シャボン玉は、せっけん水が うすい まくに なって、空気を つつんだ ものです。せっけん水そのものは とうめいですから、赤い 色や 青い 色が ついて いる わけでは ありません。

では 色は どこから 来るのでしょう。答えは、光に ありました。まくの 表と うらで はね返った 光が 重なる ときに、色が 生まれます［1］［2］。

雨の あとの にじは、水の つぶで 光が 曲がって 分かれる ものでした。シャボン玉の 色は、それとは ちがう しくみだと せつめいされて います［1］。

シャボン玉は、石けん水がごく薄い膜になって空気を包んだものです。石けん水に色素は入っていないので、色は「光の側」の現象になります。

科学技術館の解説によると、膜の表面で反射した光と、膜の中に入って裏面で反射し、膜を往復してきた光が干渉し、強め合った波長の光が目に届いて色になります［1］。NTTとキヤノンの解説も、表面で反射する光と内面で反射する光が重なる、という同じ筋で説明しています［2］［5］。

雨上がりの虹のように、光が水滴で曲がって色ごとに分かれる現象（屈折・分散）とは別のものです［1］。

田所利康（科学技術館の解説）によると、シャボン膜の表面で反射した光と、膜内に入って裏面で反射して膜を往復した光が干渉し、強め合う波長の光が目に届く。強め合う波長は膜の厚さで変わる［1］。NTT・キヤノンの解説も、膜の表面と内面で反射する光が重なる現象を光の干渉と呼び、シャボン玉の色の原因に挙げる［2］［5］。

せっけんの分子は、水になじむ部分（親水基）と水になじまない部分（疎水基）を持つ界面活性剤で、空気と水の境界に並ぶ。シャボン膜は、その分子に守られた水の薄い層になる［7］。色を出す物質が膜に含まれているのではない。

光は、波の ような すがたで 進みます。シャボン玉の まくに 光が 当たると、一部は 表で 反射はんしゃし、のこりは 中へ 入って うらで 反射はんしゃします。すると 目には、ほんの 少し おくれた 2つの 光が 重なって とどきます。

プールに 石を 2つ 落とすと、波が 重なって、大きく なる ところと、消える ところが できます。光でも それに にた ことが おきて、これを 干渉かんしょうと いいます［2］。ただし 光の 波は 目に 見えませんし、プールの 波と まったく 同じでは ありません。

強め合う 光の 色は、いろいろです。白い 光の 中には、いろいろな 色の 光が まざって いるからです。

光は波の性質を持ち、波の山と山が重なれば強め合い、山と谷が重なれば弱め合います。この重なりを干渉といいます［2］。プールに石を二つ落としたときの、水の波の重なりに近い出来事です。ただし光の波は目に見えず、比べられるのは「重なると強弱ができる」という点までです。

白い光には、いろいろな波長の光が混じっています。膜の表と裏で反射した二つの光は、波長ごとに強め合うか弱め合うかが違います。強め合った波長だけが目立つので、それが色に見えます［1］。

反射のとき、波は半分ずれる

CCSの解説によると、空気から入った光が膜の表面で反射するとき、位相が半波長ぶんずれます。膜の中を進んで裏面で反射した光は、ずれません［3］。この違いも、強め合うか打ち消し合うかの条件に加わります。

光は波として重なる。膜の表面で反射する光と、膜の中を往復して裏面で反射する光の間には、二つの差がある。一つは経路の差で、垂直入射なら裏面で反射した光は膜厚tの2倍だけ余分に進む［4］。もう一つは反射による位相の変化だ。

OpenStaxの教科書によると、屈折率の大きな媒質の面で反射すると180°（半波長）の位相変化が起こる［4］。CCSの解説は、空気側から見た薄膜の表面反射光は位相がπ（1/2波長）ずれ、膜内に進んで多重反射した光はずれない、と説明する［3］。裏面は屈折率の下がる側で反射するので、ずれない。

経路の差と半波長のずれの合計で、波長ごとに強め合うか打ち消し合うかが決まる。白色光には多くの波長が混じるため、残った波長の組み合わせが色として見える［1］。

強め合う 光の 色は、まくの 厚あつさで かわります［1］。まくの あつさは 場所ごとに ちがい、時間が たつと かわります。だから、色が まだら もようで、いつまでも 動くのです。

見る 角度でも 色は かわります［5］。シャボン玉を 少し ずらして 見ただけで、色が かわる ことが あるでしょう。

まくの あつさは、とても 小さな 数で 表します。1ミリの 100万分の 1が 1ナノメートル（nm）です。ある せつめいでは、およそ 370nmの あつさで 明るい ピンク、300nmで 黄色、240nmで 青緑、150nmで 黄色から だいだい色に 見えると あります［1］。これは 目安の 数です。

強め合う波長は膜の厚さで変わるので、厚さの違いは色の違いになります［1］。膜の厚さはむらがあり、場所ごとに違います。だから同じ玉の中に、いろいろな色がまだらに並びます［5］。厚さが時間とともに変わると、色も動いていきます。

