Irving Langmuirについて(Irving Langmuir - a pioneering industrial physical chemist)

下記の文章は参考文献を機械翻訳したものです。

 【初期の経歴（Early Years）】

　アーヴィング・ラングミュアは1881年7月31日、ニューヨークでチャールズとサディー・ラングミュアのもとに生まれた。彼には弟が3人おり、保険業を営んでいた父の仕事で家族は度々ヨーロッパへ旅行したため、幼少期から両親とともに大陸各地を巡った。両親は幼い頃からラングミュアに自然を注意深く観察し、その記録を詳細につけるよう勧め、この習慣は生涯にわたって続いた。11歳のときに視力矯正を受けて世界が一変し、それ以降、微細な自然現象を観察することに生涯の喜びを見出すようになった。

　ラングミュアはヨーロッパとアメリカの学校で学び、1903年、22歳でコロンビア大学から冶金工学の学位を取得した。この工学の基礎は後の研究活動に大いに役立った。兄アーサーの影響で自室に化学実験室を設け、化学への愛を育まれた彼は、ドイツで化学の博士号取得を志すようになる。

　20世紀初頭、ドイツは基礎科学研究の最前線にあり、ラングミュアはゲッティンゲン大学を選び、後にノーベル賞を受賞するヴァルター・ネルンストのもとで博士研究を行った。この選択は正解であり、理論と実験の両面を学ぶことで後の業績の基盤が築かれた。

　博士号取得後、彼はニュージャージー州スティーブンス工科大学に教員・研究員として赴任したが、3年間は研究環境も学生のレベルも満足できず、フラストレーションを抱えた。

　1909年の夏、ラングミュアはニューヨーク州スケネクタディにあるゼネラル・エレクトリック（GE）社の研究所で研究に従事する機会を得る。GE研究所の所長ウィリス・ホイットニーは彼の才能を見抜き、自由な研究環境と資金を約束してGEへの入社を促した。こうして1909年にラングミュアのGEでの輝かしいキャリアが始まり、彼は1950年の退職後も1957年の死去まで同社の顧問を務め続けた。

【The GE Years（GE時代）】

　アーヴィング・ラングミュアは、低圧の雰囲気内で高温フィラメントの近くでの気体の解離に関する博士論文の研究を拡張する形でGEでの研究を始めた。当時のGEは白熱電球の製造を試みていたが、タングステンフィラメントの電球はすぐに切れてしまい、またガラスも黒ずんでしまい、その原因はわかっていなかった。

　トーマス・エジソン以来、内部に完全な真空を作れば電球が長持ちすると言われていたが、ラングミュアはそれが解決策ではないことをすぐに理解した。彼は一連の簡単な実験を通じて、ガラス電球から出る残留水分が高温のタングステンフィラメントの近くで水素と酸素に解離し、さらに水素分子は水素原子に解離されることを発見した。この非常に反応性の高い水素原子がタングステンを脆くしやすくさせ、タングステン原子は蒸発してガラスに付着し、黒ずみの原因となっていた。彼の研究により、アルゴンのような反応性のない気体で電球を満たすことでこれらの問題を解決できることが示され、これが現代の電球の始まりとなった。

　この8～9年続いた実験を通じて、ラングミュアは非常に高性能な真空ポンプの開発、原子状水素の生成、そしてガラス表面での水素吸着が初めて発見されたことから、表面科学の基礎を築いた。さらに彼は原子水素溶接の技術も開発し、これは後にタングステンアーク溶接へと発展した。

　白熱電球に関する仕事を進める中で、ラングミュアはガス中や高真空下の電気放電の現象にも注目し、熱電子放出の全分野を発展させた。彼は電子放出を制限する「空間電荷」の概念を導入し、これらの研究はプラズマ物理学への道を切り開いた。さらに電子温度の概念も提唱し、プラズマの温度と密度を測定するための電気的探針（現在はラングミュア探針として知られている）を発明し、プラズマ研究で広く用いられている。彼のプラズマ研究は電子物理学、天体物理学、そして核融合研究へとつながっていった。

　1932年に彼がノーベル賞を受賞した研究は表面化学の分野に関するものである。助手のキャサリン・B・ブロジェットとともに行った一連の実験で、薄膜と物質の表面吸着の仕組みを研究し、単分子層（モノレイヤー）の存在を確立した。単分子層とは、単一の原子や分子の厚さの表面膜であり、特異な二次元の性質を持つ。これらの薄膜は生体膜のような表面にも存在し、酵素や毒素、抗毒素などの生物学的作用に重要な役割を果たしている。この発見はウイルスや毒素の分子サイズを測定可能にし、生物学の進歩に大きく貢献した。彼はまたタンパク質研究の実験技術も開発した。さらに、単分子層に関する研究は、フッ素化合物の薄膜を表面に形成することで、ほぼ完璧に透明で反射のないガラスの開発にもつながった。

