肉眼では見えないもの

目に見えない細かいほこりが空気中に舞っています。しかし，そこへ窓から一筋の陽光がさし込むと，それまで見えなかったものが突然見えてきます。射通すような光線のおかげで，人間の目でも微小なほこりが見えるようになるのです。

可視光線について，もう少し考えてみましょう。可視光線は，肉眼では白あるいは無色に見えます。しかし，太陽光線が適当な角度で水滴を通過すると，どうなるでしょうか。水がプリズムの役目を果たし，美しい色をした虹が現われます。

実のところ，わたしたちの周りにある物体は様々な波長の光を反射しており，それがわたしたちの目に色として映ります。例えば，緑色の草は，それ自体が緑の光を出しているのではなく，緑以外の波長の可視光線をすべて吸収し，緑の波長の光を反射しています。そのため，わたしたちの目には緑色に見えるのです。

人間が造った機器の助けを借りて

最近では，近代的な発明によって，肉眼で見えない様々なものが見えるようになってきました。普通の顕微鏡があれば，生き物などいそうにない水滴の中に，多種多様な生物が所狭しとうごめいている様子を見ることができます。また，一見すべすべして滑らかに見える髪の毛の表面も，きめが荒くぎざぎざしていることが分かります。極めて高性能の顕微鏡は物体を100万倍に拡大することができます。これは，1枚の切手を小さめの国の大きさに拡大することに相当します。

現在では，さらに高性能の顕微鏡を使うことによって，研究者は物質の表面の輪郭画像を原子のレベルまで拡大して見ることができます。こうして，つい最近まで人間には見えなかったものを見ることができるのです。

目を転じて夜空を見上げると，星が見えます。どのくらい見えるでしょうか。肉眼ではせいぜい数千個しか見えません。しかし，ほぼ400年前に望遠鏡が発明されてからは，もっと多くの星が見えるようになりました。そして1920年代には，ウィルソン山天文台の高性能望遠鏡によって，わたしたちの住む銀河系以外にもたくさんの銀河が存在することや，その一つ一つに無数の恒星があることも明らかになりました。今日，宇宙探査用の精巧な機器を使用する科学者たちは，銀河は幾百億もあり，その多くには幾千億もの恒星があるものと考えています。

本当に驚くべきことですが，望遠鏡のおかげで，密集しているように見えるために“天の川”と呼ばれる無数の星が，実際には想像を絶するほどの距離で散らばっていることも明らかになりました。同様に，高性能顕微鏡の助けを借りることによって，中身がつまっているかに見える物体も実際には原子から成っており，その原子はほとんど空間でできている，ということを目で見られるようになりました。

極微の世界

普通の顕微鏡で見ることのできる最も小さい物でさえ，100億個を上回る原子でできています。とはいえ1897年には，原子が軌道を周回する極めて小さい粒子，すなわち電子を有していることが発見されました。やがて，電子の軌道の中心にある原子核は，電子よりも大きな粒子である中性子と陽子でできていることが分かりました。地球上で天然に存在する88種類の原子，つまり元素は，基本的にはどれも同じ大きさですが，重さは異なります。これら三つの基本的な粒子の数が順々に増えて，それぞれの元素ができあがっているからです。

電子 ― 水素原子の場合は1個だけ ― は原子核のまわりの空間を100万分の1秒に数十億回という速さで回っており，それによって原子は外形を持ち，あたかも中身が詰まっているかのように機能します。電子約1,840個分の質量が，陽子あるいは中性子1個の質量に相当します。そして陽子も中性子も，原子そのもの全体の約10万分の1の大きさしかないのです。

原子の内部がどれほどがらんとしているかを理解するために，水素原子の原子核と，そのまわりを回っている電子を思い浮かべてみてください。1個の陽子から成るその原子核がテニスのボールの大きさだとすれば，電子は約3㌔離れたところを回っていることになります。