見る角度や、膜の屈折率などの条件でも、強め合う波長は変わります［5］。玉をゆっくり動かして色が変わるのは、そのためだと考えられます。

田所氏の解説には、膜厚と色の対応の例があります。1nmは1mmの100万分の1です。膜厚370nmでは青と赤が強まって明るいマゼンタ、300nmでは緑と赤でイエロー、240nmでは青と緑でシアン、150nmではイエローからオレンジに見えるとされます［1］。これは代表例で、入射角や屈折率が変われば数値は変わります。

膜の厚さ、見る角度、屈折率などの条件で、強め合う波長は変わる。膜厚にはむらがあるので、場所ごとに違う色が見える［5］。膜厚が時間で変われば、同じ場所の色も動く。

田所氏の解説（図3・図5）は、白色光の各波長のうち、強め合った波長を足したものが色に見えると示す。膜厚370nmでは青と赤が足されて明るいマゼンタ、300nmでは緑と赤でイエロー、240nmでは青と緑でシアン、150nmではイエローからオレンジに見える［1］。

この膜厚は、ある条件を仮定した代表例で、固定値ではない。入射角や屈折率が変われば、同じ色を出す膜厚も変わる。

シャボン玉の 中の せっけん水は、じっと して いません。重力じゅうりょくで、下へ 下へ 流れます。すると てっぺんから だんだん うすくなります［1］。

風の ない ところで 見ると、色は てっぺんを 中心に、わのように ならびます［1］。

わくに はった まくを 立てると、下が あつくて 上が うすい まくに なります。高さで あつさが ちがうので、色が 横じまに なります［6］。

シャボン玉の中の液は、重力で下へ流れます。そのため、てっぺんから少しずつ薄くなります。空気の流れをおさえて見ると、色が同心円状に並ぶ様子が観察できるといわれます［1］。

立てた膜では、横じまになる

カリフォルニア大学サンタバーバラ校の授業用の実験では、垂直に張った石けん膜を使います。重力で液が抜けるので、膜は下が厚く上が薄くなります。高さによって強め合う波長が違うので、虹色の縞ができます。膜が薄くなるにつれて、縞の幅は広がり、数は減っていきます［6］。

田所氏の解説によると、シャボン玉のてっぺんが薄くなるのは、重力でシャボン液が下へ流動するためだ。空気の流れを抑えると色が同心円状に並び、てっぺんには最も薄い領域である黒膜ができる［1］。

UCSBの授業用実験（Soap film interference）は、垂直に張った膜で同じ現象を見せる。重力で液が抜け、膜は下が厚く上が薄くなる。高さごとに強め合う波長が違うので、虹色の縞ができ、膜が薄くなると縞の幅は広がって本数が減る［6］。

まくが とても うすく なると、色が 消えて 黒く 見える ところが 出て きます。光の 波の 長さに くらべて まくが うんと うすいと、表の 光と うらの 光が 打ち消し合い、はね返る 光が なく なる ためです［4］。

この 黒い ところは、せっけんの 分子が 水の そうを はさんで 2まい ならんだ、5ナノメートルほどの まくだと せつめいされて います［1］。1ミリの 20万分の 1ぐらいです。

膜が可視光の波長より十分に薄くなると、表面反射の半波長のずれの影響で、どの波長も打ち消し合います。反射光がなくなるので、膜は黒く見えます［4］。

ペランが扱った最も薄い黒膜は、石けん分子が水の層の両側に並んだ2分子膜で、厚さは約5.5nmと紹介されています［1］。石けん分子1個の長さは約2nmです。5.5nmは1mmの約18万分の1です。

ペランは「38段の階段」を数えた

フランスの科学者ジャン・ペランは、1914年ごろ、水平に張った膜を顕微鏡で観察しました。最も薄い黒膜から最初の紫まで、厚さが38段階に分かれた膜を見つけたと伝えられています。紫の膜厚を210nmと見積もり、38で割った約5.5nmを、1層の厚さとしました［1］。

分子がまだ「仮説」だった頃の話です。

膜が可視光の波長よりも十分に薄くなると、表面反射の半波長のずれの効果だけが残り、全波長が打ち消し合って反射光がなくなる。最も薄いところほど暗くなる［4］。

田所氏の解説によると、ペランが扱った最も薄い黒膜は、せっけん分子が水の層の両面に並んだ2分子膜で、厚さは約5.5nmだ。石けん分子の長さは約2nm、2分子膜の厚さは5〜6nmで、ペランの研究と一致する［1］。5.5nmは1mmの約18万分の1にあたる（1mm÷5.5nm≒18万）。

ペラン（Jean Perrin）は、水平に張った膜を顕微鏡で見て、最も薄い黒膜から最初の紫まで38段階の厚さの膜があることを見つけた。紫の膜厚を210nmと推定し、同じ厚さの膜が積み重なっていると仮定して、210nm÷38≒5.5nmを黒膜の厚さと結論した［1］。解説は「1914年当時」と書く。実験の年を細かく特定することはしない。