　モノレイヤーの応用は湖や池の水の蒸発を抑制し、大幅な水の節約にも貢献している。

　ラングミュアは第一次世界大戦および第二次世界大戦でも研究に貢献した。第一次大戦では潜水艦探知システムの開発に携わり、これが音楽録音の品質向上の研究につながった。彼は有名な指揮者レオポルド・ストコフスキーと協力し、音楽録音の技術向上に寄与した。これは彼のクラシック音楽に対する深い愛情から生まれた研究である。第二次大戦では空襲から地上部隊や装備を守るための煙幕発生器を開発し、また飛行機の翼の凍結防止研究が進められ、雲の種まき（クラウドシーディング）の先駆的研究にもつながった。

　GEの同僚ヴィンセント・シェーファーと共同で、ドライアイスペレットとヨウ化銀を使った雨降らしの理論を構築し、大規模な実験も行った。多くの雨降らし実験では自ら飛行機を操縦して実施した。この気象操作の研究は1950年代初期に大きな論争を巻き起こしたが、乾燥時の雨作りの手法として現在では確立された技術となっている。

　彼の人生哲学の一つに「科学は楽しむもの」というものがあり、晩年もすべての行動は楽しみのためだったと述べている。この楽しみはGEの先見の明ある所長ホイットニーによって十分に支えられた。

　私の考えでは、GEにおけるラングミュアとホイットニーのパートナーシップ最大の成果は、人類の利益のための産業界における基礎研究の概念を確立したことにある。エジソン以前にも産業界での研究開発は行われていたが、それは試行錯誤的であった。ラングミュアは有用な装置開発に深い科学的手法を持ち込んだ最初の産業科学者であり、これにより産業環境での基礎研究はGEで成功裡に始まった。この成功を受け、他の企業や政府機関も基礎研究に巨額の投資を始め、ベル研究所、ゼロックスパーク、そして現在のグーグルの研究所の先駆けとなった。ラングミュアは初めてノーベル賞を受賞した産業科学者であり、その後もベル研究所やIBMなどの産業界の科学者たちが多数ノーベル賞を受賞している。

　ラングミュアの発明は極めて単純な実験に基づくことが特徴であった。表面科学、原子水素、高性能真空ポンプ、プラズマなど彼の発見はすべて質素な白熱電球から生まれた。同様に、液体表面膜に関する先駆的な研究は、現在ラングミュア・ブロジェット膜と呼ばれる単純な膜を使って行われた。雲物理学の先駆的研究も、家庭用冷蔵庫を使って蒸気の凝縮や氷の生成を理解するという単純な実験から始まった。単純な実験と高度な科学・数学の応用を組み合わせることがラングミュアの発見の特徴であった。

【Langmuir as a Person（ラングミュアという人物）】

　アーヴィング・ラングミュアは非常に社交的な人物で、知的な友人やアウトドアを好む仲間と過ごすことを楽しんでいました。彼は一生涯にわたり、ラザフォード卿やニールス・ボーアといった科学界の著名人、そしてゼネラル・エレクトリック（GE）でともに働く熱心な仲間たちと深い友情を築きました。GE時代の同僚であり雲生成（クラウドシーディング）の発明者ヴィンセント・シェーファーは、ラングミュアは若者への教育をとても喜び、常に子どもたちに知的・身体的な課題を与えることを好んだと回想しています。

　ラングミュアは生涯を通じてアウトドア活動を心から愛しました。たとえば、一日に52マイル（約84km）歩いたり、40歳のときにはほとんど準備もせずにヨーロッパのマッターホルン山に登頂したりしています。また優れたスキー、スケート、セーリングの腕前を持ち、50歳のときには飛行機のパイロット免許も取得。大西洋単独飛行で有名なチャールズ・リンドバーグとも親友でした。彼の自然への好奇心は尽きることなく、多くの発明もこの探究心から生まれました。たとえば、サルガッソー海で漂流する海藻の帯を観察したことから、風によって生じる海面の循環流（現在「ラングミュア循環」として知られる）を発見しています。

　ラングミュアは何事にも情熱をもって取り組み、その集中力は伝説的でした。ひどく考え込む姿から「忘れっぽい教授」とも揶揄されたことがあります。たとえば、50歳のとき、甥とともに凍った湖の穴から現れる水泡を観察し、氷の上で何時間も寝そべって泡の観察に夢中になったというエピソードがあります。

　彼は229本の論文と63件の特許を有しています。ノーベル賞以外にも世界的な学術団体から21ものメダルや賞を受賞し、ハーバード大学やオックスフォード大学を含む15の名門大学から名誉博士号を授与されました。1932年には「タイム」誌の「マン・オブ・ザ・イヤー」に選ばれ、同誌など多くの表紙を飾りました。1957年にウッズホール（マサチューセッツ州）で亡くなるまで、その知的好奇心と情熱を持ち続けました。

　没後も米国ニューメキシコ州の気象研究所（Atmospheric Research Lab）が彼の名を冠し、スケネクタディの自宅も国定歴史建造物に指定されています。アメリカ化学会の表面科学誌「Langmuir」や、名誉賞、アラスカのラングミュア山など、その功績は多方面で称えられています。