Proceedings of the 1st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japanand the 29th Linear Accelerator Meeting in Japan (August 4 - 6, 2004, Funabashi Japan)

THE SCIENCE EYE AND SCALPEL IN 21ST CENTURY
I. SatoInstitute of Quantum Science Nihon University,
7-24-1 Narashinodai, Funabashi-shi, Chiba-ken, 274-8501
Abstract
Although the science in the 20th century accomplished remarkable development by discipline,
such as science, engineering, agriculture, and medicine, the starting point is man's intellectual
appetite, and is the result of many people investigating the strange world by avaricious raw.
Although the walk in the world and the help of research which utilize an accelerator and are notvisible had been carried out until now, the play heart worked and the future was viewed bynatural curiosity with whether it is interesting to see what from now on and to investigate what
recently. It decided to arrange this and to tell as science of eye on lookers see more than players.

２１世紀のサイエンス・アイとメス
１．はじめに
最近、科学という言葉を頻繁に使うようになり、何気なく使われている科学の意味を識者がどう解釈している大変気になって調べてみた。広辞苑では、
科学とは「世界の一部分を対象領域とする経験的に論証できる系統的な合理的認識」１）とある。又、更に「通常は哲学とは区別されるが、哲学も科学と同様な確実性をもつべきだという考えから、科学的哲学、哲学的科学という用法もある」とある。ついでに哲学を調べると、「世界・人生の究極の根本原理を追求する学問」とあり、「賢哲の希求という意を表す
ため希哲学と訳し（西周）、やがて哲学という訳語が行われるに至った」と注釈がついている。一方、ギリシャでは哲学が愛知という意味であり、「古代ギリ
シャでは学問一般を意味し、のち諸科学の分化・独立によって世界・人生の根本原理を取り扱うものとなり、単なる体験的表現ではなく、あくまで合理的認識として学的性格をもつ」と書いてあり、言葉の解釈の奥深さを改めて認識させられる。同時に、科学という言葉を解釈するのに、東洋と西洋の文化や文明に対する考え方に相違があるにもかかわらず、その整合性を取る見事さと、その解釈に対する熟慮の深さに大変感服した次第である。又、言葉の意味が世間に認知される内容になった経緯まで丁寧に説明してあり、更にその解釈にも魅了させられた。
本来、科学は社会科学と自然科学に分類されて使われるべきであるが、現在では、科学は自然科学と同じ意味に使われている。これはここ数世紀の自然科学の目覚ましい発展の足跡によるところが大である。
ここでは、科学の発展に科学者がどのように係わったかを辿りながら、２１世紀の科学は、何を目指しているのかを、野次馬根性で展望してみる。

２．ガラスと近世の科学

１５～１６世紀にヨーロッパに広まった人間精神の全般的な革新を目指す文化活動（ルネッサンス）
は、コペルニクスの地動説（１５４３）を誘導した。
オランダではガラス製造とガラス加工の技術が急速に進歩し、ヤンセン（Zacharias Jansen）による顕微鏡の創製（１５９０）や、リツペルスハイよる
望遠鏡の創製（１６０８）に進展した。これをガリレイーは凸レンズと凹レンズを組み合わせた望遠鏡（１６０９）、更に、ケプラーは凸レンズ２枚を接眼鏡に用いた本格的な天体望遠鏡（１６１１）に改良した。これらの技術は良質なガラス実験器具を提供した。
顕微鏡と望遠鏡は、それまでに想像すら出来なかったミクロな世界と遠い天体の動きを目で直接見る手段を科学者に提供した。ガラス実験器具は視覚で直感できる新しい実験手法を生み出した。科学者の思索範囲は飛躍的に拡がり、これまで抽象的な概念
として捕らえていた光、力、運動、真空、生命を量的に表現する基盤を作った。このことは、１７世紀に光の屈折（スネル）、慣性の法則・運動量の保存（デカルト）、真空の証明（トリチェリー）、大気圧の証明（パスカル）、光の回折（グリマルジ）、ボイルの法則（ボイル）、細胞の確認（フック）、光の分散（ニュートン）、遠心力（ホイヘンス）、毛細血管の発見（マルピーギ）、微生物の存在（レーウェンフック）、
光の波動説（ホイヘンス）、エネルギーの概念（ライプニッツ）、運動の法則（ニュートン）、種の概念（レー）等の諸原理や諸概念を生み出した。これらは、その後の物理学、化学、生物学上の発展に計り知れない大きな役割を果たした。
このように近世に於ける自然科学基礎の創生にガラスが大きい貢献をした。その理由はガラスが無色透明の物質であり、その溶融液体の粘性が極めて大きいことにある。即ち、ガラスは溶融状態の原子配置が転移状態であり、非平衡状態から安定な平衡状
態に向かって強い力で進んでいるが、それに拮抗す
る強い粘性力に妨げられ、なかなか安定になれず緩137Proceedings of the 1st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japanand the 29th Linear Accelerator Meeting in Japan (August 4 - 6, 2004, Funabashi Japan)

