日本化学会研究会「低次元系光機能材料研究会」ニュースレター
Vol. xx, No. x 20xx

■トピック■

なぜ化学を研究するのか ver.1.2
都立大院都市環境、荒川京介・高木慎介

１．はじめに通常は、トピック欄では具体的な研究内容について書くのであろうが、ここでは趣向を変えて、なぜ化学の研究をするのか、について書いてみたい。このような内容は、個人の嗜好が色濃く出るので、何が正しく、何が間違っているということでもない。通常は、化学者は主観を排し、客観を心がけて文章を書くが、ここでは主観を交えて幾つかの視点から書かせて頂く。すなわち、ここに書かれていることは読者には異論も多く感じられると思うが、コロナ禍の異常な状況のもと、このようなことを書いてみるのも、意味があることであろうと思っている。本稿により、化学をより深く研究してみたいと思う者が、少しでも増えてくれればと思う。

２．化学を取り巻く状況
現在、日本において、化学は学問的にも産業的にも重要な位置を占めている。科学分野全体で、そして、経済全体で日本の衰退が著しい中、化学の重要性はより増している。学問的には、近年の多数のノーベル化学賞受賞やTop１%論文数の国際ランキング（図１）などの指標から見ても、その健闘ぶりがうかがえる。産業的にも、化学産業の存在感が、かつてなく高まっている。近年の経団連会長に化学業界出身者が多いことや化学業界の営業利益（図２）などの指標から見ても、もはや化学産業は日本経済の主役と言っても良い状況である。もちろん、日本のあらゆる分野が衰退している中、決して楽観できる状況ではないが、化学はますますその役割を増している。このような化学に携わっている我々は、幸せであるとともに、その責務も大きい。次節以降、化学というものの中身について、特に学問としての視点から、より掘り下げて考えていきたい。

図１ 主要科学分野における論文数世界順位の推移
図２ 主要製造業の営業利益の推移（文部科学省、科学研究のベンチマーキング2019より作成） （財務省、財務総合政策研究所報道発表資料2019より作成）

３．化学という学問とは学問の定義づけは完全ではなく変わりうるものではあるが、一応、化学は自然科学の一部門であるとされている。自然科学とは、主観を極力排除した唯物論に立脚して自然を理解し、そのことにより人に資する、ことを目指す学問である。人に資する、とは、利便性という狭義の意味もあるが、哲学の礎とするという意味をも包含する。現行の社会では、科学は、数学、物理学、化学、生物学などのように分類されている。数学は言語学とも言えるし、この分類に大きな意味は無いと思われるが、本題を論じるには、まずは、化学という学問のおおよその定義づけが必要であろう。
化学という学問は、歴史的には錬金術に大いに影響を受けている。今では、化学的には金という元素を作ることは困難であることが分かっているが、化学者は、いろいろなものを混ぜたり、処理したりすることで、所望のものを作り出そうとしてきた。それに付随して、いろいろな現象の法則性が明らかとなり、化学現象に対して論理的な理解や予想が可能であるこ─ 1 ─日本化学会研究会「低次元系光機能材料研究会」ニュースレター
Vol. xx, No. x 20xxとが見出されてきた。特に、物理学の影響を受け、物理化学、熱力学、量子化学を導入することによって、その論理性は著しく発展し実質的科学の主要な位置を占めるに至った。
手法に着目すると、原則として、実験と観察、作業仮説化、検証、仮説化、立証、法則化、そして、それらを経る機能化という流れを踏む。化学は実験と観察を源としていることから、帰納法色の強い学問であると言えるが、この帰納法と演繹法を組み合わせた手法は、人類が生み出した最強の論理・実践手法の一つである。ちなみに日本人はこの仮説を立てるという作業に対して極めて慎重であるように感じられる。考察に対して真摯であるとも取れるが、批判を恐れているとも取れる。
個人的には、分からないもの・役に立たなそうなものには目をつぶるという風潮が強いように感じられ、もっと積極的に仮説を出していくべきだと思う（痛い目にもあうが）。
一方、対象物に着目すると、人間というスケールを基準として観察が行われてきたので、化学は主に身の回りの物質を取り扱ってきた。それらは通常、原子、分子の集合体である。アボガドロ数という概念は諸刃の剣ではあるが、化学の特質を良く表している。すなわち、化学は多くの場合に、統計的な数の分子群を対象としている。物理化学においては、このことが暗黙の了解となっており、exponential型や、gauss型の関数が頻出することとなる。すなわち古典的な化学は、数学や確率概念を自然のうちに包含している。量子力学の発展に伴い、現在では電子も主要な研究対象となっている。これらのことを総括すると、化学とは、身の回りの現象（多くは電子、原子の組み替えを伴う）を観察し、多くの場合は確率統計的な概念に基づき、数学という言語を駆使して、身の回りの現象を理解、予測する、ひいては、その理論をもとにして、思い通りの反応、現象を実現する学問体系だと言えよう。現状では、なぜ時間という概念が存在するのかという問いや、超複雑系である生物などの理解は、物理学や生物学に分類されているが、その境界は明瞭なものではない。
図３左には、フランシス・ベーコンやウィルヘルム・ヴントらの分類を参考とした学問体系の一例を示した。もちろん、このような学問の体系化にはいろいろなパターンがあり、確定しているものではない。個人的には、自然科学と人文科学は並列の関係ではないと考える（図３右）が、一応、ここでは、人間が存在しなくても成り立つ学問を自然科学、人間を前提とした学問を人文科学と定義している。将来的には、人文科学は、自然科学を前提とした位置づけに変化すると予測される。
この図から言わんとすることは、自然科学が必ずしも学問のゴールではない、ということである。科学は可能な限り客観を心がけるが、人間である限り主観を完全に排除することは不可能である。科学者にも何かしらの主観が働いており、学問として究めるためには、最終的には、自然科学と人文科学を自身の中で融合、もしくは、整合させねばならない。もう少し具体的に言えば、自然の摂理を知り、生物や自身を知り、天命を知る、とでも言えようか。