ただし、黒膜の厚さは資料で値が分かれる。英語版Wikipediaは、common black film約50nmとNewton black film約4nmという分類を挙げる［7］。黒膜は一つの厚さに決まらず、種類で違う。この記事は、田所氏が紹介するペランの2分子膜の値（約5.5nm）だけを扱い、50nmの値は使わない。

デュワーは、直径20cmの枠に張った膜を、清浄な空気で満たした瓶に封じ、1年以上割らずに保存したと紹介されている［1］。玉が割れる直接の原因（蒸発や液の流れのどれが主か）は、今回確かめた資料では断定できなかった。

うすい ものが 色を 出すのは、むかしから 気に された ふしぎでした。1665年に、イギリスの ロバート・フックが 『ミクログラフィア』と いう 本で、うすい そうの 色の しまを 書いた と つたえられて います［8］。

その あと アイザック・ニュートンも しらべ、『光学』と いう 本に くわしい かんさつを のこしました［1］［8］。

シャボン玉の 色が、うすい まくの 干渉かんしょうの 色だと はっきり させたのは、ヤングと フレネルだと されて います［1］。

薄い層に現れる色の縞は、昔から人を引きつけました。ウィキペディアのニュートンリングの項目によると、ロバート・フックは1665年の『ミクログラフィア』でこの現象を記し、ニュートンは翌1666年に調べ、1704年の『光学』にまとめました［8］。これはニュートンリング（レンズと板のすきま）の経緯で、シャボン玉そのものを最初に調べた人と言い切ることはできません。

フックは光を波と考え、ニュートンは粒と考えた側でした。二人の間で論争になったと伝えられています［8］。ニュートンは『光学』に、シャボン玉の色の細かい観察も残しました［1］。

色の正体を明らかにした二人

シャボン玉の色が薄膜の干渉色であることを明らかにしたのは、イギリスのヤングとフランスのフレネルで、それが光の波動説の確立につながったと紹介されています［1］。

薄い層の色の縞は、ロバート・フックが1665年の『ミクログラフィア』に記した。アイザック・ニュートンは1666年に調べ、1704年の『光学』（Opticks）で発表した。フックは波動説、ニュートンは粒子説を支持し、論争になった［8］。これはニュートンリングの経緯で、シャボン玉を最初に調べた人を決める話ではない。

田所氏の解説は、ニュートンが『光学』にシャボン玉の色の精細な観察記録を残したことを紹介し、シャボン玉の色が薄膜の干渉色であることを明らかにしたのはイギリスのトマス・ヤングとフランスのフレネルだとする。それが波動光学の確立につながった［1］。

ペランの38段の実験も、その延長にある。薄膜の色から厚さを見積もる方法が、分子の大きさを調べる道具になった。薄膜の色の研究は、波動光学の発展にもつながった。

おうちの 人と いっしょに、黒っぽい お皿に せんざいを 少し とかした 水を 入れて、ストローで 小さな あわを 1つ 作って みましょう。せんざいの 水は 口で すわないで、息を そっと ふくだけに します。

まどの 明かりの 下で、あわの 色が どう 動くか 見て みます。風が あると 色が みだれるので、風の ない ところで 見ると いいでしょう。てっぺんの ほうに、黒っぽい ところが 見えるかも しれません。

雨の 日には、道ろに うかぶ 油の 色も 同じ しくみだと いわれます［7］。見る ときは 歩道の 上から、くるまに 気を つけます。

おうちの人と、黒っぽいお皿に洗剤を少し溶かした水を入れ、ストローで小さな泡を作ってみましょう。洗剤水は吸わず、息をそっと吹くだけにします。窓の明かりの下で、泡の色がどう動くかを見ます。風があると色が乱れるので、風の入らない場所を選びます。

ずっと見ていると、てっぺんのほうが黒っぽくなることがあるかもしれません。ただし、すべての泡でそうなるわけではありません。

雨の日の道路で見かける油の膜の色も、同じ薄膜干渉が原因だといわれます［7］。歩道の上から、車に気をつけて見てください。

観察は簡単にできる。大人と一緒に、黒い皿に洗剤を溶かした水を薄く入れ、ストローで小さな泡を一つ作る。洗剤水は吸わない。窓明かりの下で、色の動き方と、てっぺんが暗くなるかどうかを見る。空気の流れがあると同心円が崩れる［1］。数分後に黒い領域が現れるかは、泡の大きさや環境で変わり、必ず起きるとはいえない。

同じ薄膜干渉は、雨で濡れた道路に浮いた油膜の色の原因でもある［7］。歩道から、車に注意して観察する。

資料を読むなら、科学技術館の田所氏の解説（膜厚と色の図3・図5、ペランの38段）が入り口になる［1］。位相のずれと経路差の式は、OpenStaxの薄膜干渉の節が詳しい［4］。