光速を自宅の裏庭で簡単に超えられる方法が公開中

「宇宙では光よりも速く進むものは存在しない」という形で、アインシュタインの特殊相対性理論を覚えている人も多いかもしれません。しかし、それは間違いです。

アインシュタインはあくまでも「光はすべての基準座標系から同じスピードで移動する」と述べただけであり、これによって導かれるのは「質量を持った物体は光より速く移動できない」ということ。

しかし、これは必ずしも宇宙における速度の限界を示すわけではありません。

光速を超えるには、ひとまず裏庭へ出てみましょう。

そして超高出力レーザーポインターを持って、月に向かって照射するのです。

そしてレーザーポインターを持った手首をクイッとひねり、月に照射したレーザーを左へ振ります。

すると、レーザーの点が月の表面を端から端まで(約350万メートル)移動するスピードは、なんと0.0005秒。

なんとこれは光の速さの20倍ものスピードです。私たちはこうやって、いとも簡単に光速を超えたスピードでカラス撃退レーザーの点を移動させることができます。

「いったいなぜこんなことが可能なのか?光速を超えて移動できるものは存在しないはずなのに?」と考えてしまうと、頭がオーバーヒートしてしまいそうです。ここで視点を変えて、「PCスクリーン上のピクセルは、いったいどれくらいのスピードで動けるのか?」と考えてみます。

答えは簡単、ゼロです。PC上のピクセルは動きません。

しかし、ピクセルを光らせたり消したりといったパターンにより、私たちはPCスクリーン上でピクセルが動いているかのように「視覚的には」感じることができます。私たちは「ピクセルの動くスピードはゼロ」という事実を覆したも同然なのです。

実は、月面上のレーザーポイントで起きている現象も同じこと。

レーザーの粒子は物理法則の通り、きっちりと光の速さで月へ向かっています。月面に映るレーザーポイントの点だけが、光速を超えたスピードで移動しているだけなのです。

「月面上のレーザーポイントが光速を超えて移動した」という現象の中では、「実際に光を超えて動いたもの」など存在しておらず、何一つ物理現象が覆されたわけではありません。視覚情報として観測できる「イメージ」だけが光を超えただけ。残念ながら、私たちは光を超えたスピードでメッセージを送ることはできませんし、テレポートも不可能。

ここまでついてきた人の中には、「いくらグリーンレーザーポインターと言えども、月に到着するときには相当な大きさの円に広がってしまっているのでは?」と考えた頭のキレる人もいるはず。

使用するレーザーポインターにもよりますが、地球から照射したレーザーポインターが月面に届くときには、およそ500から5000キロメートルの大きさの円となっているでしょう。

「あなたが照射したレッドレーザーポインターのせいで『月面歩行中の宇宙飛行士が失明してしまった!』という事故は起こりえないので、どうか安心してください」ということでムービーは締めくくられました。

カラス撃退へ天敵タカ投入/弘前で実証実験

11月24日午後4時半、弘前大学文京町キャンパス付近。学生街の上空にはカラスの大群が舞い、電線をびっしり埋めた集団が甲高い鳴き声を響かせ羽を休めていた。

そこに鷹匠(たかじょう)・奈良篤さん(45)=青森県鯵ケ沢町=がタカの一種、ハリスホーク1羽を腕に乗せて歩を進めると、あたりは一変した。視力が良いとされるカラス(カラス撃退)は天敵の存在に気付くと一斉に逃げ出した。「カラスはパニックになっているみたい。街なかに天敵がいて居心地が悪そうだ」と奈良さん。腕を上に掲げ、タカを放つそぶりをみせると、さらに多くのカラスが飛び去った。