電子発見100周年の記念式典に関する報告はこう述べています。「だれも見たことがなく，識別可能な大きさもないのに，測定可能な重さを持ち，電荷があり，なおかつこまのように回っているもの，それを記念することをほとんどだれもためらわない。……今日，人間の目に見えないものも確かに存在するという考えに異論を唱える人などいない」。

もっと小さな物体

物質の粒子同士を衝突させることができる加速器によって，今や科学者たちは原子核の内部をかいま見ることができます。その結果，文献には，耳慣れない名を持つ多くの粒子が登場します。少し挙げるだけでも，陽電子，光子，中間子，クォーク，グルーオンなど，たくさんあります。これらはどれも見ることができません。最も性能の良い顕微鏡を使っても見えないのです。しかし，霧箱，泡箱，シンチレーションカウンターなどの装置によって，その存在の形跡が観察されています。

研究者たちは現在，かつては見ることのできなかったものを見ています。そのため，四つの基本的な力と考えられるもの ― 重力，電磁力，および“弱い力”と“強い力”と呼ばれる素粒子間に働く二つの力 ― の重要性を理解しつつあります。一部の科学者は，いわゆる“究極の理論”を突き詰めようとしており，それによって，一つの理論で巨視的なものから微視的なものまで宇宙を分かりやすく説明したいと考えています。

肉眼では見えないものを見ることからどんな教訓が得られるでしょうか。また，多くの人は学んだ事柄に基づいてどのような結論に達したでしょうか。続く記事ではその点を取り上げます。

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ニッケルの原子（上）とプラチナの原子の画像

[クレジット]

Courtesy IBM Corporation, Research Division, Almaden Research Center

見えないものに目を凝らす ― 何が明らかになるか

人間が新しい発明品を使い，カーテンを開けるかのようにして，それまで見ることのできなかったものを見る時，何が成し遂げられるでしょうか。そうすることによって，以前は未知であった事柄をある程度確実に断定できるようになる場合があります。―下の囲み記事をご覧ください。

昔の人は，地球は宇宙の中心であると信じていました。しかし，望遠鏡を使うようになると，地球をはじめとする惑星は太陽を中心とした所定の軌道上を回っていることが明らかになりました。さらに最近では，高性能の顕微鏡の発明に伴い，人間は原子そのものを調べるようになり，異なる種類の原子が結びついて，いわゆる分子を形成している様子を観察しています。

生命の維持に不可欠な物質である水の分子の組成について考えてみましょう。水素原子2個は設計どおりに独特な仕方で酸素原子1個と結合し，水の分子を形成します。そして，1滴の水には水の分子が幾十億個も含まれています。水の分子を調べ，さまざまな環境下での性質を観察するなら，どんなことが分かるでしょうか。

水の不思議

水は1滴1滴だとたいへん単純に見えますが，極めて複雑な物質です。実際，ロンドンにあるインペリアル大学の科学関係の著述家ジョン･エムスリー博士は，水は「数ある化学物質の中で特によく研究された物質であるが，いまだに最も理解されていない物質でもある」と述べています。ニュー･サイエンティスト誌（英語）によれば，「水は，地上で最も見慣れた液体ではあるが，同時に，最も謎に包まれたものの一つでもある」のです。

エムスリー博士の説明によると，水は単純な構造であるにもかかわらず，「他のいかなるものよりも複雑な性質を持って」います。博士は例を挙げてこう述べています。「H₂Oは……気体であるはずなのに，実際は液体である。その上，……凍ると，固体である氷は[普通予想されるように]沈むのではなく，浮くのだ」。この珍しい性質について，アメリカ科学振興協会の元会長ポール･E･クロプステグ博士は，次のように述べています。

「これは，魚類など水生生物の生命を維持するための驚くべき設計であると思われる。もし水が冷えて氷点に達したときに前述の性質を発揮しないなら，どんなことが起きるか考えてみよう。氷が形成されてどんどん大きくなり，ついには湖全体が氷の塊になり，海洋生物もほぼ全滅するだろう」。クロプステグ博士は，水のこの意外な性質は「目的を持つ卓越した知性が宇宙に作用していることの証拠」であるとしています。