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↑人文科学（人間がいて初めて成り立つ学問）↑自然科学（人間がいなく
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てもそこにあるものを対象とする学問）

図３ 学問体系の一例

４．一般的な視点からの化学の有益性
化学という学問は、どのように人に資するのか？ 先にも述べたように、狭義の意味では、化学は生活を便利とするために、自然の摂理を理解するために、大いに人類に貢献してきた。今、自分の視野な中にある人工物を眺めてみれば、その殆どは化学の力で生み出されたものである。一方、広義の意味での化学の有益性とは何であろうか。この問いを考えるためには、そもそも有益性とは何なのかを考えねばならない。現在、大学においても、実用化に資する、役に立つ研究が、有益性─ 2 ─日本化学会研究会「低次元系光機能材料研究会」ニュースレター
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が高いというような風潮が見受けられる。しかし、大学は、半分は教育機関であり、実用化に資する研究ばかりが有益な訳ではない。むしろ、全ての分野に共通する基盤的な能力を身に付けた方が、長期的な視座に立てば、学ぶ者にとっては有益性が高い。すなわち、化学の有益性を考えるには幾つかの視点が必要であり、その分類は明瞭ではなく一部重複するが、例えば、研究面、教育面から考えてみよう。
研究面からは、i) 世の中の利便性を高める材料や物質を創ることができる、ii) 直接、材料の作成などには繋がらなくとも、材料の設計指針や材料作成に必要な原理を明らかとできる、iii) 人類が分からなかった未知の原理、現象を明らかにし、好奇心を満たす、または、刺激する、更には、これらのことを礎として、自身の哲学を磨くことができる、などが挙げられる。教育面からは、iv) 専門的な能力を習得することで、社会で生きるための糧となる、v) 科学的手法が身につき、社会における困難を乗り越える武器となる、vi) 実験、観察を通して自身への客観力を養える、vii) 自然観、サイエンス
力を養うことで、生きるための哲学を育むことができる、などが挙げられよう。
大学における場合は、大学は学問の場であるので、新しい何かに挑戦するということを必ず包含していなければならない。
何かの資格をとるような課程は学問とは呼びにくいので、例えば、iv)だけでは、大学における化学とはなり得ない。従って、何か新しいことに挑戦するという研究的な側面は必須である。一方、大学が、企業ともっとも異なる点は、直接の利益追求を至上としないことであろう。実際は、大学のプロダクトの半分は教育である。大学は自前で経営をすべしという暴論も見かけるが、大学による社会利益の半分は、やはり教育である。ある個人が、大学に行かなかったときと、大学に行ったときの社会への貢献の差額がプロダクトとなる。これを利益に計上せずに大学の存在価値を評価するのは不公平であろう。
少し冗長になったが、言わんとするところは、化学においては、教育も大きな有益性を有するということである。
科学の他の学問、物理学や生物学と比較すると、化学はその研究のスケール感は小さいと感じられるかも知れない。物理学のような根源領域（超微小サイズ、超高エネルギーなど）や、生物における生命現象や複雑性は、現在の化学は包含できていない。しかし、身の回りの現象に直結する学問であるという楽しさ、かつ、かなりの程度の根源に遡った理論に基づいた理解ができるという明晰さ、（数学などで求められる）天才的な才能がなくともひとかどの研究者になれる多様性（数学をほとんど使用しなくても良い化学分野もある）、などの点で化学は魅力的であり、かつ、人に優しい。端的に言えば、先端物理学のように観測不可能（微小すぎる、巨大すぎる、高エネルギーすぎる）でもなく、生物学のように複雑性が高く再現性が取りにくいという曖昧さも少ない。論理的順序で言えば、数学、物理学、化学、生物学と進むのが正統ではあるが、学問への入り口という意味では化学はきわめて有力なものであるように思う。ちなみに、オーギュスト・コントは、実証科学の序列を、物理学、化学、生物学、心理学、社会学としている（図４）。実証科学の視点からは、自然科学と人文科学が同列に存在しているところが示唆に富んでいる。

