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C1 ScienceOct 5, 2026

How to Make a Whole City Invisible

都市全体を透明にする方法

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149 lines

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Translation

Travel back in time with me to the early 2000s.
2000年代初頭へ時を遡りましょう。
Y2K had just failed to end the world, emo music was coming onto the scene, and this weird new thing called YouTube had just been invented.
Y2Kは世界を終わらせることに失敗し、エモが登場し始め、YouTubeという奇妙な新しいものが発明されたばかりでした。
All the while, physicists were hard at work making an invisibility cloak.
その間、物理学者たちは透明マントの開発に忙しく取り組んでいました。
Well, kinda.
まあ、正確には。
They made a prototype of a device that can shield objects from electromagnetic radiation and cloak them from detection.
彼らは電磁放射から物体を遮断し、探知から隠すことができる装置のプロトタイプを作りました。
Which is how we would make an invisibility cloak.
それが透明マントを作る方法です。
This particular one was just really specific, as it only worked for microwaves coming from one direction.
この特定のものは非常に特殊で、一方向からのマイクロ波にのみ機能しました。
Even though that prototype was pretty far from a perfect disguise, the principles behind the device have had a lot of applications.
そのプロトタイプは完璧な偽装からは程遠かったものの、その背後にある原理は多くの応用を持っています。
Including, believe it or not, helping make our cities invisible to earthquakes.
信じられないかもしれませんが、都市を地震から隠すのを助けることも含みます。
[♪ INTRO] Okay but… how can a device make a city invisible, to light or to earthquakes?
[♪ イントロ] でも、どうして装置が都市を光や地震から隠すことができるの？
What does a cloaking device even do?
カモフラージュ装置とは一体何をするの？
Well, at the most basic level, it diverts waves.
最も基本的なレベルでは、波を迂回させます。
Everything we see is a reflection of light bouncing off objects and back into our eyes.
私たちが見るものはすべて、物体に反射して目に戻ってくる光の反射です。
So the idea with cloaking is to prevent visible light from bouncing off an object.
カモフラージュのアイデアは、可視光が物体に反射するのを防ぐことです。
No bounce, no vision.
反射がなければ、見えません。
How do you avoid the bounce, you may ask?
どうやって反射を避けるのか、と思うかもしれません。
One way is to absorb the light.
一つの方法は光を吸収することです。
But if you absorb all the light, you don’t get invisibility.
でも、すべての光を吸収すると、透明にはなりません。
You get black… at least until an object heats up enough to start glowing.
黒くなります…少なくとも物体が十分に熱を帯びて発光し始めるまでは。
So scratch that, we need another option.
なのでそれは却下、別の選択肢が必要です。
Luckily, we have one: divert the light around an object entirely.
幸いなことに、一つあります：光を物体の周りに完全に迂回させること。
Which sounds great!
素晴らしい響きですね！
Boom, solved!
解決！
But the thing is, after you’ve sent the waves around an object, you have to bring those waves back together.
でも問題は、波を物体の周りに送り終えた後、それらの波を再び合わせる必要があることです。
And if you aren’t careful, you’ll get a shadow.
注意しないと、影ができてしまいます。
Shadows happen when light doesn’t reach its target for one of two reasons.
影ができるのは、光が二つの理由のいずれかで標的に到達しないためです。
It’s either blocked by an object directly, or there’s destructive interference, which is what happens when two waves that don’t match up perfectly run into each other and cancel each other out.
物体に直接遮られているか、破壊的干渉が起きているかです。これは、完全に一致しない二つの波がぶつかり合って互いに打ち消し合うときに起こります。
In principle, if you could make the light just go perfectly around an object, and meet back up on the other side perfectly aligned and without losing any power, then the object would be totally invisible.
原理的には、光を物体の周りに完璧に通し、反対側で完璧に整列して出会わせ、エネルギーを失わなければ、その物体は完全に見えなくなるはずです。
If a wave is the same at point A and point C, it looks like nothing was in its path, even if something happened along the way at point B.
