冷知識ブラインドボックス第9回
ガラスの秘密
砂がどうやってガラスになるのか。透明であることが、実はまったく平凡ではない理由。
みなさんこんにちは、冷知識ブラインドボックスへようこそ。パーソナリティの喬羽蓝（チャオ・ユーラン）です。
今日は、私たちの生活のどこにでもあるもの、毎日歩いたり車に乗ったりするたびに目にするものについてお話しします。それはガラスです。
ガラスは輝き、透き通っていて、色とりどりの美しい色もあります。でも、こんなにありふれた一枚のガラスが、科学史において消えることのない貢献をしてきたとは、誰が想像したでしょうか？ ガラスのおかげで、ニュートンやガリレオなどの科学者は、レンズを通して物理を観測し、試験管を使って正確な計量を行うことができたのです。
ガラスの登場は、人類の光学に対する理解をさらに深めました。そしてついには露光装置の発明にまで至り、爪の先ほどの面積に複雑で精緻なチップを刻み込むことを可能にし、今日の無数のスマートな生活を実現させたのです。
今回の冷知識ブラインドボックスでは、ガラスの秘密をもう一度ご紹介します！
ガラスの起源は、紀元前数千年にまでさかのぼることができます。つまり、ガラスはイエスよりもさらに早く現れていたのです。ある記録によると、ガラスは五、六千年前の古代エジプトで最初に現れたとされています。陶器の職人たちが陶器を焼く過程で、ときおりキラキラ光るガラスの破片を見つけました。その後、何度も実験を重ねて、ついに砂とソーダの混合物から、形のあるガラスの器を焼き上げることに成功したのです。
ガラスの主な化学成分は二酸化ケイ素です。そう、二酸化ケイ素は砂や半導体チップの主成分でもあります。砂の融点は1700度もあります。ガラスを作る際には、ソーダを加えて融点を下げ、さらに石灰を加えて焼成します。冷却後に、キラキラと輝くガラスが得られるのです。
中国で出土した越王勾践の剣にも、柄にガラスがはめ込まれたものがあります。当時、私たちはガラスのことを「玻璃」とは呼ばず、「琉璃」と呼んでいました。成語の「光怪陸離」にある「陸離」もガラスのことで、この成語は形が奇妙で、色彩が鮮やかで美しいことを形容するものです。
おや、私たちはこんなに早くからガラスに接していたのですね。では、なぜ中国の建築の多くは、まだ紙の窓を使っていたのでしょうか？ テレビドラマでは、刺客が小さな穴を開けるだけで、部屋の中で何が起きているか覗き見できてしまいます。これは、古代中国の建物がほとんど木造構造だったため、部屋がそれほど多くのガラスの窓の重みに耐えられなかったからです。さらに、エアコンのなかった暑い時代には、紙の窓のほうがガラスよりずっと快適で、はるかに実用的でした。そのため、私たちは「ガラス」と聞くと、最初に現代になってから発明されたものだと思ってしまうのです。
一方、古代ヨーロッパの建物の大部分は石造りでした。そのため、ガラスを取り付けても、建物にかかる負担はそれほど大きくはなりませんでした。今でもヨーロッパに残る中世の大聖堂を見ると、窓に大きくガラスが使われており、中には屋根まで全面ガラスにしたものさえあります。窓には多くの絵が描かれ、五色に輝いています。
しかし、歴史はここで静かに挨拶をしたのです。この何でもないような一つの物で、東西の発展の道筋はここから分かれ始めました。
はっきりとした違いの一つは、絵画芸術です。私と同じように感じている方はいらっしゃるでしょうか。東洋の水墨画を見ると、とても芸術的だと感じます。わずか数筆で、一つの山や一つの海が描き出されているのです。初期の西洋画も似たようなものでした。神を描く際には、頭の上に光輪を一つ加えて区別するだけで、画面に細部はあまり描き込まず、遠近法の扱いもかなり素朴なものでした。
ところが、ルネサンスが始まると、西洋の写実絵画は突如として驚くべき進歩を遂げます。『モナ・リザ』や『真珠の耳飾りの少女』のような絵画は、まるで物理エンジンで3Dレンダリングされたかのように見えます。私の最初の反応は、ダ・ヴィンチは人間カメラにさえ匹敵するのではないか、というものでした。しかも、ダ・ヴィンチだけではありません。ほかの一部の絵画では、一連のボケ味の背景さえ見ることができます。これは人間の目で見て描けるものではありません。どう見てもカメラで撮影したものです。まさか、彼らはズルをしていたのでしょうか？
まさにそのとおりです。これらの巨匠は画家というよりも、光学機器を巧みに操り、人体の科学をよく読み込んだ「エンジニア」だったと言ったほうがよいでしょう。現在、多くの証拠が示しています。これらの画家は人物の肖像画を描くとき、別の小部屋に入り、ガラスのレンズを通してモデルの姿をキャンバスに投影し、投影された像を模写するだけで、生き生きとした肖像画を得ていたのです。
15世紀から19世紀ごろにかけて、西洋のこれらの画家たちは、「遠近描画器」「カメラ・オブスクラ（暗箱）」「凹面鏡」などの光学機器を使って、絵を描く補助としていたのが一般的でした。