和時間の極めて長い緩和状態にある。この性質は溶融状態で自在な成形を可能にする。この性質を把握するには、ガラス製造と同様に経験的な積み上げと技能が必要であり、これらはガラス職人らによって伝承されてきた。
話は少しそれるが、ガラスの起源はエジプト、メソポタミヤなど古代オリエントの文明に遡り、フィニキァと古代ローマに引き継がれ、その技術はローマ帝国の崩壊とともにヴェネツィアに停留し、一部はコンスタンティノーブルでサラセン文化の影響のもとで育成された。
ガラスは陶器の発達を媒介として発展したが、当初は実用品よりも愛好品の色合いが強かった。中世
ヨーロッパではヴェネツィアが伝統的にガラス技術を寡占し、その技術は古代ローマ時代により後退していたと云われている。しかし、中世ヨーロッパにおける都市の発達とその富の増大は、１４世紀以降にヴェネツィアから欧州全体にガラス技術の流出を起した。例えば、家屋の採光用の板ガラスの需要に伴って、板ガラス製造技術が向上し、オランダでは海岸周辺で海藻灰による透明度の高いガラス製造に成功した。これに加工技術の向上が加わり顕微鏡、
望遠鏡、実験用ガラス器具などを創製する基盤になった。

３．近代科学の幕開け
このように、近世科学の飛躍的発展に、ガラスの製造・加工技術が大きく貢献したが、しかし、これらの技術も一夜で成し遂げられるものではなく、先人が長い年月かけて蓄積した文化遺産に立脚するものである。
肉眼では判別できないものを顕微鏡で見ると想像すら出来ない微生物を目にした時の驚嘆、望遠鏡で惑星とその衛星の動きを観測し、惑星の周りを規則
正しく回転する現象、片側を封じた長いガラス管に水銀を満し、ガラス管を垂直に立てると、その高さが７６０ｍｍ以上の上部に空白が出来ることは、誰の目でも確かめられ、生命体に対する概念、力と運動の概念、大気や真空の概念に説得力のある説明できた。ガラスの科学はそれまでの思考中心であった
哲学的科学の概念に革命を起こしたとも云える。
その後の技術進歩により、細菌・微生物の発見や天体観測に威力を発揮し、生物学・医学や天体物理学に多大な貢献をした。顕微鏡や望遠鏡はミクロな物質や星や星雲の形状を観測するには有効な道具であったが、光学顕微鏡や天体望遠鏡では観測できる範囲が物質の表面や物体の動きに限られ、更に新しい現象を見つけるためには、約２世紀後の革命的なツールの出現を待たなければならなかった。

