Why is glass transparent? - Mark Miodownik

なぜガラスは透明なのか？- マーク・ミオドウニック

翻訳: Akiko Hicks 校正: Tomoyuki Suzuki

Take a look out your window,

窓から外を見てごらん

put on your glasses if you wear them.

メガネをかけている人は メガネ越しに

You might want to grab a pair of binoculars, too,

双眼鏡や虫メガネを使って

or a magnifying lens.

窓の向こうを見てみよう

Now, what do you see?

何が見えるかな？

Well, whatever it is,

目に映るのは何であれ

it's not the multiple layers of glass

目の前にあるガラスだと

right in front of you.

答える人はいないだろう

But have you ever wondered

でも こんな硬いものが

how something so solid can be so invisible?

なぜ 透明なのか 考えたことはあるかな？

To understand that,

それを理解するには

we have to understand what glass actually is,

ガラスの正体や その元になるものを

and where it comes from.

知る必要がある

It all begins in the Earth's crust,

まず 地球の表層部を見てみよう

where the two most common elements are

地殻に最も多くある元素は

silicon and oxygen.

ケイ素と酸素だ

These react together to form silicon dioxide,

これらの化合物が二酸化ケイ素で

whose molecules arrange themselves

この分子が規則正しく並んで

into a regular crystalline form known as quartz.

結晶化したものが 石英（水晶）として知られている

Quartz is commonly found in sand,

石英は砂の中にたくさん含まれている

where it often makes up most of the grains

砂粒の主成分はたいてい石英で

and is the main ingredient in most type of glass.

これがガラスの主成分として使われる

Of course, you probably noticed that glass

もちろん ガラスは

isn't made of multiple tiny bits of quartz,

石英の粒を固めたものではないと

and for good reason.

分かるよね

For one thing, the edges of the rigidly formed grains

もしそうだったら 硬い粒の輪郭や

and smaller defects within the crystal structure

結晶内のかすかな傷が

reflect and disperse light that hits them.

光を反射し散乱させてしまう

But when the quartz is heated high enough

でも 石英が 十分に熱せられると

the extra energy makes the molecules vibrate

熱のエネルギーが 分子を振動させ

until they break the bonds holding them together

分子間の結合を壊しバラバラにして

and become a flowing liquid,

流動的な液体になる

the same way that ice melts into water.

氷が融けて水になるのと同じだ

Unlike water, though, liquid silicon dioxide

でも 水と違って 二酸化ケイ素の液体は

does not reform into a crystal solid when it cools.

冷ましても 再び 結晶にはならない

Instead, as the molecules lose energy,

エネルギーを失うにつれ

they are less and less able

規則正しく並ぼうとしても

to move into an ordered position,

その場で動けなくなり

and the result is what is called an amorphous solid.

アモルファス(非晶質) というものになる

A solid material with the chaotic structure of a liquid,

これは固体でありながら 液体のように秩序の欠けた構造で

which allows the molecules to freely fill in any gaps.

空いた隙間を周りの分子が 自由に埋めていくことができる

This makes the surface of glass uniform

そのためガラスの表面は

on a microscopic level,

分子レベルで均質になり

allowing light to strike it

ここに光があたってても

without being scattered in different directions.

光の散乱は起こらない

But this still doesn't explain

でも これだけでは

why light is able to pass through glass

なぜ光がガラスを通過し

rather than being absorbed as with most solids.

他の固体中でのように 吸収されないのかは分からない

For that, we need to go all the way down

これを理解するために さらに小さい

to the subatomic level.

原子より小さなレベルで見てみよう

You may know that an atom consists of a nucleus

原子には原子核があり その周りを電子が回っていると

with electrons orbiting around it,

聞いたことがあるかもしれない

but you may be surprised to know

でも 実際は その殆どが

that it's mostly empty space.

何もない空間なんだ

In fact, if an atom were the size of a sports stadium,

原子をスポーツ競技場にたとえると

the nucleus would be like a single pea in the center,

原子核はその中心に ポツンと置かれた豆粒で

while the electrons would be like grains of sand

電子はスタンドにある砂粒だ

in the outer seats.

電子はスタンドにある砂粒だ

That should leave plenty of space

こんなにスカスカだから

for light to pass through

光は何にもぶつからずに

without hitting any of these particles.

通過することができる

So the real question is not

でも そうなると

why is glass transparent,

なぜガラスが透明なのかではなく

but why aren't all materials transparent?

なぜ他のものも透明でないのか 疑問になる

The answer has to do with the different energy levels

その答えは 原子内の電子がとり得る

that electrons in an atom can have.

異なるエネルギー・レベルに関係している

Think of these as different rows of seats

これはスタンドにある 席の列のようなものだ

in the stadium stands.

これはスタンドにある 席の列のようなものだ

An electron is initially assigned to sit in a certain row,

電子は最初に座る列を指定されているが

but it could jump to a better row,

エネルギーを得れば

if it only had the energy.

上の列に飛び移ったりできるんだ

As luck would have it,

運良く

absorbing one of those light photons

原子を通過する光子を吸収できれば

passing through the atom can provide

原子を通過する光子を吸収できれば

just the energy the electron needs.

電子はそのエネルギーを使うことができる

But there's a catch.

でもそう簡単ではないんだ

The energy from the photon

光子からのエネルギーが

has to be the right amount

次の列に飛び移るのに丁度良い

to get an electron to the next row.

量でなければいけない

Otherwise, it will just let the photon pass by,

そうでなかったら 光子は吸収されずに通過してしまう

and it just so happens that in glass,

ガラスの場合 スタンドの列は

the rows are so far apart

間隔が離れているので

that a photon of visible light

可視光の光子のエネルギーでは

can't provide enough energy for an electron

電子が列を飛び移るのに足りないんだ

to jump between them.

電子が列を飛び移るのに足りないんだ

Photons from ultraviolet light, on the other hand,

でも 一部の紫外線の光子は

give just the right amount of energy,

丁度良い量のエネルギーを持っているので

and are absorbed,

吸収される

which is why you can't get a suntan through glass.

だからガラス越しに あまり 日焼けはしないんだ (皮膚の老化は起こる）

This amazing property of being both

固体でありながら透明であるという

solid and transparent has given glass many uses

特性を持つガラスは 何世紀にも渡り

throughout the centuries.

いろいろな所で使われてきた

From windows that let in light

窓ガラスは光を取り入れるが

while keeping out the elements,

他のものはブロックする

to lenses that allow us to see both

レンズを使えば はるか彼方の

the vast worlds beyond our planet,

果てしない宇宙を見られるが

and the tiny ones right around us.

身近にある小さな世界も探索できる

It is hard to imagine

ガラスがなかったら

modern civilization without glass.

どんな世界になっていたのだろう

And yet for such an important material

そんな大切な素材でありながら

we rarely think about glass and its impact.

ガラスやガラスが及ぼした影響を 普段考えたりしない

It is precisely because the most important

ガラスの最も重要で有用な特性である

and useful quality of glass is

ガラスの最も重要で有用な特性である

being featureless and invisible

透明さのため目に入らず

that we often forget that it's even there.

その存在すら 忘れてしまうからかもしれない