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図４ 実証科学の序列５．研究者から見た化学の有益性
化学の有益性は、その立場によってさまざまな切り口で考えることができるが、ここでは研究者の視点から考えてみる。
前節の研究面の話（i〜iii)は、そのまま研究者としての有益性となる。これらの達成感は、通常ではなかなか得られるものではなく、極めて高度なものである。例えば、一本の論文を完成させるのに必要な装置、マンパワー、時間などを金銭的に計算したら莫大な数字となる。特に、iii（自身の哲学を磨く）は通常であれば職業的に行うことは許されないが、教育的側面との整合性がとれれば、そのような研究テーマを自主的に決めることができる。社会や経済界は、大学の研究に対して

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も実用性を求め、場合によっては特許取得のプレッシャーもかける。しかし、実際には、社会が研究者から最大限のアウトプットを求めようとするならば、表面上の実利を引き出そうとするのではなく、その研究者の好奇心の赴くままに好きに研究させた方が効率的なのではないかと思われる。人間、好きなことであれば寝食を忘れて没頭できるので、その研究者は大いに自主的に働くことであろう。実際、科学史における大発見は、それを目的とした研究から見つかったものもあるが、実際には、偶然に見つかったものが多い。一定以上の能力が担保された研究者であるならば、社会が強制的に特定のテーマを与えるよりも、自由に研究させた方が、結局は、成果は大となるであろう。さらに言えば、本当に価値のある未知の研究テーマの場合は、その結果や成果は予見できないものであり、少なくとも基礎研究に対して、その実績の検証は過度に行うべきでない。化学者には、もちろん一定の制約はあるものの、一般的な職業に比べれば、その自由度、裁量権は広い。自分が、価値があると信じることについて、職業として取り組めることは極めて贅沢なことである。そして、常に不足はしているものの、一定のスペース、学生を含む人員が割り振られることは極めて恵まれた環境を与えられていると認識すべきである。
但し、最低限の教育すらできない、現状の定常的研究費の少なさは大問題である。
前節の教育面の話（iv〜vii)と対応させて考えると、化学の教育活動は、まさに自身の成長に直結する営みである。教育するという崇高な意義ももちろんあるが、教育機関に身を置くということは、何よりも自身の研鑽のための絶好の機会を得ているということであり、大学の研究者の最高の醍醐味の一つである。人間の能力にはダイバーシティーがあり、職業研究者であっても、大学院生との議論から学ぶことは多い。最高学府に属する意識の高い人間集団との交渉は、何にも代えがたい贅沢のひとつである。そのような集団で、化学という論理ツールを基盤として、哲学領域にまで活動の幅を拡げることができるという事実は、まさに化学に携わっているものが持っている有益性の最たるものである。そして、そのような活動を通じて、同志たる学生が社会で活躍することは大きなよろこびである。話は逸脱するが、現在の就職活動の実態は、学生にとっても、企業にとっても、研究室にとっても、国にとっても、非常に不幸な状況にあるように思う。