牛乳はなぜ白い？

朝の食卓に置かれた、コップ一杯の牛乳。あまりに見慣れているので、牛乳が白いことを不思議に思う人はあまりいないでしょう。けれども、あらためて考えると奇妙です。牛乳はおよそ87%が水で、残りはたんぱく質や脂肪、乳糖などです。水は透明ですし、白い絵の具のような色素が入っているわけでもありません。

では、あの白さはどこから来るのでしょうか。答えの鍵は、牛乳の中を漂う、目には見えないほど小さな粒にあります。

牛乳は「粒の浮かんだ水」

牛乳は、水の中にたくさんの小さな粒が散らばった液体です。おもな粒は二種類あります。

ひとつは脂肪の粒、「脂肪球」です。牛乳の脂肪は溶けずに、薄い膜に包まれた小さな玉となって浮かんでいます。大きさは平均すると直径2〜4マイクロメートル（1マイクロメートルは1000分の1ミリ）ほどです。市販の牛乳の多くは、この脂肪球を細かく砕く「均質化（ホモジナイズ）」という処理がされていて、粒は0.4マイクロメートルほどまで小さくなっています。

もうひとつは、たんぱく質の粒です。牛乳のたんぱく質の約8割は「カゼイン」と呼ばれ、たくさんの分子が集まって「カゼインミセル」という球状のかたまりを作っています。その大きさは、およそ0.1マイクロメートル。脂肪球よりさらに小さな粒です。

光をあらゆる方向にはね返す

私たちの目に見える光は、波長がおよそ0.4〜0.7マイクロメートルの電磁波です。牛乳の中の粒は、ちょうどこの波長と同じくらいか、それより少し大きいものが多いのです。

このくらいの大きさの粒に光が当たると、光はまっすぐ進めずに、あちこちの方向へ散らばります。これを「散乱」といいます。しかも、波長と同じくらいかそれより大きな粒は、赤も緑も青も、どの色の光もほぼ同じように散らします。

牛乳の中では、この散乱が数えきれないほどくり返されます。光は粒から粒へとはね返されて、奥まで届かず、やがてあらゆる方向へ出ていきます。すべての色がまんべんなく混ざって目に届くので、私たちには白く、そして向こうが透けない色に見えるのです。

雲や雪が白いのも、同じ理由です。雲は小さな水滴、雪は氷の粒の集まりで、一粒ずつは透明なのに、たくさん集まると光を散らして白く見えます。ビールの泡や砂糖の粉が白いのも、仲間の現象です。

脂肪を抜くと、ほんのり青くなる

面白いのは、脂肪を取り除いた脱脂乳です。よく見ると、ふつうの牛乳よりわずかに青みがかって見えることがあります。

脱脂乳で光を散らすのは、ほとんどカゼインミセルだけになります。カゼインミセルは光の波長より小さいため、波長の短い青い光を、赤い光よりも強く散らす性質があります。その結果、散らされた光に青が多く混じり、ほんのり青白く見えるのです。

これは、空が青く見えるしくみとよく似ています。空気の分子は光の波長よりずっと小さく、青い光を強く散らすので、昼間の空は青くなります。

コップの中に夕焼けを作る

このしくみは、家でも確かめられます。透明なコップに水を入れ、牛乳を数滴だけ落としてよく混ぜます。暗い部屋で懐中電灯の光を横から当てると、水の中に光の通り道が浮かび上がり、横から見ると少し青っぽく見えます。

反対側から、光源のほうをのぞきこんでみてください。今度は光が黄色やオレンジ色がかって見えるはずです。途中で青い光が横へ散らされてしまい、残った赤っぽい光が届くからです。夕焼けが赤いのとそっくりの現象を、コップ一杯で再現できるのです。

牛乳を濃くしていくと、光はもっとたくさん散らされて、やがて真っ白になります。白さとは、色が「ない」のではなく、すべての色が散らばって混ざり合った姿なのです。