光にも逆位相はある？音のノイズキャンセリングと光の干渉による打ち消しを解説

音のノイズキャンセリングでは、騒音と逆の波を作ることで音を小さくできます。それでは、光でも同じように逆位相の光をぶつければ暗くすることができるのでしょうか。

実は光にも波としての性質があり、条件が整えば光同士を打ち消し合う現象は起こります。ただし、音のノイズキャンセリングとは仕組みや実現の難しさが大きく異なります。この記事では、光の干渉と逆位相による打ち消しについて分かりやすく解説します。

音のノイズキャンセリングは波の打ち消しを利用している

音は空気の振動によって伝わる波です。音波には波の山と谷があり、同じ大きさで反対向きの波を重ねると、お互いの振動が打ち消されます。

例えば、ある場所で「山」の状態になっている音波に対して、同じ大きさの「谷」の音波を重ねると、空気の圧力変化が小さくなり、音が聞こえにくくなります。

ノイズキャンセリングイヤホンは、この原理を利用しています。周囲の騒音をマイクで拾い、その逆位相の音を発生させることで、耳に届く騒音を減らしています。

光は粒子としての性質もありますが、波としての性質も持っています。そのため、2つの光を重ねると音と同じように干渉という現象が起こります。

2つの光の波の山と山、谷と谷が重なる場合は光が強め合います。これを強め合う干渉と呼びます。

一方で、片方の光の山ともう片方の光の谷が完全に重なる場合は、互いに打ち消し合って光が弱くなります。これが弱め合う干渉です。

理論上は、同じ波長で同じ強さの光を完全な逆位相で重ねれば、光は打ち消されて暗くなります。

しかし、現実の光では音のノイズキャンセリングのように簡単にはいきません。理由は、光の波を完全に一致させるためには、波長、進む方向、位相、振幅などを非常に高い精度で合わせる必要があるためです。

例えば太陽光や一般的な照明の光は、多くの波長や位相が混ざった状態です。そのため、別の光を当てただけで全体を完全に消すことはほぼ不可能です。

光の干渉を利用しやすい代表例がレーザーです。レーザー光は波長や位相がそろいやすいため、光同士の干渉を制御できます。

研究分野では、レーザー光を利用して特定の光を弱めたり、干渉パターンを作ったりする技術が使われています。

例えば、光学測定装置では、参照用のレーザー光と測定対象から反射した光を重ねることで、わずかな変化を検出することがあります。

光同士が打ち消し合って暗くなると、「光のエネルギーが消滅した」と感じるかもしれません。しかし、エネルギーそのものがなくなるわけではありません。

干渉によって暗くなった場所ができる場合、周囲の明るい場所では光が強くなっています。つまり、光のエネルギー分布が変化しているだけです。

例えば2つの波を重ねた場合、ある場所では弱め合って暗くなり、別の場所では強め合って明るくなることで、全体としてエネルギー保存の法則が成り立っています。

音の場合、空気中を伝わる波の状態は比較的ゆっくり変化します。そのため、マイクで音を拾って逆の音を作ることが可能です。

一方、光は非常に高い周波数を持っています。可視光では1秒間に数百兆回も振動しているため、その変化に合わせて逆位相の光を作り続けることは非常に困難です。

また、光は音のように一方向からだけ来るとは限らず、周囲のさまざまな方向から届くため、すべての光を打ち消すことは現実的ではありません。

光にも音と同じように波の性質があり、逆位相の光を重ねることで干渉による打ち消しは起こります。

ただし、音のノイズキャンセリングのように身近な環境で光を完全に消すことは難しく、光の波長や位相を非常に高い精度で制御する必要があります。

レーザーのように性質のそろった光では干渉を利用した技術が実際に使われています。つまり、光も理論上は打ち消せますが、日常の光を消すためには音とは比べものにならない高度な制御が必要になるのです。