A点とC点で波が同じなら、途中のB点で何が起きていたとしても、道の途中に何もなかったように見えます。
But to be truly invisible, you’d need to pull off this optical trick from all angles and for all wavelengths of light.
しかし本当に見えなくするには、あらゆる角度とあらゆる光の波長に対してこの光学トリックを成功させる必要があります。
Which would be incredibly difficult.
それは非常に困難です。
It’s possible, though.
ただし、不可能ではありません。
And scientists have created some proofs of concept over the years.
科学者たちは这些年、概念実証を作成してきました。
The biggest, most exciting breakthroughs are coming in the form of metamaterials: specially engineered materials not found anywhere in nature.
最も大きく最も興奮すべきブレークスルーはメタマテリアルの形で現れつつあります。自然界のどこにも存在しない、特殊に設計された素材です。
They have special properties that are possible due to the structure of the material, usually at the nanoscale.
これらは通常ナノスケールでの素材の構造によって可能になる特殊な特性を持っています。
That team from 20 years ago were the first folks to really start using these materials as cloaking devices, and they did it by squishing electromagnetic waves into submission.
20年前のあのチームは、これらの素材をカモフラージュ装置として実際に使い始めた最初の人々で、電磁波を力ずくで押し込むことで実現しました。
Their prototype looked kind of like a very high-tech roll of duct tape.
彼らのプロトタイプは、非常にハイテクな養生テープのロールのような見た目でした。
The core concept was to use materials with specific electromagnetic properties that are bent into specific shapes.
中核の概念は、特定の電磁特性を持つ素材を特定の形に曲げて使うというものでした。
With perfect design, the metamaterial would divert electromagnetic waves around the donut and precisely combine them back together on the other side, cloaking whatever object is hidden inside the duct tape roll object.
完璧な設計により、メタマテリアルは電磁波をドーナツの周りに迂回させ、反対側で正確に再結合させ、養生テープロールの中に隠された物体をカモフラージュします。
The materials they chose to meta-fy were copper filaments bent into very specific shapes and printed onto fiberglass cylinders at very specific intervals.
彼らがメタ化するために選んだ素材は、非常に特定の形状に曲げられ、グラスファイバーのシリンダーに非常に特定の間隔で印刷された銅フィラメントでした。
The key is that a conductive material, like copper, can be bent such that it reshapes electromagnetic waves in predictable ways.
鍵は、銅のような導電性素材を曲げることで、電磁波を予測可能な方法で再形成できるという点です。
Every shape bends the waves a bit differently, and when they work together, they squish incoming waves apart, guide them around the outside of the roll, and push them back together on the other side.
それぞれの形は波を少しずつ異なる方法で曲げ、それらが協調して働くことで、入ってくる波を押し広げ、ロールの外側に沿って導き、反対側で再び押し合わせます。
Boom.
ドン。
Invisible.
見えない。
Mostly.
ほぼ。
Okay, so the prototype wasn’t perfect.
まあ、プロトタイプは完璧ではありませんでした。
Being smushed around like that can rob a wave of some of its energy, meaning when it comes back together, it doesn’t look exactly like it did before, and casts a bit of a shadow.
あのように押し潰されるような形になると、波のエネルギーが奪われてしまうため、再び元に戻ったとき、以前の形と完全には同じにならず、少し影ができてしまう。
But this was 2006!
でも、これは2006年だった！
Again, YouTube had just been invented!
それに、YouTubeはまだ創設されたばかりだった！
This was practically the dark ages!
これはまさに暗黒時代だった！
So it’s very impressive that in 2006 a team of researchers got a physical prototype invisibility cloak to perform quite similarly to the simulations they were running on their computers.
だから、2006年に研究チームが物理的なプロトタイプの隠れ蓑を、コンピューターで実行していたシミュレーションとほぼ同様に動作させたのは非常に素晴らしいことだ。
The other caveat of this experiment, and it is a pretty big one, is that it was done with microwaves.
この実験のもう一つの注意点、しかもかなり大きな注意点は、マイクロ波を使って行われたことだ。
So… yeah, you could still totally see the object that was meant to be invisible.
