キラキラ光るお肉、食べてもいいですか？

「また美しい一日が終わります。明日は週末なので、今夜は何かおいしいものを食べなければなりません。」テーブルを片付けながら、後で何を買おうか考えていました。今夜は四川省楽山の名物料理、甘皮鴨を食べることに決定！

仕事が終わったら市場に行って、甘皮鴨を買って一気に家に帰ります。嬉しくて箱を開けた瞬間、不思議なことが起こりました。なぜアヒルはキラキラしていたのでしょうか？お腹が空きすぎてよく見えないのでしょうか?

アヒルの肉は角度によって色とりどりの金属光沢を見せる

（写真提供：著者撮影）

よく観察してみると、金属光沢は筋肉が固い部分にのみ現れ、骨や白色脂肪層、表皮にはこの現象は見られないことがわかりました。したがって、これは光と筋肉の相互作用に関連していると推測するのが妥当です。詳細を知りたい方はゆっくり聞いてください。

1. 筋肉の構造

筋肉の微細構造の模式図

（著者による翻訳、出典は画像を参照）

骨格筋を例にとると、骨格筋線維は筋細胞であり、細長く多核細胞です。骨格筋は筋細胞から構成される筋線維束で構成されています。筋細胞には複数の筋原線維が含まれており、複数の筋節に分割できます。筋肉の微細構造は、太いフィラメントと細いフィラメントに分けられます。

画面いっぱいに「肌」という文字が並んでいるのを見ても、この文字が何なのかほとんど分からないのではないでしょうか？それは問題ではありません。筋肉の構造は複雑に聞こえますが、実際には非常にシンプルであることを知っておく必要があります。それは、ワイヤーやケーブルのような、単なる通常の撚り線の束です。肉を水平に切ると、筋肉の断面は小さな部分で構成されます。調理された光沢のある肉の切り身に光が当たると、実際には小さな切り身によって光が反射されます。

それで、これは色の反射とどのような関係があるのでしょうか?引き続きお読みください。

2. 光波の干渉と格子分散

静かな湖面に雨粒が落ちると、湖面は活発になりました。その上の水の波はそれぞれ単独で円を描いているが、互いに邪魔し合い、遊んでいるようでもある。

湖に落ちる雨粒

（写真提供：veerフォトギャラリー）

光は電磁波です。真空中を伝わる速度は定数で、通常は文字 c で表され、約 300,000 キロメートル/秒です。さらに驚くべきことは、真空中の光の速度は慣性座標系の運動状態や光の色、つまり光の周波数とはまったく関係がないということです。私たちの周囲の空気中の屈折率はあまり変化しないため、「周波数×波長が光の速度に等しい」という関係から、私たちの生活では空気中の光の色はその波長に関係していると一般的に考えることができます。

一点光波源の伝播と二点光波源の伝播

（画像出典：著者提供）

上図のように、空間に点状の光波源が 1 つしかない場合、光の伝播は水面に落ちる水滴のように円を描いて広がり、光源から離れるにつれて徐々に弱まってきます。これはエネルギー保存則の結果です。円が拡大してもエネルギーは一定であり、伝播距離が長くなるにつれて波は必然的に弱くなります。ろうそくに火を灯すと、炎は遠ざかるほど暗くなります。

空間内に数波長離れた 2 つの点光源がある場合、波の伝播はすべての方向で均一ではなくなり、方向性が生まれ、ある方向では伝播が強くなり、他の方向では伝播が弱くなるか、まったく伝播しなくなります。これはエネルギー保存の法則の現れでもあります。ある方向の伝播能力が強い場合、伝播が弱い方向も必ず存在し、エネルギーが集中します。

筋肉の断面はもっとすごいでしょうね。それは正しい！

3. 回折格子と分散効果

「筋肉モデル」における赤色光と青色光の伝播挙動

（画像出典：著者提供）

筋肉の構造について数学的および物理的なモデリングが行われます。各筋繊維束は互いに連結した波源とみなされ、点光源間の距離は波長よりもはるかに小さくなります。筋形質膜によって区切られた隙間は、連続波源の断絶とみなすことができます。図７に示す筋肉の微細構造によれば、筋繊維の断面直径は約５０μｍであり、間隔は約１０μｍである。このデータを基に、筋肉で反射した後の光波の伝播をシミュレーションしたところ、不思議な現象が起こることがわかりました。

常圧下で調理された筋肉の走査型電子顕微鏡画像

（画像出典：参考文献[2]）

まず、光の色に関係なく、その伝播には明らかな方向性があります。次に、「赤、オレンジ、黄、緑、シアン、青、紫」の順に並べます。赤い光の波長は長く、青い光の波長は短いです。この過程では、筋肉表面に垂直な中心対称線を除いて、伝播方向は一貫しており、赤色光の偏向角度は青色光や紫色光よりも小さくなります。これはガラスの屈折挙動と正反対です。

この構造は柵のように格子が連続していることから、比喩的に「格子」と呼ばれています。なぜ「shān」と発音されるのかは、また別の話です。

1mmあたり1200本の反射線を持つ格子

（写真提供：著者撮影）

異なる色の光は中心を除いて伝播角度が異なるため、グレーティング構造は光を色（正確には波長と周波数）ごとに分離する機能を持ち、当社のグレーティングは分散能力を持っています。その最も重要な用途の 1 つは分光測定です。

光ファイバー分光計の構造

（写真提供：著者撮影）

格子分散効果図

（画像出典：著者提供）

人生には虹色の光が見える格子があるのでしょうか？もちろんありますよ、それがCDです。

光ディスクと六角レンチ（影と色の順序に注意）と光ディスクの電子顕微鏡写真

（写真提供：著者撮影）

CD の微細構造も柵のようなもので、その上の点が記録された情報です。写真では、この時点で影が左側にあることがわかります。つまり、太陽は右上にあるということです。赤い光は左側にあり、青い光は右側にあります。これは、赤い光の偏向角度が青い光の偏向角度よりも大きいことを意味し、これはシミュレーション結果と一致しています。

したがって、もしも肉が光っているのを見たいのであれば、斜めから観察してみるといいでしょう。筋肉の断面は基本的に平らなので、斜めから見ることで初めて、光の分散効果が見えるのです。上記のシミュレーション実験を通じて、当初の疑問は解消できたと思います。この光り輝く肉を前にしたら、食べられるかどうかなんて心配する必要はなく、ただ楽しむだけ！

参考文献:

[1] 鍾熙華. （2012年）。現代光学の基礎。北京大学出版局。

[2] 王志江、江愛民。 （2015年）。超高圧処理が調理済み鶏肉の微細構造に与える影響。食品と機械（1）、4。

制作：中国科学普及協会

著者: 唐紅陽 (中国科学院光電子研究所)

プロデューサー: 中国科学博覧会