４．粒子と波動の科学
１８４０年代に数学者のブリュッカーは、ファラデーとの交友で物理に興味を持ち、気体や結晶の磁気的性質、低圧気圧の放電の研究を行っていたが、ガラス細工に卓越した技能をもったガイスラーが水
銀蒸気を用いた真空ポンプの製作（１８５５）に着手して高真空を得ることに成功すると、真空ポンプを取り付けた真空放電管の製作をガイスラーに依頼し、この装置を使って気体放電実験を行った。この装置の気圧を下げると陰極に近いガラス壁に蛍光（１８５８）が現れ、磁場を与えると蛍光の位置が変わることを発見した。この研究はヒットルフに受け継がれ、蛍光は陰極から高速粒子線が放出されガラス壁に衝突するためであるとわかり、これを陰極線（１８６９）と名付けた。更に、ペランは陰極線が負電荷を運ぶことを証明（１８９５）した。これはガラスと真空と電気の科学が融合した研究成果であった。
レントゲンは陰極線の研究で、放電管の近に置いたシアン化白金バリウム蛍光板が蛍光を発することに気が付き、放電管を黒い紙で覆っても蛍光板が光ることを確認したが、この現象が粒子によるものか
波動によるもの明確でなく、その本姓が不明であるところから、Ｘ線（１８９５）と名づけた。その後の陰極線の研究では、偏光性（１９０５）や特性Ｘ
線（１９０９）らしきものが検出された。ゾンマー
フェルトは、Ｘ線の波長が０.４Å程度（１９１２）であることを示し、ラウエらは結晶によるＸ線回折実験からＸ線が波動性（１９１２）を持つことを完全証明しＸ線の謎は解けた。
一方、ベクレルは、Ｘ線発生実験でルックス管のリン光から放射線（Ｘ線）が発生することを知って、全てのリン光物質が同種の放射線を放出するのではと想像し、実証実験を行った結果、ウランが放射線（１８９６：ベクレル線）を発生することを発見し、これを放射能と名付けた。
ＪＪトムソンは、マックスウエルの後を継いで２８才の若さでオックスフォード大学のキャベンディ
シュ研究所所長（１８８４）になり、研究を気体放電現象に集中した。一方、キャベンディシュ研究所
では、ＪＪトムソンの指導の下に、ラザフォードは
Ｘ線が気体を電離させ正負のイオンをつくること（１８９６）を発見した。ＪＪトムソンは陰極線が電場や磁場をかけたとき粒子線の曲がりから粒子が負の電荷をもつことを確認して電子の存在（１８９７）を実証した。ラザフォードは、ベクレル放射線
をその透過力の違いによりα線とβ線に分類（１８９９）し、α線を磁場で曲げる実験からα線が正電
荷の重い粒子（１９０２）である示した。
又、ソディとともにトリウムからでる気体の放射性物質とトリウムの放射性沈殿物（誘導放射能）を発見して「放射性変換説」（１９０３）を提出し、原子が永久不変でないことを示した。又、α線がヘリウムイオンであることを実験的に実証（１９０８）
した。ガイガーらがアルミ箔にα線を照射した実験をモデルにして、α線の散乱大角度現象は原子内で正電荷を集中し点電荷を仮定すると散乱実験が理論的に説明できることを示し、この実験から原子内の正電荷核の大きさは１０－１３ｃｍ程度であることを示唆（１９１１）した。又、第３の放射線（γ線）が電磁波（１９１４）であることを証明し、更に、窒素原子がα線によって破壊されて水素原子核が生138