つまり、隠れるはずの物体は、まだ完全に見えていた。
But, to be fair, many promising cloaks start their testing with longer-than-visible wavelengths, like microwaves.
ただ、公平を言えば、多くの有望な隠れ蓑は、可視光より長い波長、例えばマイクロ波でテストを始める。
That’s because if you wanna mess with an electromagnetic wave using metamaterials, the metamaterial structures have to be smaller than the wavelength they’re manipulating.
それは、メタマテリアルを使って電磁波を操作したい場合、メタマテリアルの構造は、操作する波長より小さくなければならないからだ。
Visible wavelengths are incredibly small.
可視光の波長は信じられないほど小さい。
Like 1/100th of the width of a human hair small.
人間の髪の毛の幅の100分の1ほどの小ささだ。
So engineering materials smaller than that is a huge challenge.
だから、それより小さい素材を作るのは大きな課題だ。
Microwaves, on the other hand, are more like the size of a pea.
一方、マイクロ波はエンドウ豆くらいの大きさだ。
Still small, but MUCH bigger than visible wavelengths and much more practical!
まだ小さいが、可視光の波長よりはるかに大きく、はるかに実用的だ！
Now, obviously, it’s been 20 years, and scientists did not just stop trying to make cloaking devices.
さて、明らかに20年が経ち、科学者たちは隠れ蓑の開発をやめたわけではない。
There have been a ton of attempts to turn things invisible.
物を隠すための試みは数多くなされてきた。
Some teams have tried fancy metamaterial coatings that scatter light so that the reflected beams cancel each other out.
一部のチームは、光を散乱させて反射ビームが互いに打ち消し合うようにする、洗練されたメタマテリアルコーティングを試みた。
But those only work at certain wavelengths so far, and the materials they’re made of can make the cloaks look darker than everything around them.
しかし、それらは現時点では特定の波長でのみ機能し、それらで作られた素材のために、隠れ蓑が周囲のものより暗く見えることがある。
Others have made tiny cloaks printed on chips using even tinier waveguides to maneuver light around an object.
他のチームは、さらに小さな導波路を使って物体の周りに光を導く、チップに印刷された小さな隠れ蓑を作った。
But those don’t work in 3D just yet.
しかし、それらはまだ3次元では機能しない。
Sheets of dielectrics with tiny metamaterial shapes printed on them seemed promising.
誘電体のシートに極小のメタマテリアル形状を印刷したものは有望に見えた。
But actually putting the thing together results in flaws that cast shadows, and it only works with microwaves at certain angles.
しかし実際にそのものを組み立てると影を落とす欠陥が生じ、特定の角度でのマイクロ波にしか機能しません。
Maybe we could make cloaks that adapt in real time using sensors and AI.
センサーとAIを使ってリアルタイムで適応するカモフラージュを作れるかもしれません。
They could detect incoming light and reflect it back such that the reflection mimics the background behind the cloaking device.
入ってくる光を検出し、カモフラージュ装置の背後の背景を模倣するように反射させることができるのです。
But these also only work for limited light frequencies, and the principle feels a bit more like blending in than disappearing.
しかしこれらも限られた光の周波数にしか機能せず、原理は消えるというよりはむしろ溶け込むことに近い感じがします。
One team got creative with positioning traditional lenses to bend light around objects.
あるチームは、従来のレンズを配置して物体の周りに光を曲げるという工夫をしました。
These make for some amazing looking pictures, but they’re not technically what we’re talking about here.
これは素晴らしい見た目の写真を作りますが、技術的には私たちがここで話しているものではありません。
The physics behind them is closer to a telescope than a true cloaking device.
その背後の物理学は、真のカモフラージュ装置よりも望遠鏡に近いものです。
They’re just basically optical illusions.
あれは基本的に錯覚にすぎません。
That’s generally true across the spectrum of these prototypes.
これらすべてのプロトタイプに共通して言えることです。
A quote-unquote real cloaking device is so specific that pretty much nothing currently in development has reached the threshold of a true cloaking device yet.