これは、まさに大きな分水嶺でした。目立たない小さな道具にすぎないガラスが、人類が光学を認識するための道具となり、世界を再び見つめ直す新たな角度を提供したのです。自然に道具を通して世界を観察し、理解できるようになれば、教会や権威にだまされることも少なくなります。
ある人が統計をとったところ、歴史上最も偉大な二十の実験のうち、十六はガラス器具の助けを借りて検証され、実現されたものでした。たとえば、科学の基礎を築いたニュートン力学です。天体どうしの万有引力は、どうすれば計算し、発見できるのでしょうか？ それは、りんごが頭に落ちてきたからといって、論文が書けるようなものではありません。仮説を立て、その仮説を検証して初めて、結論が成り立つのです。天体どうしのつながりを検証しなければならず、空の星の運行軌跡を観測しなければならないとすれば、ガラスを使った天体望遠鏡が必要になるのではないでしょうか？
化学や生物学でも同じ道理です。どちらも透明な容器を通して、実験の結果を観測しなければなりません。第一次産業革命の引き金となった蒸気機関を見てみましょう。本質的には気圧の動きを研究するものであり、そのためにはガラスで作られた気圧計が必要でした。大航海時代にはGPSがありませんでした。海上では、六分儀を使って自分の位置を特定しなければならず、そこにもガラスの部品が一枚入っていたのです。
ですから、ガラスという道具は、平たく言えば、この世界を再構築するものなのです。これまで目に見えなかったものを、肉眼で見える形で私たちの目の前に提示してくれます。もし一センチを測りたいなら、まず一ミリを測れる物差しを作らなければなりません。独立した道具で事実を観察できなければ、正しい実践を進めることもできないのです。
こうして、人類が世界を認識する方法は、もはや心によるものではなく、目へと移っていきました。天体を観測し、細菌を観測し、あらゆるものを検査する。人類はたちまち、自然を問いただすための道具を手に入れたのです。その道具こそがガラスでした。
人々が自然現象を自ら観察するための強力な道具を手にし、しかもその道具が王侯貴族だけの独占物ではなく、その入手コストもそれほど高くなく、多くの普通の商人でも買えるようになったとき、事実を尊重する科学的思考の種が、一歩一歩まかれていったのです。
ルネサンスの後には啓蒙運動が続きました。小さなガラスは、西洋文明とともに歩みを進め、化学、天文学、物理学の科学技術の枝を一本ずつ開いていきました。そして、その技術の木の枝葉の中で、最もまばゆい輝きを放っているのは、現代の半導体チップ技術です。露光装置はその中でも最も重要な一環です。成熟した露光装置がなければ、これほど多くの手頃でよいスマートチップを手にすることはできず、コンピューティング・パワーの頂点を解き放ち続けることもできず、人工知能を可能にすることもできなかったと言ってよいでしょう。
露光の分野では、ガラスは再び新たな高みで主役の座に上っています。これらのガラスレンズが、露光装置のコストの40%を占めていることをご存じでしょうか。簡単に言えば、露光装置はチップを製造するための巨大なカメラです。私たちは写真を撮って、見た世界を写真の中に封じ込めます。露光装置の役割は、露光と現像を通じて、集積回路の設計図を、フォトレジストを塗ったシリコンウェハーに再現することです。優れたカメラで超高解像度の写真が撮れるように、高性能の露光装置も、非常に精密なチップを作り出せるのです。
カメラの解像度については、耳にしたことがあるかもしれません。どこかのメーカーのカメラは2億画素を備えている、と。露光装置では、解像度の値は製造プロセスの世代、たとえば90ナノメートルや45ナノメートルのことを指します。ナノメートルの値が小さいほど、チップの計算能力は強力になります。これは、爪の先ほどの小さな都市の中に、より多くの高層ビルを建てられれば、より多くの計算ユニットを収容でき、それに対応するチップの計算能力も高くなる、というようなものです。
これが、ドイツのカール・ツァイスが世界的に有名なレンズメーカーであるだけでなく、オランダの露光装置の大手であるASMLのサプライヤーにもなっている理由です。ガラスレンズの技術を掌握することは、実質的に光学の科学的理解を掌握することでもあり、それによって専門の学問分野が形作られるのです。
まさか、一枚の小さなガラスが、このような形で人類の歴史を貫いてきたとは、誰が思ったでしょうか。それによって、私たちは今日頼りにしている先端製品、スマートフォンやコンピュータ、さらには今あなたが運転している、インテリジェント運転機能を備えたNIOの車まで作ることができるのです。ミクロの世界から宇宙の果てまで、ガラスは人類の視野を広げ続けてきました。さらに重要なのは、人類が心で世界を認識するのではなく、観測を通して現実を理解し、科学的思考によって世界を認識し、作り変えるように押し出してくれたことです。
さて、ガラスの秘密の物語はここで終わりです。もし他にも聞きたい冷知識があれば、NIOアプリを開いて、友達画面のコミュニティから「NIO Radio 深圳城市分站」を探し、お気に入りの冷知識をみんなと共有してください。