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僅かな格子歪みの検出などが可能になった。
コンプトン散乱では照射Ｘ線が物質中の電子状態を変えて散乱されるので、散乱強度の測定から結晶中の電子状態、特に運動量分布を知ることができる。
特に、電子線やＸ線照射による特性Ｘ線および蛍光Ｘ線は、物質に固有な波長であることから、微量物質の同定や不純物の分析に用いられている。
フェルミは統計力学の研究で１原子完全気体の量子化を試みフェルミ統計（１９２６）を発表し、この統計を原子内の電子群に展開し、ついでに電気力学を手がけて定式化に明快な量子電気力学（１９３２）を発表すると、研究対象を原子から原子核に移行し、その研究目的をパウリの中性微子の仮説を媒介したハイゼンベルグの原子核模型に基づく原子核のβ崩壊理論（１９３３）であった。又、ジョリオ・
キュウリー夫妻がα粒子を使った人工放射能（１９３３）を発見すると、中性子による原子核反応実験を企画し、周期律表に従い最も軽い水素から順次重い原子に中性子を照射し、フッ素で初めて人工放射能生成に成功した。特に、ウランの中性子実験では人工放射能元素の生成を観測し、超ウラン元素の存在を予測し、更に遅い中性子の大きな原子核破壊作用を確証し、ハーンやシュトラスマンが中性子によるウランの核分裂（１９３８）の発見を誘導した。
ファシスト政策に憎しみを持ち、スウェーデンか４．サイエンス・アイとメスとはら米国に渡り、ウランと黒鉛によるウランの自己持続的連鎖核反応装置（１９４２）の製作に成功し、Ｘ線は物質を透過する力が強く、物質による吸収
現在の原子炉の源泉となった。又、ロスアラモス研に違いや、物質内の原子や分子の構成電子に作用した情報などを外部で観測することが可能なことから、 究所では原爆製造の顧問となったが、戦後はシカゴー大学教授として、原子炉からの中性子源に注目し、物質の内部構造を観測できる革命的なツールであっ結晶に中性子回折や原子核の中性子拡散の重要性をた。
指摘、諸素粒子間の相互作用に関する理論的と実験
その透過力の強さと物質の吸収の差は、その後、的研究、宇宙線の起源、多重中間子生成などの研究
骨折、結核、癌などの医療診断に、或いは溶接箇所、を積極的に推進した。特に物質の原子構造や原子内金属の厚みや傷など非破壊検査に工業利用された。
電子状態に関する基礎知識を深め、医学、化学など
更に、Ｘ線の波長による吸収の違いは、固体内の電多方面の研究に応用された。
子状態や非晶質や合金の原子配位（ＥＸＡＦＳ）に、
２０世紀の前期、高速粒子線（α線）が原子内構或いはＸ線のイオン化作用は、有機・無機質を損傷造の探究に有効であることが明らかになり、電場やするので、放射線治療や集積回路の微細加工（Ｘ線
磁場を利用した荷電粒子の加速装置が試みられた。
リソグラフィー）などに応用された。
アイジングは高周波電場を使って直線的に加速す
又、Ｘ線は光と同様に物質によって散乱され、弾る加速器（１９２４）を提案し、ウェデレはこれを性散乱（トムソン散乱）と非弾性散乱（コンプトン
重イオンに応用し試験的加速（１９２８）に成功し散乱）に分類できる。トムソン散乱はＸ線で照射さた。一方、磁場を利用して荷電粒子を回転させ高周れた物質の原子や分子を構成する電子系が強制的に波電場で加速する試み（１９３１）がローレンスと摂動を受け、原子や分子は分極振動してＸ線を散乱
リビングストンによって発明され、原子核実験、放するが、照射Ｘ線と散乱Ｘ線の振動数は等しい。し射線同位体の生成、π中間子発生、医療用に利用さかし、散乱Ｘ線は互いに干渉し、物質が液体や非晶れた。コッククロフトはキャベンディシュ研究所で質でも散乱強度は散乱方向に依存することになる。
強磁場と低温の研究をしていたが高電圧で陽子を加特に、結晶性物質では、原子が規則正しく配列され速する仕事に移りワルトンと交流を使って直流高電
３次元的な格子構造になっているので、結晶と照射圧を発生するコッククロフト・ワルトン型加速器（１Ｘ線が特定の方位にあるときのみ、特性の方向に散乱される。これはラウエが発見した回折現象であり、 ９３２）を製作し、６００ＫｅＶに加速したプロト
ンをリチウムに照射し８.６ＭｅＶのα粒子２個発
この回折Ｘ線を結晶中に想定した格子面に対する鏡生させた。よりミクロな世界を探索するためのツー面反射と解釈し、ブラック反射と呼んでいる。このルとして、粒子加速器が脚光を集め、加速器がサイブラック反射を詳しく解析することにより、結晶格
エンス・アイであるともに未知の世界を探るメスで子の原子配列や結晶配列の規則性を知見でき、物質の構造決定や結晶中の転移、格子の歪みの直接観測、 あることが明らかになった。カーストによりベータ
まれることを発見（１９１９）して、これを陽子と名付けた。これは人工的な原子核反応の最初の実験となったが、この実験結果から、中性子の存在（１９２０）を予言した。
このように、トムソンの門下生であったラザフォ
ードは原子核に関する多くの業績を残した。キャベ
ンディシュ研究所では、トムソンの指導の下で、リチャードソンが熱電子（１９０１）、タウンゼントがタウンゼント放電（１９０３）、ランジュバンが常磁性の理論（１９０５）、Ｃ.Ｔ.Ｒウイルソンが霧箱の発明（１９１１）、アストンが非放射性物質Ｎｅの同位体（１９１９）、コンプトンがコンプトン効果（１９２２：Ｘ線が散乱物質中の自由電子によって散乱され、波長が長くなる現象の発見）等、傑出した科学者を輩出し、８名の研究者がノーベル賞を受賞した。
一方、ド・ブロイは物体の運動に付随した仮想的な波を導入し、一定周期で閉軌道上を運動する電子
適用し、電子の内部振動位相と仮想波の位相が一致する運動の安定点がボアの量子条件を満たすことを示して、物質波（１９２３）の概念にした。この物
質波の存在は、デウィソン、ジャーマ、トムソン、菊池正士らの電子線回折実験（１９２７）により証
明された。