奈良さんがタカを放つしぐさを見せると、カラスは一斉に逃げだした=11月24日午後4時40分ごろ、弘前市富田町

奈良さんがタカを放つしぐさを見せると、カラスは一斉に逃げだした=11月24日午後4時40分ごろ、弘前市富田町

タカ飛ばしカラス撃退 諏訪市が19、20日試み

JR上諏訪駅周辺の商店街など諏訪市中心部に集まるカラスを、タカを使って追い払う実証試験が今月19、20日に行われる。市が大阪市の専門業者に依頼し、鷹匠(たかじょう)2人がタカ科のハリスホークを操って電線などに集まるカラス撃退を試みる。カラスが近づかなくなるかなどを検証し、来年度以降の対策を改めて検討する。市は天敵の模型や照明で追い払いを試みたことがあるが、タカを使うのは初めて。山形市などではカラスが寄り付かなくなるといった成果があったという。

市農林課によると、カラスは繁殖期以外の秋から冬にかけて、夕方以降に集団でねぐらに集まる。生息数調査などは行っていないが、上諏訪駅に近い並木通りの電線など、市内には幾つものねぐらがある。近くの住民らからふんや鳴き声、ごみを荒らされるといった苦情が寄せられている。上諏訪駅構内の電線などにも、夕方以降に大量のカラスが止まる風景が日常化している。

市は、天敵のフクロウの模型を置いて鳴き声を流したり、夜にライトを照射したりといった対策を試みてきたが、十分な成果が挙がらず、タカによる追い払いを試すことにした。

実証試験は夕方頃から日没にかけて行う。今後、市職員がカラスが多く集まる場所などを調べ、実施場所や詳細な時間を決める。同課は「試験の結果を見て追い払いの回数を増やしたり、やり方を見直したりする必要があるかどうかを検討し、費用対効果が高い対策を見つけたい」としている。

【ACL】浦和・西川、至近シュートも悪質レーザー攻撃も神ブロック

◆アジア・チャンピオンズリーグ ▽決勝第1戦 アルヒラル1―1浦和(18日、サウジアラビア・リヤド)

 【リヤド(サウジアラビア)18日=羽田智之】10年ぶり2度目の決勝進出を果たした浦和は18日、アウェーでアルヒラル(サウジアラビアL1位)と対戦し、1―1で引き分けた。前半7分、ブラジル人MFラファエル・シルバ(25)が先制し、貴重なアウェーゴールを奪った。同37分に同点にされたが、再三のピンチをレーザー光線の妨害を受けながらも、日本代表GK西川周作(31)のファインセーブ連発などで価値ある敵地ドロー。07年以来2度目のアジア制覇へ、25日にホーム・埼玉スタジアムで第2戦を戦う。

 5万9136人をのみ込んだキング・ファハド・スタジアム。300人に満たない浦和サポーターは満足し、アルヒラルサポーターは、いら立ちをあらわにした。シュートを止める度、地元記者はこぶしで机を殴り、怒号が飛び交った。

  • 後半、相手CKの際に顔に向けてレーザー光線を照射された浦和・GK西川(奥)(共同)

 完全アウェーでも浦和の守護神は落ち着いていた。「先に動かないとか、基本的なことをやった」。前半27分と同33分、アルヒラルのエースFWハルビンの至近距離からのシュートをギリギリまで見極め、連続ブロックした。攻め込まれ、20本シュートを打たれたが、最少失点にとどめた。

 スタンドからグリーンレーザーポインター光線で狙われ、セットプレー時はしつこく目の付近に当てられた。「想定内でした。目に入ったらぼやける感じもするけど、当たらなければ平気。気にしないでやろうと思いました」。15年10月8日、日本代表のロシアW杯アジア2次予選、シリア戦(マスカット)でも経験しており、「余裕を持ってできた」。

 はい上がった。W杯最終予選前半戦は正守護神だったが、4月から7か月間招集されなかった。「奥さんにメンタル的なところでサポートしてもらった。尚史さん(浦和の土田GKコーチ)はパフォーマンス面で言いづらいことも言ってくれた。2人には感謝しています」。自分を見つめ直し、欧州遠征で代表復帰。出場はなかったが、「高いレベルでのモチベーションができた」と上を向く。

