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2020年4月26日日曜日

【ゆっくり解説】ブルーライトはなぜ目に悪いの?【Voiceroid解説】#5

動画投稿しました。

ニコニコ版(コメント付きで見られます。)
https://www.nicovideo.jp/watch/sm36740026


【科学動画で受験シリーズ #5】

Youtubeやニコニコ動画で不定期(大体1週間スパン)にこういった解説系動画を出していく予定です。

また現在、こういった科学系の解説動画を制作し、その実績に受験に挑むチャレンジをしています。
そのため、チャンネル登録や高評価、フォロー等をしていただけるととても助かります。
文章で読めるように動画制作時の原稿を載せておきます。
ただし、動画の内容とやや違う可能性があります。
加えて、適当な原稿ですので、文になってなかったりします。


ブルーライトはなぜ目に悪いの?

うーんパソコンのやりすぎで目が痛いー

マキさんっていつもパソコン触ってますよね。
ブルーライトカットフィルムとか貼ったりすると目への負担が減りますよ。

うーん前はしてたんだけど、効果があまり感じれなくてさ。
そもそもブルーライトって言われてもピンとこないし。

ブルーライトはただ単に青い光のことですよ。

どうして青い光だけが目に悪いの?

うーんそうですね。
ではマキさんの疑問解決も含め、今回はブルーライトがなぜ目に悪いのかについて解説をしていきましょうか。

話が進むにつれ

光の三原色 [美術]


まず、美術的な話から入ります。
自分は日常で青い光なんて見ていない!から関係ないと思っている方もいらっしゃると思います。
しかしどんな人類だろうと青い光を見ない人間は居ないでしょう。
[ホワイトアウト]
ほら、今もちゃんと青い光を見ています。
白い光しか見えない、ですか?
おかしいですね。この世には白い光なんて存在しないはずなのに。
[消灯]
ええ、実は光を細かく分けた時、この世に白い光は存在しません。

ではさっきあなたが見た光は何だったのでしょうか。

それは赤と緑と青の3つの光です。
光の三原色は知っていますよね。
あなたが先程見た白い光は3種類の光なのです。(最近は新方式があるらしいが)
しかし、目がそれを細かく処理しきれず、白の光として、ある意味錯覚を起こしているわけなのです。

もちろん、こういったディスプレイに限らず、日常の白い光にも青色系の光は含まれています。
なので、とりあえず、白っぽい光には全て青色っぽい光が含まれているということは頭に留めておいてくださいね。

昔ならテレビに近寄ったら分かったんだけど、もう最近は解像度が上がりすぎて見られなくなっちゃったんだよね。

そうですねぇ。本当ならそう言いたかったのですけど。もう自宅に大型のテレビがある家庭も減っているでしょうしね。

では次はその青い光がどういうものかについて掘り下げていきましょう。

光のエネルギー [物理学]


光の色はなにで決まっているかは知っていますか?
光の波長によって人間が認識する色が決まります。

細かく説明していきましょうか。
光には主に粒子性と波動性という大きく分けて2つの性質があります。
そのうち波動性を考えた時、光の色についての説明ができるようになります。

では波動性とは何のことでしょうか?
そのままになりますが、波動性とは波の性質のことです。

波って海とか縄跳びとかそういう波?

そうです。
海や縄跳びで波が打ち消し合ったり強め合ったりしますよね。
実際、同じような現象が光でも起きます。

そもそも光が完全に粒子だとすれば色を説明できなくなってしまいます。
だって、粒子って次元が少ないですから。
まぁとりあえず、聞いていてください。

光の波を図式してみました。

波は何度も何度も同じ形を繰り返しますよね。
その繰り返す形の長さを波長といいます。

そしてこの波長の長さによって人間は色というものを認識しているということが分かりました。

実際どう認識されるかと言うと、
波長が長ければ赤色に近く、波長が短ければ青色(紫色)に近いと人間は感じます。
そして光の波長がある程度を超えると人間は色を視覚で認識できなくなります。
それを紫外線や赤外線と呼んでいます。

あと先程の粒子の話とつなげますと、光が粒子だとするならばこの色の変化する分の物理的な変化が出来ない(設定できる次元が少ない)ので光は波、と言えるわけです。

話がそれました。

ブルーライトは青色の光ですので可視光の中でも波長は短い方の光です。
そしてブルーライトが他の色の光より目に悪いのは、波長が短いからなのです。

えっと、じゃあどうして波長が短いと目に悪いの?

波長が短い光ほど、エネルギーを持っているからです。

なんで波長が短い光ほどエネルギーを持っているって分かったの?

最初に分かった経緯は知りませんが、今それを確かめようと思うのであれば、電気エネルギーから光エネルギーに変換して、同じ光の明るさ(強さで)色の違う光を出した時に青い光の方と赤い光で電気エネルギーの消耗量の変化を観測すれば分かるんじゃないでしょうか。

まぁイマイチピンとこないでしょう。
ですが1~10まで正確に理解するには膨大な前提知識が必要です。

なので、ここではとりあえずイメージで考えましょう。
ここに長さ10のスペースがあります。
赤の光の波長が5、青の光の波長が1とします。
ではここに赤と青の波をそれぞれ詰め込んでみましょう。

同じ長さですが、青の光のほうが、波がいっぱい入りました。

では一旦これらを遠くから見て考えてみましょう。

さて、どっちのほうがエネルギーを蓄えてそうですか?