いわゆる本物のカモフラージュ装置は非常に具体的で、現在開発中のものはほぼどれも真のカモフラージュ装置の域に達していません。
Plus, if scientists are being honest with themselves, they’re still mostly stuck working outside of the visible light spectrum.
さらに、科学者たちが正直に言えば、まだほとんど可視光スペクトルの外で作業している段階です。
And to be really honest, they’re still pretty far off from truly cloaking anything in 3D, let alone in the optical band.
そして正直に言えば、3Dで何かを本当にカモフラージュすることからはかなり遠いどころか、光学帯域ではなおさらです。
Again, small wavelengths are hard.
繰り返しになりますが、短い波長は難しいのです。
But big wavelengths are easier.
しかし、長い波長は簡単です。
And some of the most promising applications for this tech are on a seismic scale.
そしてこの技術にとって最も有望な応用の一部は、地震規模のものです。
Literally.
文字通りです。
Scientists want to use them for anti-earthquake technology.
科学者たちは地震対策技術としてそれを使いたいと考えています。
But before we get to those city-sized cloaking devices, we have a quick ad for you.
しかし、都市規模のカモフラージュ装置の話に入る前に、ちょっとした広告があります。
You’re still watching this video.
あなたはまだこの動画を見ています。
So you’re probably getting something out of it.
つまり、何かを得ているのでしょう。
Maybe you’re even enjoying it.
楽しんでいるのかもしれません。
For a lot of people, it’s hard to imagine enjoying science and learning.
多くの人にとって、科学を楽しんだり学んだりすることを想像するのは難しいものです。
You could have been one of those people.
あなたもその一人だったかもしれません。
But after a little SciShow, who knows?
でも、ちょっとSciShowを見た後はどうでしょう？
Maybe science can be pretty cool after all.
科学って案外クールなのかもしれません。
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SciShowの動画をどう表現するにせよ、教科書を読んだり、講義室で寝落ちしたり、難解な学術論文を解読したりするよりは、おそらく親しみやすく、理解しやすく、言うなれば楽しいはずです。
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When you think about it, cloaking technology for earthquakes totally makes sense—earthquakes are just what happens when seismic waves rattle through the Earth’s crust.
考えてみれば、地震のためのカモフラージュ技術はまったく理にかなっています。地震とは、地震波が地殻を揺さぶって起こる現象にすぎません。
These waves are huge, and they carry a ton of energy!
これらの波は巨大で、大量のエネルギーを運んでいます！
They can topple buildings, shake the earth apart, and trigger tsunamis.
建物を倒し、地面を揺るがし、津波を引き起こすこともあります。
But at the end of the day, a wave is a wave.
しかし、結局のところ、波は波です。
So if metamaterials can change the path of an electromagnetic wave, there’s no reason the same can’t theoretically be done for seismic waves, too.
したがって、メタ材料が電磁波の経路を変えられるなら、理論上、同じことが地震波に対して行えない理由はありません。
With a strategic arrangement of meter-scale structures, there’s hope that we could design buildings—or maybe even entire cities— that would be invisible to earthquakes.
メートルスケールの構造物を戦略的に配置することで、地震に対して不可視な建物、あるいはひょっとすると都市全体を設計できる可能性があります。
Historically, pretty much all of our earthquake prevention can boil down to one of three methods.
歴史的に見れば、私たちの地震対策はほぼすべて、3つの方法のいずれかに帰結します。
First, you could stabilize a structure by making everything as rigid as possible so it doesn’t get shaken apart.
まず、構造物をできるだけ剛性にして、揺さぶられても壊れないように安定させることができます。
Like, the Great Pyramids, for instance, made of sturdy stone blocks.
例えば、頑丈な石ブロックで作られた大ピラミッドなどです。
Second, you could build something that can go with the flow.
次に、流れに逆らわないものを作ることもできます。
They can bend and deform so that nothing crumbles away.
曲がり変形するので、何も崩れません。
Like suspension bridges built to sway with wind to keep themselves intact.