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トロン（１９４１）が発明され、マクミランとベク
スラーにより別々にシンクロトロン（１９４５）が提案され、粒子加速器の高エネルギー化が促進された。一方、日の目見なかった直線加速器は、第２次世界大戦中にレーダー研究とともにマイクロ波技術が進歩し、大電力マイクロ波管（マグネトロン、クライストロン）が出現し、荷電粒子を短時間に加速する線形加速器を可能した。一方、アルバレらはドリフトチューブ型の線形加速器を製作し陽子加速（１９５５）に成功し、陽子シンクロトロンの建設を容易にした。
高エネルギー加速を目的とするサイクロトロンは電磁石に大量の鉄材と膨大な電気エネルギーを必要とするので、世界の各国ではシンクロトロン建設の必要性が強調され、シンクロトロン計画が次々に提案された。
欧州では高エネルギー陽子加速器を国際協力の下に建設する計画が提案され、スイスに原子核研究所を設立して２８ＧｅＶ陽子シンクロトロン（１９５９）に完成した。一方、米国では強収束シンクロト
ロンが検討され、ブルックヘブン研究所に３３Ｇｅ
Ｖ陽子シンクロトロン（１９６１）が完成した。
スタンフォードにはパノスキーらによって、３Ｋｍ長の２０ＧｅＶ電子線形加速器が建設され（１９６１）に完成した。ゲルマンらがクォーク理論（１９６４）を発表すると、フリードマン、ケンドール、
ティラーらはこの加速器を使い、水素標的に電子ビームを照射して深非弾性散乱実験（１９６８）を行
い、実験結果からクォークの存在を示唆した。
ドイツではハンブルグに７ＧｅＶ電子シンクロト
ロン（１９６４）、ソ連ではセルプコフに７６ＧｅＶ
陽子シンクロトロン（１９６７）、更に米国ではイリノイに陽子シンクロトロンを２段にした直径２ｋｍの４００ＧｅＶ新型陽子シンクロトロン（１９７２）が完成し、加速器建設の国際競争は一時的に小康状態となった。
加速粒子を物質標的に衝突させる方法では、加速粒子のエネルギーが大きくなるにしたがって、エネ
ルギー利用効率が小さくなることから、加速粒子と加速粒子の衝突加速器が提案された。スタンフォー
ドに電子と陽電子の４ＧｅＶ衝突加速器（１９７２）が完成すると、リヒターらが電子・陽電子衝突実験
で新粒子（Ｊ／ψ）を発見（１９７４）したが、一方、ブルクヘブンでも共鳴幅が異常に狭い重い粒子（Ｊ／ψ）を発見していた。衝突加速器における新粒子の発見は衝突加速器計画に拍車がかかり再び国際競争を激化した。
ＣＥＲＮでは、陽子と反陽子の２７０ＧｅＶ衝突
加速器（１９８２）を完成すると、ルビアらが陽子と反陽子の衝突実験デターからＷ、Ｚ粒子を発見（１９８３）して、ワインバーグ、サラムが提唱した統一理論（１９６７）を確固にした。
このようにサイエンス・アイとメスの役割を果たしていた粒子加速器は更に巨大化し、直径４０Ｋｍの加速器計画（ＳＳＣ）が提案され、ツールとしての粒子加速器は大きな転換期を迎えた。