最近では、多くの人が提言しているが、就職活動の時期を、卒業・修了後とすべきだと切実に思う。現状の就職システムのような資本主義的な行き過ぎを改める力がないならば、国というものの存在意義が半減してしまうとさえ思う。また、日本の高等教育費のGDPに対する割合は、OECD加盟国の中でほぼ最下位である。現行の日本の経済体系を考えたとき、人材には大きなコストをかけるべきであり、今の日本の教育の現状は憂うべき状況である。大学における一般教養課程の位置づけの見直しなど、教育面における改善点は多い。
さて、前節までに、軽はずみなことに、哲学という言葉を数回使っている。図３に従えば、化学は自然科学の一部門であり、自然科学は哲学にぶら下がっている（この体系化はもちろん確定しているものではないが）。多くの人にとっては、人生を化学のためだけに生きているのではない。ノーベル化学賞をとった学者は化学者としては素晴らしいと言えるが、その知見を化学の領域で閉じてしまっていては片手落ちであろう。化学の有益性の真骨頂は、化学の修得が、哲学への輝かしい礎となることではないだろうか。例えば、自身が何者なのかを考えることは哲学の入り口であろうが、自身が何者なのかを考えるときに化学は極めて強力な武器となる。人間の身体は、機械的ではなく散逸構造であることが明らかである。人間の身体も意識も、常に実態は移ろい定かなものではない。科学がまだ一般化していない時代の人々が、色即是空などの慧眼的な発想を持てたことは驚きであるが、化学者は化学という武器を持って、更なる深い道へと踏み込むことが可能なはずである。

６．学ぶものから見た化学の有益性
化学は、実験的な再現性が確保できるもっとも複雑な系を扱う学問領域の一つである。再現性を確保するために必要なことは、その現象に影響する主な要因を正しく把握し、制御することである。物理における実験では、できるだけシンプルな系を設定することで、目的の現象だけをくっきり浮かび上がらせその数学的な記述が可能となる。一方、生物は現象が複合的でそれに関与するファクターが多い。ゆえに、それらをすべて正しく把握し、制御することが困難なことがしばしばである。それに対して、化学は適度に複雑な系を扱いながらもそれらに及ぼす影響を対照実験により洗い出すことができる。また、実験の仕方によっては対象の現象を物理化学的な解析により、分解し、それぞれのファクターが持つ影響を定量的に理解したり、それらの性質を明らかにしたりすることができる。このような化学の性質は天然にありふれている現象を包括的に理解することに役立つ。例えば植物の葉が緑色で秋には紅葉する理由、鳩の首元がキラキラしている理由、石鹸が泡立つことや高温の水ですすぐと泡が消える理由など、である。大学院生にもなると、子供の時に疑問に思っていた世界の不思議を少しずつ化学の言語で説明できるようになっているという実感を持てる。化学の面白さはそのようなところにあると思う。つまり、神秘的な直感で美しいと感じる情緒的なマクロな現象が、よく体系化されたミクロレベルの化学の言語で客観的に説明できることである。マクロな現象で情緒的に感動しながら、それをミクロな言語で理解できるのは化学ならではのことだと思う。