例えば、風に揺れて自らを保つように作られた吊り橋などです。
And a third version of earthquake management is energy dissipation.
そして3つ目の地震対策はエネルギーの減衰です。
Such as a counterbalance that sways opposite to the earthquake waves to dampen intense oscillations.
例えば、地震波と逆方向に揺れるカウンターバランスで激しい振動を和らげることなどです。
It’s basically the same as pushing a kid on a swing set, but out of sync to slow them down.
これは、基本的にはブランコに乗った子供を押すのと同じですが、タイミングをずらして減速させるようなものです。
A great example of this is the massive metal dampener at the heart of Taipei 101, one of the tallest buildings in the world.
これの素晴らしい例は、世界で最も高いビルの一つである台北101の中心にある巨大な金属ダンパーです。
The dampener moves and dissipates energy so that the building doesn’t have to.
ダンパーが動きエネルギーを吸収し、建物がそれを負担しなくて済むようにします。
And all of those methods are great.
そしてそれらの方法はどれも素晴らしいものです。
But some physicists and civil engineers think we can also add metamaterials to this list.
しかし、一部の物理学者や土木技術者は、このリストにメタマテリアルも加えられるかもしれないと考えています。
If you’re clever, you can arrange disordered structures that break up a wave by shifting against each other out of sync, rather than seamlessly conveying the seismic energy.
工夫すれば、地震エネルギーを滑らかに伝えるのではなく、互いに同期を外してずれ合うことで波を打ち砕く無秩序な構造を配置できます。
Break up the wave, lose the energy, no more quake.
波を打ち砕き、エネルギーを失い、地震はなくなる。
The leading idea has been to drill holes under or near buildings.
有力なアイデアは、建物の下や近くに穴を掘ることです。
Sometimes they’re filled with cement, but their general purpose is just to interrupt the seismic wave.
時々セメントで埋められることもありますが、基本的な目的は地震波を遮断することです。
Very much like how the copper metamaterials interrupted and redirected the microwaves in that cloaking experiment from 20 years ago.
20年前のカミソラ実験で銅のメタマテリアルがマイクロ波を遮断・転導したのと非常に似ています。
When a team initially tested the drilling-out-holes method, they strategically bored a bunch of 5-meter-deep holes in the ground to mimic the effect of the metamaterials, but on a giant scale.
あるチームが最初に穴を掘る方法をテストした際、メタマテリアルの効果を模倣するために、巨大なスケールで地中に5メートル深の穴を戦略的に多数掘りました。
Then, they simulated an earthquake, and found that the “quake”s power was reduced by 80% on the other side of the boreholes!
そして地震をシミュレーションしたところ、ボーリング穴の反対側で「地震」の威力が80%も減少したことが判明しました！
Those are pretty promising results for this meter-scale metamaterial!
これはメートルスケールのメタマテリアルとしてはかなり有望な結果です！
Turns out drilling a bunch of holes could take a lot of stress off buildings in seismically active zones.
結局、穴を多数掘ることで地震活動地域の建物の負担を大幅に軽減できることが判明しました。
Some researchers actually think it’s possible that ancient megastructures, like the Coliseum, may have accidentally benefitted from this seismic cloaking method, too.
一部の研究者は、コロッセオのような古代の巨大建造物も、この地震カミソラ方法の恩恵を偶然受けていた可能性があると考えています。
Even though the idea is promising, the team did run into some trouble during early tests.
アイデアは有望ですが、チームは初期テスト中にいくつかの問題に直面しました。
Initially the boreholes reflected the waves instead of diverting or dissipating them.
当初、ボーリング穴は波を転導や吸収するのではなく、反射してしまいました。
And the last thing you wanna do is shove earthquakes off of one building and right onto the building next door.
そして最も避けたいのは、地震をある建物から押し出して隣の建物に直撃させることです。
So they need to work on diverting the waves around, or dissipating the energy even more.
そのため、波を迂回させるか、エネルギーをさらに吸収する取り組みが必要です。
So other experts have proposed drilling holes in the sides of the main boreholes to hopefully mitigate this reflection.