一方、電子線の回折実験（１９２７）は電子顕微鏡の可能性を示唆し、ポリエスとルスカによって電子顕微鏡（１９３１）が出現し、この後の技術的進
歩により倍率が数十万倍に達し、光学顕微鏡では識別が不可能であった、色々な金属の筋転移網、結晶構造、細菌、細胞の組織構造の観察に威力を発揮した。又、ゼルニケによる位相差顕微鏡（１９３５）の考案は染色しないで生きた生体を直接観測できる利点から生物学の進展に大きな貢献をした。細胞学
ではコンドリーオソームやゴジル体の実存が証明され、細胞分裂の際の核、染色体、紡錘体の行動を追求でき、分裂ウイルスの研究やパラディーよる生体
細胞内のミトコンドリアの分離（１９４８）や促進した。タンパク質結晶のＸ線回折研究は進展し、ポーリングとコリーはタンパク質結晶のＸ線回折解析からタンパク質の分子構造に螺旋構造（１９５１）を想定し、ワトソン、クリックによるＤＮＡの２重らせん構造（１９５３）の解明を促進した。ポーリ
ングは分子構造に立脚した免疫抗体構造と形成に理論や酵素反応と分子構造に関する独特の知見を示し生命科学の発展に大きな足跡を残した。
ベータートロンや電子シンクロトロンでは電子が円軌道を回転すると角加速度を受けて、電子が減速し光を放射する現象（シンクロトロン放射）が観測されていた。この放射光は非常に波長スペクトル幅
が広く、数ＧｅＶ電子シンクロトロンでは強い硬Ｘ線を放射することから、電子をリングに貯蔵する専用加速器（電子ストレジリング）を建設し積極的に放射光を利用しようという計画がＸ線関連研究者から提案され、世界各国で電子ストレジリングの建設を開始した。放射光は硬Ｘ線から遠赤外線まで広い
波長領域の高輝度光であり、自然には存在しない光として珍重された。強力な軟Ｘ線は高度の集積半導体回路の微細加工光源として、又、放射光を分光し単色化する研究が進展すると、単色Ｘ線による結晶中の電子分布測定が可能になり、Ｘ線回折による複雑な結晶構造の高次解析に進展した。これはタンパ
ク質結晶の分子構造を次々に明らかにした。この機
運はＤＮＡ情報解読（ゲノム）を国際プロジェクトに進展させた。タンパク質の構造解析は遺伝子解明
や生体構造が持つ機能発生メカニズムの研究を大きく促進するであろう。

５．２１世紀のサイエンス・アイとメス
２０世紀を鳥観すると、２１世紀に残された大きな宿題は、重さの起源といわれるヒッグス粒子の存在確認と生命誕生の起源や生命体の機能メカにガムの解明であると考えられる。
２０世紀に活躍した粒子加速器、放射光光源、Ｘ線発生装置、各種電子顕微鏡、ＮＭＲ、各種レーザ
ーなどは更に改良され性能が向上し、これまで以上にサイエンス・アイと・メスの役割を果し、色々な研究に有効なツールとして活用されるであろう。又、ヒッグス粒子の探索には、超大型衝突加速器が必要であることは言うまでもない。
一方、生命科学では、遺伝子の情報によって造ら
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れるタンパク質がどのような構造で機能を持っているかを調べる手段としてＸ線が非常に有効である。
しかし、タンパク質のＸ線回折から分子構造を決定する場合、高分子の立体構造の骨格を成す炭素、リン、窒素、酸素の存在は確認できるが、タンパク質
機能の主役を果たす水素の存在を感知できないために機能メカニズムが見えてこない。この部分は中性
子回折を頼りにすることになるが、Ｘ線回折で水素が見えるツールを開発することが、２１世紀の１つの課題である。
地球ができたのは約４６億年前と推定され、地球上には生物はむろん有機物も存在していなかったと推定される。その後、大気や海洋の激しい変動により、アミノ酸が作られ、やがてそれらがでたらめに繋がって原始的なタンパク質か生成したと考えられる。原始的なタンパク質が作られた時期に原始的な核酸もつくられ、原始的な核酸を材料に、非常に小さい原始的な生命が発生したのは約３０億年前と推定されている。
現在、地球上に存在する超分子（生命体を含む）
は多水素結合を基盤としている。多水素分子は、個々の水素結合力は弱いが、多水素結合でその結合力の弱さを補い、しなやかで丈夫な分子として存在している。又、部分的に結合が切断されても、親水作用を通じて簡単に修復する仮想機能を取得し、このメカニズムは炭素や窒素の元素を媒介し触媒や酵素により複雑な生命体のような超分子に成長している。
この水素結合エネルギー領域は、太陽が照射する
可視光領域とほぼ一致し、特に生物はその恩恵に浴している。しかし、この波長領域では水の光吸収が極端に弱いことが、超分子形成に大きな役割を果たしている。
酵素は通常生体細胞の中で作られるタンパク質である。酵素の触媒作用は極めて特異であり、ただ一種の物質か或いは共通の構造要素をもつ一群の物質にしか作用しないことが知られている。その種類は多く、機能によって酸化還元酵素（オキシドリダクターゼ）、転移酵素（トランスフェラーゼ）、加水分解酵素（ヒドラーゼ）、離脱酵素（リアーゼ）、
異性化酵素（イソメラーゼ）、合成酵素（リガーゼ）に分類している。最近は酵素の機能をもつ物質が合成する試みが行われ、クラウンエーテルやクリプタンドなどの環式化合物が産出されている。
酵素が特定の基質にのみ選択的に作用する酵素の基質特異性は、基質分子と酵素上の基質が結合する部位が、立体構造的に鍵と鍵穴の関係で結合していることによる。即ち、基質分子が酵素の基質結合部位に接近すると、基質結合部位の構造が基質に適合するように微妙に変化し、結合を助けるようにも考えられ、これを誘導適合と呼んでいる。酵素には、
基質特異性が非常に厳密で、一種類の基質にしか作用しないものから、基質特異性が比較的緩やかで類縁物質に作用するものまで、多種多様である。動物の細胞内には千種類から四千種類の酵素が存在するが、それでも混乱が起きないのは、このメカニズムにある。