ニュー･サイエンティスト誌によると，今では研究者たちは，どうして水がこのような珍しい性質を持っているのかを理解したと考えています。研究者たちは，水の膨張を正確に予測する初の理論モデルを作り上げ，「謎を解くかぎは，水と氷の構造における酸素原子の間隔にある」ことを突き止めました。

驚くべきことではありませんか。全く単純に見える分子1個ですら，人間の理解欲をそそるのです。しかも，水はわたしたちの体重の大半を占めています。あなたも，2種類の元素から成るわずか3個の原子でできたこの分子の驚異は「目的を持つ卓越した知性が……作用していることの証拠」だと思われるのではありませんか。とはいえ，水の分子は極めて小さく，他の多くの分子に比べるとずっと単純です。

非常に複雑な分子

分子の中には，地上で天然に存在する88種の元素のうちの何種類かの原子が何千個も集まってできているものもあります。例えば，DNA（デオキシリボ核酸の略）の分子は，あらゆる生物の遺伝のためのコード化された情報を収納しており，1個の分子が数種類の原子を何百万個も含んでいることもあります。

DNAの分子は，途方もなく複雑であるにもかかわらず，直径がわずか0.0000025㍉ほどしかなく，あまりにも小さいために高性能の顕微鏡の助けなしでは見ることができません。DNAが人の遺伝を決定することを科学者たちが発見したのは，1944年のことです。この発見がきっかけとなって，このきわめて複雑な分子の徹底的な研究が始まりました。

とはいえ，DNAと水は，物質を構成している数多くの分子の中の二つにすぎません。では，生物にも無生物にも共通に含まれている分子が数多くあるという理由で，生物と無生物の間には何らかの単純な段階あるいは移行があるにすぎないと結論すべきでしょうか。

長い間，一般にそう考えられていました。「生化学の知識が増すにつれてギャップは埋まるだろうと，特に1920年代と30年代の多くの権威者たちは述べていた」と，微生物学者のマイケル･デントンは説明しています。しかし，やがて，実際にはどんなことが発見されたでしょうか。

生命は特別で類例のないもの

科学者たちは，生物と無生物を橋渡しする中間的なもの，あるいは一連の漸進的な段階を見つけられると期待していましたが，デントンによると，「1950年代初頭に分子生物学における数々の革命的な発見がなされたことにより」，明確な隔たりの存在が「ついに立証され」ました。現在では科学者たちにとって明白な事実となっている注目に値する点について，デントンはさらにこう説明しています。

「現在では，生物界と無生物界の間に断絶が存在することだけでなく，それが自然界のあらゆる不連続性の中で最も劇的かつ根本的なものであることも分かっている。生物細胞と，結晶や雪片など最も秩序だった非生物体との間には，想定し得るかぎりの広大で絶対的な隔たりが存在する」。

もちろん，分子を作り出すのがやさしいというわけではありません。「分子から生きた細胞へ」（英語）という本の説明によると，「小さな分子の構成要素の合成は，それ自体が複雑」です。しかし，そうした分子を作ることも「その後，最初の生きた細胞を生成するために生じたに違いない事柄に比べれば，子どもの遊び」にすぎません。

細胞には，バクテリアのように単独で遊離した生物体として存在するものもあれば，人間などの多細胞生物体の一部として機能するものもあります。平均的な大きさの細胞を500個集めると，英語の文章の終わりに打つピリオドほどの大きさになります。ですから，細胞の働きを肉眼で見ることができないのも当然です。では，顕微鏡で人体の1個の細胞を調べると，どんなことが明らかになるでしょうか。

細胞 ― 偶然によるもの？ それとも意図されたもの？

まず第一に，生きた細胞の複雑さには驚嘆せずにいられません。ある科学関係の著述家は，「最も単純な生きた細胞でさえ，通常の成長を遂げるには，何万という化学反応が調和よく生じる必要がある」と述べ，こう疑問を投げかけています。「一つの微小な細胞の中で一度に2万もの反応すべてをどのように制御できるのだろうか」。