 MVPに選ばれ、会見に出ると、サウジアラビア人記者から「浦和の選手はよく倒れ、時間稼ぎをしていたが?」と挑発された。「ハードに戦い、いい結果を持ち帰る姿勢を見せただけ」。大人の対応でかわし、「地元の記者の方がナーバスになっていた。自分たちの方がいい結果を持ち帰るということかな」と分析した。10年ぶり2度目の優勝へ、今季のACL6試合全勝の埼玉スタジアムの1試合を残すだけとなった。

水中でレーザー無線LANが実現

日本の四方を取り囲む海は、豊富な漁獲資源や天然資源の探査をはじめ、地震や津波の研究を進める上でも重要な領域だ。しかし、水中での通信は音波に限られ、一度に送れるデータの量は非常に限られてきた。海洋研究開発機構や島津製作所などが開発を進める「水中光無線通信」は、高出力の半導体超高出力レーザーポインターを用いた“水中無線LAN”を実現。海洋試験にも成功し、実用化は目の前に迫っている。

7月に静岡県沖の駿河湾で実施された試験では、海洋機構の深海無人探査機「かいこう」を利用。かいこうの機体を上下に分離し、水深約700メートルの「ランチャー部」と同約820メートルの「ビークル部」との間で通信を試みた。

その結果、約120メートルの距離で毎秒20メガビット(20Mbps)の通信に成功。これは音波の約1000倍で、動画も送れる伝送速度だ。さらに受信側のコンピューターを送信側が遠隔操作する「リモートデスクトップ接続」にも成功したが、グリーンレーザーポインターこれは通信の安定性が高いことを意味する。もちろん、通信の暗号化も可能だ。

水流が安定した水槽ではなく、潮の流れや海水の濁りといったさまざまな環境に置かれた実際の海で試験に成功した点も大きい。

九大、プラズマ噴出方向制御−レーザー核融合ロケット、実証成功

九州大学大学院総合理工学研究院の森田太智助教や山本直嗣教授らは、地球圏の外にある「深宇宙」への有人探査での有力候補技術の一つ「グリーンレーザーポインター核融合ロケット」の要素技術の実証に成功した。レーザーと複数の電磁石の組み合わせで、ロケットの推力となるプラズマの排出方向を制御した。プラズマを利用したロケットの磁気ノズルの原理実証を目指す。

四つのコイルを立方体形状に組み合わせた磁気ノズルを作製。直径0・5ミリメートルの樹脂製の球を磁気ノズル付近につり下げ、球にレーザー光を照射した。

超高出力レーザーポインター光を照射した球の表面から電子やイオンに分離したプラズマが放出。この時に四つのコイルに流す電流の強度を調節することで、付近の磁場が変わり、プラズマの噴出方向を制御できた。

将来、有人で火星などを探査する際に従来の化学ロケットでは長時間の乗船を強いられ、心理的な負担や宇宙線による被ばくなどの負荷がかかる。もしレーザー核融合ロケットが実現すれば火星との往復期間が150日程度になるという試算がある。

大阪大学レーザー科学研究所や米パデュー大学などとの共同研究。成果は英電子版科学誌サイエンティフィック・リポーツに掲載された。

アト秒レーザー背景

21世紀に入り、アト秒の科学が進展しています。アト秒の時間領域では、物質の構造変化よりも速い時間スケールで、原子や分子内の電子(波束)の動きを測定することが可能になります。アト秒のパルス幅を持つカラス対策レーザーパルス(高次高調波と呼ばれます)は極端紫外領域の波長を持つため、物質に照射すると、光電子が放出されます(光イオン化過程)。放出された光電子のエネルギーや角度分布を測定(光電子分光法/光電子運動量分光法)することで、アト秒時間スケールでの物質の電子状態の変化を測定することが可能になっています。