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ここまでは自然の現象を理解するうえで、化学が役に立っているという話だが、化学は実際的な価値も生み出している。
ITが台頭してきている21世紀においても化学メーカーの存在感は依然として輝きを増している。これは化学の持つ創造性が一つの要因なのではないかと思う。現存する不思議を解き明かす道具となるだけではなく、頭の中に未来の新たな利便性や面白さを思い描いて、それを形にすることができる化学は我々人間の生活にとっては欠かせないのである。たとえ情報化社
会が高度に発展したとしても我々自身が情報と化してしまわない限り、化学製品は我々の生活に不可欠であり、それはこの先も当分変わらないであろう。また近年では環境保全のための持続可能な材料づくりが求められている。これは依然として創造性を持つ化学者が世の中に必要である証拠である。しかし、これまでと同様に創造性を働かせていれば良いわけではな
く、生物や地球の構造を理解したうえで、それらとフィットする形で材料づくりを行っていかなければならない。そのためには生物界のルールを化学の言語で理解して、再現可能な形で扱えるようにならなければいけない。これは簡単なことではないかもしれないが、化学の領域はどんどん広くなっており、生化学や超分子化学など生物と化学の境界領域に進出し始めている。生化学は生命現象を解き明かすための学問領域であるが、超分子化学は生物同様の複雑な現象を人工的に作り出し、制御しようとする試みであると思う。このような流れの下で化学がさらに進化を続けていけば、環境にフィットした持続可能な材料づくりに行きつくことができるのではないかと思う。（荒川執筆）

７．生きることから見た化学の有益性
日常や生きることから考えて、化学はどのように有益であろうか？ ここでは、マズローの欲求五段階説（図５）に従って考えてみる。もちろん、このモデルが万全なわけではなく、マズロー自身が後年、改訂を加えているが、欲求、すなわち、人の営みを考える上で便利なものである。このモデルでは、欲求は段階的なものであり、低次の欲求が満たされるごとに、さらに高次の欲求をもつようになると考える。高次の欲求に至ると、それまでの低次の欲求は忘れ去られ、また、高次な欲求を満たすほどそのよろこびも大きい。
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図５ マズローの欲求五段階説
人類は、化学を学ぶ、発展させることによって、第一、第二段階の欲求を満たしてきたことは明らかである。例えば、安全な空気を吸う、水を飲む、という欲求を満たしている。現代における我々は、第一、第二段階の欲求をほぼ満たしているがゆえに、そこにおける化学の恩恵を忘れがちである。我々は、化学の力で、空気や水を浄化し、さらには、酸素や水を作ることも出来る。また、化学の力で、空気の組成や水の純度を測定することもでき、毒物を検知することもできる。もし、海の底に１分間沈められたら、もっとも表出する欲求は呼吸をすることであろう。もし、丸一日何も口に入れることができない状況となれば、人は真っ先に水を飲みたくなるであろう。空気や水のありがたみは、満たされることで忘れ去られているが、それらの欲求を忘れて上位の欲求へと向かうために、化学は重大な役割を果たしているのは明らかである。これらは、化学がもたらす技術や材料による直接的な有益性である。科学史上最大の発見が何かと問われれば、多くの人はハーバー・ボッシュ法と答えるであろう。ハーバー・ボッシュ法により窒素肥料の製造が可能となり、人類の食料生産は激増した。それ以前は、地球上にわずかに存在する根粒菌による窒素固定に、全人類の存亡がかかっていたのである。世界人口は、1900年にはおおよそ16億人であったに対して、2000年には60億人に達した（図６）。この人口増大においては、窒素肥料の製造が大きな役割を果たしている。

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図６ 人類の人口の推移(UN, World Population Prospectsなどより作成)
第三、第四段階の欲求に対しては、化学は、直接的、間接的に有益である。直接的には、化学という専門性を身に付けることにより社会においてその存在意義を認められ、さらには尊厳を得ることが可能である。実は、間接的な化学の有益性はさらに大きい。何をもって、第三、第四段階の欲求を満たしたかを考えるときに、化学のセンスは決定的に重要である。例
えば、わかりやすい第三、第四段階の欲求の具体例は、お金や名誉、権力であろう。しかし、お金を手に入れれば人間は幸せだろうか？ １０万円を手に入れれば幸せを感じるであろうが、次には１００万円が欲しくなる、そして、さらに・・・というように欲求は際限がない。また、同じ１００万円でも、その場だけの浅薄な価値となってしまうこともあれば、真に価値のある使われ方をすることもある。ここで述べていることは、すなわち、価値観の確立についてなのだが、それはいかに物事の本質を客観的にみることができるか？という能力にかかっている。化学という学問は、客観に基づく観察と理論化という過程により、この自身の価値観を確立する、ということに対して極めて効果的なものである。さらに言えば、化学は、最上位欲求である自己実現欲求の定義を定めるためにも必須なものである。一方、欲求と並んで、人間の心を支配しやすいものとして不安、というものがある。不安は、分からないもの、理不尽なものに対して感じやすいという性質がある。化学を通じて、分からないもの、理不尽なものを減らすことができる。例えば、生物にとっての寿命の意味が分からなければ、それは理不尽であると感じられ不安となる。もし、化学から発展させたセンスで寿命の意味が納得できれば、その不安は大きく減じるであろう。以上のように、化学は、直接的、間接的に生きている人間にとって有益である。

