こだわりアカデミー
回転するゆで卵が立ち上がる！ 誰も解けなかった謎を解明
身近な謎を発見して解き明かす悦び
慶應義塾大学法学部教授
下村 裕 氏
しもむら ゆたか
1961年京都生まれ。84年東京大学理学部物理学科卒業、89年同大学院理学系研究科博士課程修了。理学博士。同大学理学部助手、慶應義塾大学法学部助教授等を経て、2000年より現職。00〜02年英国ケンブリッジ大学に研究留学。06〜12年まで慶應義塾志木高等学校校長を兼務。専門は「力学、流体物理学、乱流の統計理論」。現在は、研究とともに、主に文系の大学生に科学的な発想と思考、実験の楽しさを伝える物理学の授業を行っている。著書に、『ケンブリッジの卵』（慶應義塾大学出版会）、『卵が飛ぶまで考える』（日本経済新聞出版社）など。
2014年1月号掲載
学生時代に読んだ『コマの科学』がきっかけに
──先生は「ゆで卵を回転させると立ち上がる」現象を理論的に解明されたことで有名だと伺いました。実は私は知らなかったのですが、実際にやってみたら本当に立つんですね。
下村 身近にありながら、まだ解明されていない現象というのは意外とたくさんあります。回転するゆで卵が立つ現象についても、広く知られているにもかかわらず、その仕組みの解明は物理学の世界でも長年の謎とされてきました。
──不思議な現象ですよね。先生は流体力学が専門だそうですが、なぜ、このような研究をされたのでしょうか？
下村 そもそものきっかけは学生時代に読んだ本です。物理学者の戸田盛和先生の『コマの科学』（岩波書店）という著書に、回転するゆで卵が立つ現象が紹介されていたんです。でもその仕組みはよく分からなかった。その後、大学で文系の学生に物理を教えるようになり、戸田先生の別の著書を参照する機会があったんですが、やっぱり原理が分からない。関係する論文なども見つからない。もしかして「オープン・クエスチョン（未解決の問題）」なのか…と、いつか自分で考えてみようと思っていたのです。
──そういう前段があったのですね。オープン・クエスチョンとなると、なかなか魅力的なテーマです。
下村 その後、2000年から2年間、ケンブリッジ大学に研究留学しました。もちろん最初から卵の研究をしようと思っていたわけではありません（笑）。「流体力学」の中でも、燃料と酸素が混合して化学反応を起こす燃焼乱流という難しいテーマにチャレンジするつもりだったんです。それがひょんなことから、後に共同研究者となるニュートン研究所所長のキース・モファット先生の講演を聞く機会を得て、研究テーマが一転しました。モファット先生は流体力学では世界的に有名な神様のような存在です。オイラーディスク（写真参照）に関する講演だったのですが、なぜか最後にモファット先生が卵を取り出しまして…。
──そこでまた、卵に出合ってしまったんですね（笑）。
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| オイラーディスク。「円盤状のものを回転させると、倒れるに従い音が高くなる」という現象を利用したおもちゃ。凹面状の板の上で重いディスクを回すと次第に音が変化する様子が分かる。この現象も完全には解明されていない＜写真提供：下村裕氏＞ |
下村 そうなんです（笑）。でも先生は回転するゆで卵が立つ現象は学生が解くのにちょうどいい難しさの問題だとおっしゃって、自身が解析された式を披露されました。「なんだ未解決の問題ではなかったのか」とがっかりしたのですが、後日自分で計算してみると逆に立ち上がらないことしか証明できない。でも実際、卵は立つわけですから、結局、何かが間違っているということになります。しばらくして先生と再会した際にその話をしたところ、先生から即座に共同研究の申し出をいただいたのです。実は先生の計算が間違っていて、卵が立つ理由は解明できていないことが分かりました。それからはひたすら計算です。でも何回計算してもどうしても立つことが証明できない。3カ月は試行錯誤の連続でした。
──3カ月も計算を！ その粘り強さが何かを発見する原動力なのですね。解明の鍵は何だったのでしょうか？
下村 卵が台との接触点で滑ることです。それを考慮に入れて計算したら立ったんです。「逆立ちゴマ」が逆立ちする原理と似ていることも分かりました。
──昔ながらのおもちゃの？ 逆立ちゴマというと、球体を切り取って心棒をつけたコマですね。確かに回転させると逆立ちします。これも不思議な現象ですね。