機能性生体分子は基本的には超分子であるが、人工的超分子の研究が活発になってきている。特に王冠状の分子構造をもつクラウンエーテルは大環状ポリエーテルであり、環の内側の空孔にアルカリ金属
陽イオンやアミノ酸陽イオを取り込み安定な錯体（超分子）をつくることができる。この孔を調整して、任意のアルカリ金属イオンを選択的に捕獲し、アミノ酸の光学異性体の分割が行える。環の外側は疎水性であり、クラウンエーテルに捕獲された陽イオン（親水性）は有機溶媒に溶けやすくなる。特定の波長の光をこの孔の半径の調節に活用することが考えられる。一方、陰イオンを捕獲するクリプタン
ドや複数個のフェノール単位を持つカリックスアレーンなどの環状化合物は、包接体のホストに適した構造であり、環の大きさや化学的性質に適したゲストを選択的に捕獲するので、未知の機能を持つ超分子が生成される可能性が持っている。
これらの分子は弱い相互作用で集合し、最も安定な状態をつくる自己集合によるカプセル型超分子の生成が注目されている。この中に閉じこめられた分子の性質は通常の性質とは著しく異なっており、普通の条件では起こらない反応が起こり、不安定な物質を安定化することも不可能ではない。
生命科学の基本は生命活動状態で、これらの構成
因子から情報を得ることである。色々な酵素を生命体に送り込み光酵素反応を通じて酵素を制御し目的要素に情報を与える、或いは情報を収集させ回収する。即ち、ロボットの役割をもった酵素による生命
体高分子機能を探索である。以上のことから２１世
紀のサイエンス・アイとメスはタンパク質で造られるロポット酵素にある。化学における光触媒反応でも同様ことが可能と思われる。

６．まとめ
科学は最も人間くさい学問である。自然に存在する原理や原則を人間に都合のよいように解釈し、時には間違いが科学の主役になることもある。
この１００年間、人類がどのような幸せを望みどのような社会を理想とするかによって、科学の発展の方向は大きく変わる。しかし、現在の科学学者は競争の社会で互いにしのぎを削っている状態では、
多くの科学者が、どんな事象に驚嘆し、何を不思議に思い、どんな現象に注目し、どのようなツールを開発して、どのように真理に迫るかの動向を調査す
ることは不可能である。ほんの僅かであるが、その動向に触れることができる機会は、科学研究費や共同利用実験の申請内容にあるが、分野が細分化された現状では、これらの動向を見極めることは不可能である。一方、色々な研究会に発表される内容は、動向の一部が精査されたものであり、これらから傾向は知ることができるが、動向は常に水面下にあり動向を探ることは所詮無理である。これらのことを意識しながら、これまでの科学の発展経緯や多くの科学者との情報交換から、現在の科学を鳥瞰し、２
１世紀の科学に焦点を当て見た。

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