８．最後に：化学の進む先
先に学問領域は曖昧なものだと述べた。化学も、ずっと今のままの化学の領域におさまっていることはないと思われる。
化学の行き着く先はどこなのであろうか？ もし、身の回りの現象が完全に予想可能になれば、それはある意味、死んだ世界である。極端な話、初期条件さえ分かってしまえば、終末がどうなるか予想できてしまう恐ろしい世界となる。実際には、量子力学的な壁、光速の壁などにぶつかり、全て予想可能にはならないであろうが、それでも人間はぎりぎりまで進んでいくであろう。今はまだ化学は甚だ未完成であり、我々は仕事に事欠かない。ある意味、幸せな時代とも言えるが、化学の行き着く先が見通せないのは悲しいとも言える。当面は、化学は、より複雑な分子集合系、すなわち、生物学を理解しようとする方向に進むのではないかと考えられる。化学が、超分子系や散逸構造の概念を生み出したり結びついたりするのはその嚆矢だとも言えよう。生物学は、あくまでも分子がベースになっているのであるから、100年後の化学の教科書には、その一つの章として生物学を包含している、という将来を想像したい（生物学者には激怒されるだろうが）。それほど遠くない将
来に、生命というものが、化学の力により、より明瞭に理解され、生命の神秘性は取り払われると思われる。化学がそこまで進歩すると、いよいよ、自然科学は、その本来の学問的頂点である哲学へと変貌を遂げる。言い換えると、可能な限りの客観性を持って、事実を明らかとしてきた科学が、いよいよ主観を交えて、本質的な学問レベルにおいて、人間の世界と交わってくるとも感じられる。
本稿は、何気なく、少し変わった趣向のものをと書き始めたものであるが、思いの外、内容が多岐に渡った。散発的に書─ 6 ─

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き足して言ったので、章立てなどに一貫性を欠いている。しかし、結論として言えることは、どこからどう切り取ったとしても化学は素晴らしいものである、ということである。このような素晴らしい化学の道を歩んでくれる人が増えることを願ってやまない。
本稿を書くにあたって、普段の学術論文を（客観視の能力を使って）書くことと比べて少し異なる脳の使い方をしたので、楽しく執筆することができた。主観を前面に出して書いたので、多くの人にはつまらない文章になっていると思うが、お読み頂いた方に普段と違う脳への刺激が少しでも含まれていたならば幸甚である。このような機会を頂いた編集委員の先生方に深く感謝します。

著者紹介高木慎介（たかぎしんすけ）
東京都立大学・教授
略歴：1995年都立大助手、2000年米国Tulane大学招聘研究員、2006年首都大准教授、2008年JSTさきがけ研究員（兼任）、2008年府立大客員准教授、2016年府立大客員教授、2015年より現職。光化学協会（常任理事）、アジアオセアニア光化学協会（理事）、日本化学会（光化学ディビジョン幹事）、日本粘土学会（理事）、カーボン・エネルギーコントロール社会協議会 (CanApple):フォーラム人工光合成ネットワーク副代表
2015年光化学協会賞、2018年日本粘土学会賞
現在の研究分野/テーマ：複合系の光化学、ポルフィリンの化学、ナノ構造化学、光物理化学、ナノシートの化学
連絡先 : takagi-shinsuke@tmu.ac.jp

荒川京介（あらかわきょうすけ）
東京都立大学・博士後期課程２年
略歴：2018年3月東京農工大学工学部・応用分子化学科卒業、2020年3月首都大学東京（現東京都立大学）大学院都市環境科学研究科・環境応用化学域修士課程修了、2020年4月より同学域博士後期課程在籍
現在の研究分野/テーマ：アニオン性無機ナノシートとカチオン性色素の複合体構築

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