人であったと言われています。
彼は死ぬ間際にも数学のことを考えており、考えごとの邪魔をするローマ兵に激怒したのが最後の瞬間でした。
アルキメデス死去を知ったローマ軍の将軍は、深く悲しんだようです。
🏢『フライパンビル』が放った “死の光線”
太陽光でローマ軍を焼き尽くし、伝説となったアルキメデスの『死の光線』。
そんな死の光線の威力は、現代でも実感することができます。
例えば2013年、イギリスのロンドンにて、奇妙な事件が起こりました。暑い夏の日でしたが、
- 駐車していた車が突然溶ける
- カフェの外に敷いたカーペットが突然燃える
といった謎の現象が起こっていたのです。誰かが車を熱して溶かし、カーペットを燃やしたのでしょうか？
👆2013年のロンドンにて、突然溶けてしまった車
ロンドンの人々は驚き、恐ろしく思っていましたが……、犯人がすぐに判明しました。
犯人は、近くに建設されていたビルでした。
このビルは、光をよく反射するガラスで覆われており、鏡のような役割を果たしていました。
しかも曲がったビルのデザインであったため、太陽光がある地点に集中してしまう構造になっていたのです。
運悪く、光が集中する場所に駐車していた車は溶け、カーペットは燃えてしまったというわけです。『死の光線』と全く同じ原理ですね。
このビルが発射する『死の光線』を使って、目玉焼きを作ることにも成功しています。
この事件から、このビルは一時期、フライパンビル(Fryscraper) とも呼ばれていました。
オリンピックの聖火採火式
4年に一度の世界的スポーツの祭典オリンピック。オリンピックは、アルキメデスが生きていた古代ギリシャで始まりました。
オリンピックで欠かせない聖火も、太陽光を集中させて生み出されています。
- オリンピック開幕の数ヶ月前に、
- オリンピック発祥の地、オリンピアの遺跡
にて聖火採火式を行います。へこんだ鏡(凹面鏡)で光を一点集中させ、自然の恵みの太陽光から採火します。
2020年東京オリンピックのための聖火採火式を、ぜひYouTubeでご覧ください。実際に、女性が光が集中する点を探し当て、聖火をつける様子が分かります (53:07から再生)。
👆の儀式のように、ギリシャの遺跡で太陽光から生まれた火だけが、“聖火” を名乗ることを許されます。
さすがは、『死の光線』でローマ軍を焼き尽くした軍事科学者アルキメデスの出身国ですね。
- アルキメデスの『死の光線』伝説
- イギリスの『フライパンビル』事件
- オリンピックの聖火採火式
この3つの話は、光を一点に集中させると、とてつもない熱を生み出せることを教えてくれます。
🔍光を屈折させ、一点に集める凸レンズ
「光を一点に集中させる」ためだけなら、何もアルキメデスの兵器やフライパンビルのような、巨大な建築物は必要ありません。
小さな凸レンズ(とつレンズ)を使うだけで、光を一点に集中させることができます。Amazonでいろんなレンズセットで2,000円くらいで買えます。
凸レンズとは、左右に膨らんだ形をした特殊なガラスです。変な形ですが、この形のおかげで、光の屈折を利用した面白い役割を果たしてくれます。
例えば、太陽光が平行に凸レンズに入射したとします。太陽光は、常に平行に入射します。
すると、
- 空気中からレンズに入るとき(凸レンズの左側)
- レンズから空気中に出るとき(凸レンズの右側)
で2回光が屈折することになります。
一番上の光の屈折の様子を見てみましょう。いつもどおり、車をイメージします。
まず、右前のタイヤが沼地(凸レンズ)にはまるので、左前のタイヤがたくさん動き、進路が右に曲がります。
その後は、左前のタイヤが先に沼地(凸レンズ)を抜け出します。結果、また進路が右に曲がります。
凸レンズの中心を通る光は、垂直に入射するので何も屈折せず直進します。
凸レンズの下側を通る光の曲がり方も、同じように考えてみます。
🔥強い熱を生み出す、焦点
すると……、自然と光が一点に集まることに気づきます。
もちろん👇の図のように、光を右から当てても左から当てても、同じように光が一点に集まります。
