火を知らない大昔の我々の祖先は, 真暗な夜をどのように過ごしていたのであろうか。私たち現代の生活は光を除いたら成りたたない。身の回りを見渡しても光を発生する物質が非常に多い。太陽, 電球, 蛍光燈, ブラウン管, ガスの炎, あるいはホタルやいなずま, などがある。太陽の光は核融合による放射エネルギーであり, 電球の光はタングステン線が電気抵抗により加熱されたことによる。蛍光燈の場合にはガス放電と蛍光体との組み合わせによる発光である。現在, レーザーや発光ダイオード, さらに新しいSOR光などが注目されている。また化学反応によっても光が生じる。

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光は, 波と粒子の二つの顔をもっている。量子力学では, 光はhvのエネルギーをもつ粒であり, 光子(フォトン)と呼ばれる。物質は光と相互作用を行い光の吸収と放出が起こる。光の放出(発光)には自然放出と誘導放出という二つの異なった過程が存在する。分子は光子を吸収することによって, エネルギーを獲得し励起状態に飛び移る。分子の励起エネルギー準位の位置・遷移確率は分子によって異なっており, その分子に固有の光吸収スペクトルと色を与える。励起状態は温度に直すと1万度以上のエネルギーを保有した分子の"興奮状態"であり, 発光以外にも, イオン化, 電子移動, エネルギー移動, 分解等の様々な化学変化の過程をたどる。

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1960年ヒューズ研究所のMaimanがルビーの二準位間の遷移を利用してLaser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation : 放射の誘導放出による光の増幅作用)発振に成功して以来, レーザーはその単色性, コヒレント性, 高エネルギー密度を利用して, ホログラフィー, レーザー加工, 高速高密度記録, ラマン等の分光分析, さらにはUの同位体分離などと各種分野に広く応用されてきた。一方1962年GE社の研究所のHallらがGaAsのp-n接合を用いて半導体レーザーの発振に成功した。このレーザーは液体窒素温度でしか発振しなかったが, 1970年になりAlferovやHayashiがGaAlAsのダブルへテロ構造で常温レーザー発振に成功し, この後急速に半導体レーザーが伸展した。この半導体レーザーは小型性, 可変調性などの特徴から主に光通信, 情報記録分野に使用され, さらにCD (Compact Disk)で代表されるDAD (Digital Audio Disk)に1982年応用されて以来, 新しいレーザーの利用分野を広げていった。ここではこれらレーザーとその一つの応用分野のCDについてその原理や材料について記述する。

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「情報化社会」「情報化時代」, 「情報……」と言われて久しい。「情報化」の波は既に我々の日常生活のレベルにまで押しよせている。身の回りのもので昔に比べて格段に便利になったものを考えてみよう。大なり小なりコンピューターによる情報処理が関係している場合が多いのに気付くはずである。より大量に, より速く, 情報を伝達, 整理したい, より小さな, より軽い道具でそれを実現したい, との欲求の下, すさまじい技術革新がなされている。「光」と「化学」はここでも大活躍をしている。迅速な情報処理技術を支えているのは, コンピューターの一つ一つの素子である。本稿では, コンピューターのLSI(大規模集積回路)作りの基礎, 光印刷, 光リソグラフィーについて概観する。

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百聞は一見に如(し)かずといわれるほど視覚情報は圧倒的に多い。莫大(ばくだい)な光情報を効率的に処理できる視覚プロセスのカラクリは何か。眼の構造とその構成材料の巧妙さには驚嘆せざるをえない。視覚情報受容の主役はなんといってもロドプシンの光化学反応である。遺伝子工学の進展によって, ロドプシンなど視物質の分子メカニズムも明らかになってきた。青, 緑, 赤の3原色を受容する錐体細胞の発見は, 色の識別プロセスの謎を解き明かした。視覚プロセスの謎解きはしだいに脳の内部に迫っている。人工網膜, 人工視覚への新たなチャレンジも始まっている。

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絶滅が心配されたホタルも, 最近は各地で復活が報ぜられるようになった。誠に喜ばしいことである。夏の夜のロマンを感じさせるホタルの光も, 科学の目で見れば本当に不思議なものの一つである。光を物質に変える植物の光合成とは逆に, 物質を光に変える方法を知っているのは, ホタルなどほんのわずかな生物だけであるのはなぜだろうか。我々は謙虚に彼らからそのしくみを教わるしかない。そこからは自然の原理の一つを学ぶことができるに違いない。

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私たちが日ごろ親しんでいるあの華麗な光と色を放つ花火は, いつごろどのようにしてできたのだろうか。そして, どうしてあのような奇麗な光や色が出せるのだろうか。このような疑問に答えるために花火とよく似た炎色反応を取り上げ, 両者を比較しながら燃焼に伴う発光発色現象を調べてみると, 花火は2500℃付近の温度で最も奇麗な色が得られるように, 分子状態の物質が発する光を巧みに利用していることがわかった。

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モリブデン・ブルー法は, 古くから用いられているリンの高感度吸光光度分析法である。この方法の基礎をなす発色物質, リンモリブデン・ブルーの化学的性質, Keggin構造と呼ばれる特異な構造を解説し, リン酸イオンの定量分析実験への応用例を示した。

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化学の学問的性格がいかなるものか, 数学・物理学や生物学とどう違うのか, をエポニミーという現象を例にして考える。化学は, 膨大な数の物質の法則性を「傾向」といった半定量的思考で整理しながら新しい物質を創り出す。体系的, 定量的思考の数学・物理学と, 個別的・定性的思考の生物学の中間に化学がある。さらに化学では基礎と応用とがともに科学であり, 研究方法の違いがない。新しい性質の発見, 新しい機能性材料の発明, 基礎から応用の広い範囲, 直感や想像力の有効性, これが化学者の特権である。このような化学が日本人向きであることは, 発表論文数(世界第3位, 近々2位となろう)特許数(第1位, 世界の55%)からも示される。この視点も若い人々を化学に招待するに役立つと思う。

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風を送るというテーマは, これから紹介するように, 日常よく使われているドライヤーなどをどのように用いれば便利な使い方ができるか, から始める。そして"風を送る"をさらに発展させると"空気を送る"-すなわち加圧, 減圧を含める-ことになり, たくさんのアイデアが集まった。2回に分けて紹介しよう。

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