そこで他の専門家は、この反射を緩和するために、主ボーリング穴の側面に穴を掘ることを提案しています。
That idea hasn’t been completely worked out yet, so there’s still lots of work to do before boreholes become a popular form of earthquake proofing.
そのアイデアはまだ完全には確立されておらず、ボアホールが地震対策として普及するまでにはまだ多くの作業が必要です。
In the meantime, there are still other metamaterial-inspired cloaking strategies worth trying!
その間に、メタマテリアルに着想を得た他のカモフラージュ戦略もまだ試す価値があります！
For one, engineers could play around with above-ground oscillators.
例えば、エンジニアは地上のオシレーターを試すことができるでしょう。
Strategically placed above-ground pillars can oscillate in ways that disrupt the force of a seismic wave, to functionally turn a sideways-moving wave into a downward-moving wave, sending an earthquake towards the center of the planet instead of, you know, at us.
戦略的に配置された地上の柱は、地震波の力を打ち消すように振動し、横に進む波を機能的に下向きに進む波に変換することで、地震を私たちの方ではなく、地球の中心に向かわせることができます。
Even cooler, it turns out that forests could be natural versions of this kind of earthquake–cloaking device.
さらにクールなことに、森林はこの種の地震カモフラージュ装置の自然なバージョンであることが判明しました。
Forests with a naturally disordered arrangement of trees are capable of breaking up energy waves in the same way as those disordered man-made pillars.
木が自然に無秩序に配置された森林は、無秩序な人工の柱と同じようにエネルギー波を分解することができます。
So far, we’re still a ways off from actually deploying any of this kind of tech.
現時点で、この種の技術を実際に展開するにはまだ道のりが遠い状態です。
Every version of these large-scale metamaterials are pretty big, so engineers have to consider a lot of factors when designing them.
これらの大規模なメタマテリアルのすべてのバージョンはかなり大きいため、エンジニアは設計時に多くの要素を考慮する必要があります。
Then they’re very labor intensive to construct, and there’s the whole “some stuff is still reflecting off the target and onto what’s nearby” thing.
そして建設には非常に多くの労力が必要で、「一部のものが標的から反射して近くのものに当たる」という問題もあります。
But just like with the metamaterial cloaking devices that inspired these earthquake-proofing techniques, experts are excited about all the applications still to come.
しかし、これらの地震対策技術に着想を与えたメタマテリアルのカモフラージュ装置と同様に、専門家はまだ来るべきすべての応用に期待しています。
And the best part is, these techniques don’t have to stop at invisibility cloaks and earthquakes!
そして一番良いのは、これらの技術は透明マントや地震にとどまる必要がないということです！
Wave-manipulating metamaterials could have a lot of other applications.
波を操作するメタマテリアルは、他の多くの応用を持つ可能性があります。
They could potentially be used to create extreme soundproofing materials or noise cancellation devices.
極端な遮音材やノイズキャンセリング装置の作成に使用される可能性があります。
Or we could go the other direction, and use nanostructures to focus waves, instead of only disrupting or dispersing them.
あるいは逆の方向に進み、ナノ構造を使って波を乱すか拡散させるだけでなく、集束させることもできます。
Metalenses are already being deployed in particle physics experiments, and could some day replace traditional lenses in cameras or telescopes.
メタレンズはすでに粒子物理学の実験で使用されており、いつかカメラや望遠鏡の従来のレンズを置き換える可能性があります。
Looks like we’re truly on our way to becoming wave-bending masters, and that’s cooler than anything that happened in 2006.
波を曲げる達人になりつつあるようだ、2006年に起きたどんな出来事よりもクールだ。
Take that High School Musical!
ハイスクール・ミュージカル、見よ！
[♪ OUTRO]
【♪ アウトロ】

LingoDew, which teaches English through YouTube videos, measured this C1 video at 186 words per minute, the same as the C1 median of 186, and found 26% of its words outside the 1,000 most common in its English videos, more than the C1 median of 21%.

Words in this video

The ones worth learning, rarest last. Tap one to hear it where it was said.

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