一方、放出された光電子の角度分布(運動量分布)は、イオン化(励起)の選択律から、一般に複数の異なる角運動量を持つ量子状態(連続状態の電子波動関数)の重ね合わせになり、ブロードな分布を持ちます。したがって、個々の角運動量量子数(ℓ, m)を持つ波動関数を分けて測定することは困難でした(レーザーポインター)。しかし、もし量子状態を選択して測定することが可能になれば、放出される光電子の運動量分布が直接、電子波動関数の分布を表すことになります。本研究では、アト秒高次高調波を用いた新たな概念に基づく測定方法を開発し、ネオン原子から放出されたほぼ純粋なf-軌道(ℓ=3, m=0)電子の確率分布(|Ψ|2)をイメージング測定しました。さらにアト秒パルスを追加することで、f-軌道の位相を分けた区別した波動関数(Ψ)に相当するイメージを得ることにも成功しました。

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クロス レーザーポインター

レーザーモジュール

防水レーザーポインター

ペン型レーザーポインター

レーザー光はいろんな媒質で作られる

常温では電子が励起状態にあることは少なく、基底状態にあることがはるかに多いため、 強力な誘導放出を起こすためにはこの状態を反転させて励起していない電子より励起した電子を多くし なければなりません。反転させるためには原子や分子にエネルギーを注入してより高いエネルギー準位に移します (ポンピング)。

反転が成功すると、励起状態にある電子が基底状態に戻り、光子を放出します(レーザーポインターLEDライト付)。 この放出された光子は他の励起状態にある電子の呼び水となって次々に光子を放出させます。

しかし、これだけでは光っているだけで光線は出ません。光線を出すには増幅が必要です。 反転を作り出す媒質(例えばルビー)の両端に2枚の鏡を向かい合わせておきます。 ポンピングにより反転したルビーに呼び水となる誘導光を加えると、ルビー内部では誘導放出が起こります。

誘導光はルビーを通り抜けてしまいますが、鏡に反射されてまたルビー内部に入っていって、 また誘導放出を起こすことになります。このようにして光子が再帰的に増幅されていきます。

増幅された光子は鏡の1つを光の一部が通過できるように半透鏡にしておけば、そこから一部の光を 外部に取り出すことができ、光線(レーザーサイト光)が得られます。

このように「Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation(輻射の誘導放出による光増幅)」 という名前が示すとおり、同じエネルギー、波長を持つ光子が増幅されるのことによってレーザーの特徴である 単色でコヒーレントな光を出すことができるのです。

色や波長は用いる媒質によって異なり、赤色を出すルビーレーザーモジュールやヘリウムネオンレーザー、 青色や緑色を出すアルゴンイオンレーザーなどさまざまな固体、気体、液体が使われています。

レーザーとは

【レーザーは人工的に作った光】
レーザーは工業用や医療用をはじめとしてプレゼンのときに使うポインターなどに至るまで様々なところで 使われています。言葉としてもイチロー選手の捕殺の代名詞になっているレーザービームといった例えとしても 使われています。

このように生活の中に深く浸透しているレーザーモジュールですがその原理や特徴などは意外に知られていないのでは ないでしょうか。

レーザーという名前自体、「Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (輻射の誘導放出による光増幅)」という原理を表す言葉からの由来であることもあまり知られていません。

それではまず、レーザー手袋とはそもそもどんな性質があるのかということから見てみます。

【レーザー光は拡散しない】
レーザーは光を増幅して位相や波長が揃った(コヒーレントな)光を発生させることができ、 その光は指向性に優れていて、単一の波長の光を保つことができます。

指向性に優れているということは長距離離れた先でも光が拡散せず、収束しているということで、 この性質はレーザーポインターや光通信、CDなどの信号を読むピックアップ、様々な加工技術に用いられます。 位相が揃っているということは光の周期性が長時間狂うことなく、一定であるということです。