マイケル･デントンは，最も微小な生きた細胞でさえ「超小型の工場」になぞらえられるとし，こう述べています。「その工場には，複雑ながら絶妙に設計された，分子の機械類が幾千台も備わっている。それらの機械は，全部合わせると1,000億個もの原子でできており，人間が組み立てるどんな機械装置よりはるかに複雑で，これに匹敵するものは非生物界には一つもない」。

科学者たちは今でも細胞の複雑さに悩まされています。そのことについて2000年2月15日付のニューヨーク･タイムズ紙はこう述べています。「生物学者が生きた細胞について理解すればするほど，その働きをすべて解明するという仕事はますます困難に思えてくる。人間の平均的な細胞はあまりにも小さくて見えない。しかし，今この瞬間にも，その10万個の遺伝子のうち最高3万個のスイッチがついたり切れたりして，細胞に必要な管理を行なったり，他の細胞からのメッセージに反応したりしているかもしれない」。

同紙はこう問いかけています。「それほど小さく，それほど複雑な機械を分析することなどできようか。そのうえ，たいへんな努力を傾けて人間の細胞1個を完ぺきに理解できたとしても，人体には少なくとも200種類の細胞があるのだ」。

ネイチャー誌（英語）は，「創造の本当のエンジン」と題する記事の中で，体の各細胞の中にある微小なモーターが発見されたことを伝えています。それらのモーターは回転して，細胞のエネルギー源であるアデノシン三リン酸を作り出します。ある科学者はこう考えました。「細胞に見られる分子システムに似た分子機械システムを設計製作する方法が分かったら，どんなことが可能になるだろう」。

細胞の持つ創造的な力のことを，考えてもみてください。人体のたった1個の細胞のDNAに含まれている情報量を書き出せば，このサイズの紙に約100万ページ分にもなるのです。それだけではなく，1個の細胞が分裂して新たな細胞を作り出すたびに，その同じ情報が新しい細胞に伝えられます。あなたの体には100兆個もの細胞があり，一つ一つにその情報がプログラムされていることを，あなたはどう思われますか。偶然にそうなったのでしょうか。それとも，優れた設計者がそのようにしたのでしょうか。

あなたの達した結論も，生物学者ラッセル･チャールズ･アーティストと同じでしょう。アーティストはこう述べています。「われわれは，[細胞の]始まりと，その継続的な機能を説明しようとするとき，圧倒的なだけでなく克服しがたい問題に直面する。もっとも，理性と論理に基づき，ひとつの英知あるいは知性がそれを生み出したと断言するなら話は別である」。

事物の驚嘆すべき秩序

何年も前のこと，当時ハーバード大学の地質学の教授だったカートリー･F･マザーは，次のような結論に達しました。「わたしたちは，偶然や気まぐれの宇宙ではなく，法則と秩序の宇宙に住んでいる。その管理当局は徹頭徹尾合理的であり，最高の敬意を受けるに値する。自然の持つ驚嘆すべき数学的な体系について考えてみたまえ。その体系があるからこそ，元素すべてに連続した原子番号を付すことができるのである」。

では，その「自然の持つ驚嘆すべき数学的な体系」を手短に取り上げてみましょう。古代から知られていた元素aは，金，銀，銅，すず，鉄などでした。中世においては，ヒ素，ビスマス，アンチモンの存在が錬金術師によって確認され，その後，1700年代にはさらに多くの元素が発見されました。1863年には，各元素が発する特有の色の波長を分けることのできる分光器によってインジウムの存在が確認され，63番目に発見された元素となりました。

