氷と雪

氷は透明で
雪は白い。

これにとんでもなく懐疑的になったのが今年だなんて、それこそ信じられない。
ただ、この疑問によって、雪も氷も、味わい深いものになったと感じている。

透明というのは、一切の光を反射しないで透過する、ということだ。
に対して白い、ということはすべての光を反射しているのだから、
こんな真っ逆さまな性質をただひとつの分子が表現するというのは
いかにも魅力的だと思う。

さて、では、雪と氷で何が違うのだろうか。
真っ先に浮かぶのが、雪の結晶の構造だろう。
雪の結晶はフラクタルに見える複雑な(或いは単純な)構造をしている。
が、そこから何か知見を得ることは、これだけではまだできない。

まず、白く見えるというのはどういうことかを考えておこう。

すべての光を反射するゆえに白く輝いて見える。
これが雪が白く見える原因のすべてであろうか。
そうではあるまい。
なんとなれば、金属は反射して像を映すが、色を持っている。
また、鏡は白くない。

ここからいえることが二つある。
雪は(可視)光を吸収していない、ということと
雪は光を乱反射している、ということである。

となれば瞬時に、
フラクタルたる構造が乱反射するのに絶好の構造であること、
また雪のH2Oの励起エネルギーに、可視光では足りないのだということに気付く。

これによって雪はしかるべくして白く輝くということが言えた。

ところでこれはすぐに氷が透明であることの説明になっているのだ。
すなわち、エネルギーバンドの問題である。
これに届かないゆえに(可視)光はすべからく分子から無視されて、向こう側を僕たちに見せてくれる。

と、これだけで納得は、個人的には、できない。
光が通過するだけならばなぜ、形状が読み取れるのだろうか？

そう、透明な氷も屈折はしているのじゃないだろうか。
光が物質中に入るとき、表面(境界というべき)では少なくとも屈折をする。
また、氷も多少は反射をするだろう。
それは自分の顔を映してみれば簡単に分かることだし、
またその実験ですぐ、その反射が弱いことにも気付くだろう。
とにかくこれが、氷の形を僕たちに教えてくれる。

ここでひっかかりを覚えないだろうか。
すなわち、なぜ氷は透明なのだろうか、雪は白いのだろうか、という、字面は全く同じであるにもかかわらず、その意味するところは一段深くなった疑問である。
なぜならこれは、どちらも反射していて、可視光を吸収しないという同条件ならば、互いに同一の性質を示してしかるべきだとういう至極全うな指摘だからである。

これを説明するのに必要な言葉が、先ほども出てきた境界である。
すなわち、氷の内部には境界がなく、雪には(内部というのは抵抗があるかもしれない)ある、ということだ。
氷内部の水の結合の仕方はどこも一様で、線引きできるような境界が存在しない。
水もしかり、クリアファイルもしかり、ガラスしかり。
そのために氷は透明で、雪は白いのである。

まとめると、
モノが(可視光で)透明であるための条件は
・エネルギーバンドが可視光のエネルギーでないこと
・内部に境界がないこと
・反射が乱反射しないこと、反射自体が弱いこと

白い条件は、
・十分乱反射すること。
・エネルギーバンドが可視光域にないこと。

といえる。

実は、すごく微妙な違い。