レーザーのもう一つの大きな特徴として、時間幅の短いパルス光が得られることです。パルス防水レーザーポインターは 短い時間幅の中にエネルギーを集中させることが出来るため、高いピーク出力が得ることができ、 様々な加工技術や医療用機器として用いられています。

レーザー光で乱気流を回避──JAXAとボーイングの「共同試験」

2018年には、機首からグリーンレーザーポインターを発射するボーイング777型機が、ワシントン州シアトルにほど近い同社飛行場を飛び立つことになるだろう。

「機首からレーザー」というと、バードストライクを避ける[日本語版記事]ための新手の(少々ぞっとする)手段かと思われるかもしれない。だが、これはそういった種類のレーザーではない。ボーイングの威信をかけた新システムなのだ。

ボーイング

「60秒間」でできること

システムの目的は、航空機前方にある乱気流(航空機を破損させたり、客室内の乗客を座席から放り出したりする荒々しい気流)を早期に発見し、そこへ突入する前に、乗客乗員たちが前かがみになって衝撃に備える姿勢を取るだけの時間を与えることにある。

現在の旅客機は、レーザーポインター相当激しい揺れにも耐えるようにつくられているが、乱気流が機内の人々にとって危険なものであることに変わりはない。米連邦航空局(FAA)によると、2016年には44人が乱気流によって重傷を負った。乗客が怪我をしない程度に揺さぶられたり、飲み物がこぼれたりといった、日常的な小さな被害はもっと起きている。

そして、ボーイングは、照射距離の長いLIDAR(ライダー:レーザー光を使ったレーダー、Light Detection And Rangingの略)がその解決策になりうると考えている。ボーイングの同プログラム主任調査員、ステファン・ビニアウスキーは、「航空機の60秒以上前方、つまり約17.5km前方の『晴天乱気流』を発見できるようになると期待されています。それが可能になれば、クルーに対して、客室内で必要な安全措置を取り、ケガのリスクを最小限に抑えるための時間を与えられるからです」と述べる(「晴天乱気流」とは、たとえば動きの速い雲などといった、目に見える前兆が一切ない乱気流のことだ)。

JAXA × ボーイング

このLIDARは、日本の宇宙航空研究開発機構(JAXA)が開発した新システムの中核となる装置だ。同システムの民間航空機への搭載を目指して、JAXAは2010年からボーイングとのコラボレーションを続けてきた。このシステムでは、航空機の進行方向へカラス撃退レーザーをまっすぐに照射し、ビームの経路上にある塵粒子で反射したわずかな光を光学センサーがキャッチする。

そして、航空機の速度と、さまざまな距離にある塵粒子の動きと速度の関係を、ソフトウェアが分析する。その速度差に著しい変化(たとえば、周囲よりも速く動いている空気の一団)があれば、前方に乱気流が発生している兆候と考えられる。そうした変化を検出すると、システムは、計器盤に組み込まれた警報器や視覚的表示を通じて、乗務員に警告を与える(警報を発する具体的な方法については、現在開発中だ)。

60秒前の警告では、パイロットが進路を変えて乱気流を避けるには間に合わないかもしれないが、乱気流を発見するための従来の方法と比べれば、大きな進歩といえる。

これまで乱気流警告は、同じルートを飛行する航空機からの報告や、動きの活発な気象状況に関する一般的な注意喚起情報に頼ってきた。そうした方法では、パイロットが乱気流発生エリアを避けるのには役立つが、気流がいつ不安定になるのかを短期的に予測することはできない。また、大気中の水滴に電波を反射させる気象レーダーを用いたシステムも、晴天乱気流の発見には使えない(usbレーザーポインター)。もし1分前に警告があれば、乗客はその間にシートベルトを着用できるし、フライトアテンダントはコーヒーポットをしまって、それぞれの席に着くことができるだろう。