下村 そうです。逆立ちするとき重心が上がるのです。卵とコマは形が違うのですが、高速で回転させた場合に同じような力学的状態になります。重心を高くしようとする結果、逆立ちするんですね。
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逆立ちゴマ |
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| 逆立ちゴマが逆立ちする仕組み。高速で回転させたときに重心を高くしようとする結果、逆立ちする |
ゆで卵は立つ時、なんとジャンプする！
──その理論を世界的に有名なイギリスの科学雑誌『ネイチャー』で発表されたとか。
下村 はい。たまたまその論文を送ったのが、キリスト教のイースター（復活祭（※））の時期に近かったせいか、異例のスピードで受理されました。おかげさまで大きな反響があり、テレビやラジオ、新聞に取材されました。
──先生はさらに新しいことも発見されていらっしゃるんですよね？
下村 はい。回転する卵の運動をコンピューターでシミュレーションしている時に発見したんです。実はゆで卵は立ち上がる時に小刻みに飛び上がるんですよ。0.1�伉�度の小さなジャンプですが誰も気付いていなかった未知の現象です。モファット先生にも最初は信じてもらえないくらいでした。そこで卵を回す装置を作成して、音と電気信号と画像という3つの方法で測定しました。この3つの結果が同じタイミングでジャンプしていることを示していたので正しいと証明できたのです。
──卵一つにそれだけの謎が隠されているとは驚きです。
※イエス・キリストの復活を祝う祭日。特別に装飾されたゆで卵が食卓に出されるなど「卵」がシンボル。
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| 回転するゆで卵が立ち上がる様子＜写真提供：下村裕氏＞ |
「これが何の役に立つの」とよく聞かれます（笑）
──先生は法学部の学生に物理を教えていらっしゃるそうですね。なぜ文系の学生に理系の授業をされているのでしょうか。
下村 福澤諭吉は、学問には「実学（サイヤンス）」が重要だとして、「文系も理系も関係なくまず自然科学を学びなさい」と説いています。「実学」とは実証的な学問のことで、あえて「サイヤンス」とルビをふっています。その精神が生きているのか、慶應義塾大学では文系の学生にも物理を教えているのです。
──学生の反応はどうですか？
下村 最初はとまどう学生もいますが、そのうち非常に興味を持ってくれるようになります。私はゼミの一環で学生と一緒に研究をしているのですが、文系の学生でも回を重ねるごとに驚くほど物理の理屈を理解できるようになりますね。
──ゼミではどんな研究をされるのでしょうか？
下村 身近な不思議をテーマにします。例えば「アメンボはなぜ水上で進むのか」といった内容です。アメンボを捕まえるところから、学生と一緒に遊び感覚でやっています。
──とてもユニークな授業ですね。今後はどういったテーマを？
下村 「さらなる卵の謎」といったところでしょうか。「生卵」は回転させても立たないんです。そもそも中身が液体（流体）なので、慣性の法則が働いてゆで卵のように速く回転させることができません。では、機械で高速回転させたときに立ち上がるのかどうか。実験では今まで一度も立ち上がったことはないのですが、この問題は未だ明快な答えが出ていません。次はこれに挑戦してみたいですね。
──先生のご研究は本当に楽しそうですね。
下村 よく「これが何の役に立つのですか？」と聞かれるのですが（笑）、「いつかきっと役に立ちます」と答えています。
──何をやるにしても科学的思考が重要ですよね。学問だけでなく社会生活、仕事においても大事なことだと思います。これからもどんどん世の中の謎を発見して解き明かしてください。研究の成果を楽しみにしております。 本日はありがとうございました。
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| 『卵が飛ぶまで考える―物理学者が教える発想と思考の極意―』（日本経済新聞出版社） |
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