- アルキメデスの『死の光線』伝説
- イギリスの『フライパンビル』事件
- オリンピックの聖火採火式
の秘密はここにあります。光が一点に集まったときの、強い熱が原因です。
この「平行に入射した光が集中する点」は、物を簡単に焦がしてしまうため、焦点(しょうてん)と呼ばれています。
鏡は、光の反射により焦点を作り出しましたが、凸レンズは、光の屈折により焦点を作り出します。
凸レンズの焦点部分に燃えやすいものを合わせ、火をおこす方法はアルキメデスの時代から現代にいたるまで、当然のように行われています。
凸レンズを使って火を起こすことは、コツをつかめば難しくはないようです。
だからこそ、例えば日光が当たる窓際に、凸レンズのように光を屈折させる物を置いてはいけません。鏡はもちろん、
- ペットボトル
- 金魚鉢
- 花瓶
- 虫眼鏡
などガラス製の物を窓際に置くと、太陽光を屈折させて焦点に光を集めてしまいます。
もし、焦点に紙やカーペットなど、燃えやすいものがあったら？これが原因で火事になった例がたくさんあります。
今すぐ家の中をチェックして、太陽光の当たる場所に、ガラス製の物やペットボトルがないか確認してください。
凸レンズの各種名称
焦点を簡単に作れる便利な凸レンズについて、今後のために様々な名称を覚えてしまいましょう。
光軸
凸レンズの中心と、焦点を通る真っ直ぐな線を、光軸(こうじく)といいます。
焦点距離
凸レンズの中心から焦点までの距離を、焦点距離といいます。
焦点距離は、凸レンズの材質や分厚さによってそれぞれです。
- 特殊なガラス材質
- 分厚いガラス
などは、光をよく屈折させます。したがって、焦点距離は短くなります。
次回は、カメラと虫眼鏡の仕組みを詳しく学びます。
- 光の屈折
- 凸レンズの焦点
を理解した今なら、カメラなど便利グッズの仕組みが深く分かります！
📚おすすめ参考文献
📖参考になった書籍
・エピソード科学史〈2〉物理編 (1971年) (現代教養文庫)
科学をストーリーとして楽しく学びたい人には必須シリーズ。
この回では、軍事科学者としてのアルキメデスの話を参考にしました。
アルキメデスが鏡を使ってローマ軍を焼き尽くした伝説は本当なのか、もしくは後世の作家の作り話だったのでしょうか？
古い本ですが、ぜひ書籍でも読んでみてください。
▶️参考になったビデオ
5800枚の鏡を合わせて、アルキメデスの『死の光線』を再現したビデオ。想像以上の威力！！！！
焦点に集まる熱は太陽5000個分の熱に匹敵し、
- 鉄を溶かす
- アルミニウムを気化させる
- コンクリートを沸騰させる
- 土を溶岩に変える
など、破壊力は抜群です (YouTubeの動画説明欄より)。
「死の光線なんて、作り話だ」という人もいます。しかしこのビデオを見れば、『死の光線』伝説を信じたくなってしまいますね。
📱参考になったページ
・2.009 Archimedes Death Ray: Testing with MythBusters アメリカのエリート大学MIT(マサチューセッツ工科大学)がテレビ局と協力し、アルキメデスの『死の光線』伝説は本当なのか？作り話なのか？を検証してみた話。
・一人でローマ軍二万を足止め！？シラクサの天才アルキメデスの防衛兵器 アルキメデスの凄さはもちろん、古代ローマについてよく分かる、素晴らしいサイトでした。興味あればぜひ読んで。
・London’s ‘Fryscraper’ owners to spend millions of pounds to block building’s car-melting ‘solar death-ray’ 「フライパンビル」のニュース。太陽光が集中した地点の温度は、110℃を超えたようです。
・聖火リレー聖火採火式・聖火引継式 TOKYO 2020 東京オリンピックは中止になっちゃうかなぁ
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