まぁ、下の方な気がするね。
電池のように見ても、バネのように見ても下のほうが強力な気がする。

つまりそういうことです。

なるほど。

青色の波はいわば、赤色の波を圧縮した状態なのです。
布団を圧縮するのにも力(エネルギー)がいるでしょう?
まぁコレは常に通用する考え方ではありませんが、とりあえずは十分でしょう。


そして最後に、光のエネルギーが高いとどうして目に悪いか。
コレはあまり考えなくても感覚で分かりそうですが、
光を見るためには必ず光エネルギーを目で受け止めなければなりませんよね。
一旦光エネルギーではなく力のエネルギーで考えてみましょう。
強い運動エネルギーを持ったパンチと、弱い運動エネルギーを持ったパンチを受け止める時、どっちのほうが痛いですか?

まぁ当然弱いほうだよね。

光も同じで強いエネルギーと弱いエネルギー、どっちのほうが目にとって辛いかと言えば、強いエネルギーなわけです。

つまりブルーライトが目に悪いのは、他の色の光よりも大きなエネルギーを青い光は持っていて、それを目が見るために受け止めてしまうから。なわけです。

なるほどね~ちゃんと意味があるんだね。


しかし、目に負荷がかかっているのは間違いないですが、それが視力を落とす原因になっているとは言い切れません。

えっそうなの?

さて、次は私自身そこまで専門ではないのでふわふわとしていますが、医学的な話をいたしましょう。

視力が落ちる、と言っても実際の症状は様々です。
近視、遠視、乱視、などが一般的でしょうか。
しかしその中でも「近視」が「目が悪い」という意味で一番使われていると思います。
近視は遠くのものがぼやけて、近くのものしかくっきりと見えない症状です。
そしてその近視の殆どが「軸性近視」というものに当たります。

軸性近視は眼球が伸びることによって起こる近視です。
眼球が伸びてしまうと、網膜よりもピントが前にあってしまい、ぼやけて見えてしまうのです。
うp主も強度の軸性近視で裸眼では鼻の先まで本を近づけてもくっきりとは見えません。

なぜ伸びるかをといえば、普段から近くを見ていて、より近くを見ることに特化しようと人間が適応した結果だと思います。

しかし、そこに光のエネルギーの概念が存在するかと言うと微妙なところです。
なのでブルーライトが視力を落とす原因になると、明言できないわけです。
なるほどね。

ああ、でもドライアイや睡眠障害には関係するかも知れません。
事実として、ブルーライトによって睡眠の質が下がるデータは十分に集まっていますので、確かに良いものではありません。
「目が悪くなる」の一つに「視力が落ちる」という概念が存在するだけであることを理解しましょう。


以上がブルーライトがなぜ目に悪いかの解説でした。

最後にまとめに入ります。




では最後に光のエネルギーの公式を紹介しましょう。
ここから少しレベルが上がります。脳をフル回転させてください。

E=hν
Eはエネルギー、hはプランク定数と言って、他のエネルギーと数値をあわせるための定数です。
νは振動数を指します。
そして振動数を求めるための式もあります。
ν=c/λ
hはプランク定数、cは光速、λは波長を指します。
これら2つの式をあわせるとこの式が出来ます。
E=hc/λ
光量子仮説では光の速度は一定とされています。
そのため、波長さえわかればEは分かります。
そしてこの際のEは光子1個分のエネルギー量になります。(光を粒子として見ています。)
このエネルギー量によって光子が媒介する光の色が変わります。

実際に計算してみましょう。
抵抗無しで120のエネルギーを1つの光子に与えた場合何色の光が見えるでしょうか。
ただし光の速度であるcc=3.0*10^8 m/sとします。

まずやりやすいように文字式を変形します。
光の色を調べたいので「波長=」の形に直します。
λ=E/hc
出来ましたね。

では数値を代入してみましょう。
λ=[代入した式]
そしてコレを計算するとこうなります。
λ=[答え]
答えはλ=400x10^-9[m]だよ。
ではこの値はどの色に属するかを先程の表と比べてみようか。
[答え]mなので[x]色ですね。
これで光子1つに[x]のエネルギーを与えた場合、何色の光が見えるかが分かりました。
ただ注意してほしいのが、今求めたのは「光子1つ」にこれだけのエネルギーを与えた場合の光の色ということです。
光量子仮説では光の明るさ(強さ)はこの光子の数で決まります。
光の明るさ(強さ)を強くするためには光子を増やす必要があり、光子が増えるということは与えるエネルギーが一定なら色が変化し、色を保つなら与えるエネルギーを増やす必要があります。
光子1つの光なんて我々の目で観測するのは難しいと思うので、
この答えにさらに光子の数をかけなければ、あまり意味のない計算だったりします。

ちなみに光波動説では波の振幅によって光の強さが決まるとされています。
しかしコレでは粒子性と波動性が共存できませんよね。

ヒィ!

だ、だって、途中からもう意味わからないんだもん。
ブルーライト途中から関係ないじゃん。

たしかにそうかも知れない しょぼん(  ´・ω・)

でもまぁ計算以前の話は分かってもらえましたか?

そうだね。
水素水みたいなものかと思ってたよ。

まぁアレも科学的には意味はないわけではありません。

だから当然、明るくすればブルーライトのエネルギーを当然多く受けることになるよ。



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