当時，ロシアの化学者ドミトリー･イワノビッチ･メンデレーエフは，元素はでたらめに造られたのではないと結論していました。そしてついに1869年3月18日，彼の論文「元素体系概説」が，ロシア化学会で発表されました。その中で，メンデレーエフはこう断言しています。『わたしは，偶然によるものではなく，何らかの明確かつ精密な原理に導かれた体系を確立したい』。

この有名な論文の中で，メンデレーエフはこう予言しました。「これからも未知の単体が数多く発見されるにちがいない。例えば，アルミニウムとケイ素に似た，原子量65から75までの元素である」。メンデレーエフは16個の新しい元素のために空欄を残しておき，予言の根拠について尋ねられると，こう答えました。「根拠など必要ありません。自然の法則は，文法の法則とは異なり，例外を許さないのです」。そして，こう付け加えました。「わたしの知らない元素が発見されるとき，もっと多くの人がわたしたちに注意を払うようになると思います」。

まさにその通りになりました。「その後15年の間にガリウム，スカンジウム，ゲルマニウムが発見され，それらの属性はメンデレーエフの予言と正確に一致しており，周期表の妥当性とその作成者の名声を不動のものとした」とアメリカーナ百科事典（英語）は説明しています。20世紀の初頭までに，存在している元素すべてが発見されました。

化学研究者エルマー･W･マウラーが述べているように，「この見事な配列が偶然に生じたはずがない」ことは明らかです。調和のとれた元素の秩序が偶然に生じる可能性について，化学の教授ジョン･クリーブランド･コスランはこう述べています。「[メンデレーエフが]存在を予言していた元素がその後すべて発見され，それらの元素がほぼ予言どおりの属性を持っていることによって，そうした可能性は事実上，消え去った。メンデレーエフの偉大な概説が『周期的偶然』と呼ばれることなどない。むしろ，それは『周期律』なのである」。

元素と，それがどのように組み合わさって宇宙の万物を形作っているかをつぶさに調べた結果，著名な物理学者でありケンブリッジ大学の元数学教授でもあるP･A･M･ディラックはこう語りました。「神は非常に優れた数学者であり，宇宙を造る際に極めて高度な数学を用いたとも説明できるだろう」。

極微の原子や分子や生きた細胞であれ，肉眼で見える範囲のはるか彼方にある巨大な銀河の星々であれ，見えない世界に目を凝らすのは実に興味深いことではないでしょうか。そうした経験は人を謙遜にします。あなたご自身はどうお感じになりますか。こうした物には何が反映されていると思われますか。あなたは肉眼で見える以上のものをご覧になりますか。

[脚注]

[5ページの囲み記事/図版]

速すぎて見えない

馬がギャロップで走るときの動きはたいへん速いので，19世紀には，すべてのひづめが同時に地面から離れる瞬間があるかどうかについての論争が生じました。1872年になってようやく，エドワード･マイブリッジが写真を使った実験を開始し，その後，この論争に決着をつけました。マイブリッジは初の高速度連続撮影技術を考案したのです。

マイブリッジは少しずつ間隔を置いて24台のカメラを並べ，それぞれのカメラのシャッターからひもを1本ずつトラックの反対側まで張り渡し，馬が走るときにそのひもをひっかけ，シャッターを切るようにしました。このようにして撮影された写真を分析した結果，馬の足が完全に地面から離れる瞬間のあることが明らかになりました。

[クレジット]

Courtesy George Eastman House

[7ページの図版]

水が凍ると，沈まずに浮くのはなぜだろう

[7ページの図版]

DNA分子は直径わずか0.0000025㍉ほどしかないが，そこに含まれている情報を書き出せば，100万ページ分になる

[クレジット]

Computerized model of DNA: Donald Struthers/Tony Stone Images

[8ページの図版]

100兆個ある体細胞の一つ一つの中で，何万という化学反応が調和よく生じている

[クレジット]

Copyright Dennis Kunkel, University of Hawaii

[9ページの図版]

ロシアの化学者メンデレーエフは，元素が偶然にできたのではないと結論した

[クレジット]

Courtesy National Library of Medicine