レーザーの発明

レーザーの原理は、1917年にアインシュタインが示した理論にさかのぼる。原子は光を吸ってエネルギーの高い状態に上がり、やがて光を出して元に戻る。アインシュタインは、これに加えて、高い状態にある原子に同じ種類の光が当たると、その光とそっくり同じ光をもう一つ放り出す「誘導放出」という過程があるはずだと考えた。高い状態の原子をたくさん用意しておけば、光は通るたびに増えていく。ただ、ふつうの物質では低い状態の原子のほうがはるかに多く、光は増えるより吸われてしまう。この考えが装置になるまでには、40年あまりかかった。

最初に実現したのは目に見える光ではなく、波長の長いマイクロ波だった。1953年、アメリカのコロンビア大学のチャールズ・タウンズと学生たちが、アンモニアの分子を使ってマイクロ波を増幅する装置「メーザー」を作った。ソ連のバソフとプロホロフも同じころ、独自に同じ原理の研究を進めていた。これを光で行えないか。1958年、タウンズとベル研究所のアーサー・ショーローは「光のメーザー」の設計を論文に発表した。一方、コロンビア大学の大学院生ゴードン・グールドは1957年のノートに、光を二枚の鏡の間で往復させて増幅する装置の構想を書き、それを「レーザー」と名づけていた。誘導放出による光の増幅を意味する英語の頭文字である。このノートは、のちに30年近い特許争いの種になる。

各地の研究所が一番乗りを競うなか、それを果たしたのは本命と見られていなかった人物だった。カリフォルニア州マリブにあったヒューズ航空機の研究所の物理学者、セオドア・メイマンである。彼は、タウンズらが見込みが薄いとしていたルビーの結晶に注目した。ルビーは酸化アルミニウムにクロムがわずかに混じったもので、メイマンは自分の測定と計算から、強い光を当てればクロムの原子を十分に高い状態へ押し上げられると考えた。研究費はおよそ5万ドル。指先ほどの合成ルビーの棒の両端に銀をめっきして鏡にし、写真用のらせん形のキセノン閃光灯で囲んだ。装置全体は片手に載るほどの大きさだった。

1960年5月16日、閃光灯の電圧を上げていくと、ある値を境に、ルビーの端から波長694ナノメートルの赤い光が鋭く出始めた。人類が初めて作った、波長と位相のそろった光だった。メイマンは結果を物理学の速報誌に送ったが掲載を断られ、8月6日付けのイギリスの科学誌『ネイチャー』に短い報告を載せた。それに先立つ7月7日にはニューヨークで記者会見を開いて発表し、「殺人光線」と書き立てた新聞もあった。

同じ年の暮れには、ベル研究所のアリ・ジャヴァンらがヘリウムとネオンの気体を使って、光を途切れなく出し続けるレーザーを作った。1962年には半導体レーザーが生まれ、1964年には工業で広く使われる炭酸ガスレーザーが現れた。1964年のノーベル物理学賞はタウンズ、バソフ、プロホロフの3人に贈られたが、最初のレーザーを動かしたメイマンは受賞しなかった。レーザーの発明者をだれとみなすかは、いまも歴史家のあいだで決着していない。

できたばかりのころ、レーザーは「問題を探している解決策」と冗談めかして呼ばれた。使い道が見当たらなかったからである。だが、その後の広がりはだれの予想も超えた。1969年にはアポロ11号の月面着陸の飛行士が月面に反射鏡を置き、地上から撃ったレーザー光が戻るまでの時間で、月までの距離をセンチメートルの単位で測れるようになった。光ファイバーの通信、コンパクトディスク（コンパクトディスクの発売）、店のレジでのバーコードの読み取り（バーコードの最初の会計）、目の手術や金属の切断まで、レーザーはいまの暮らしの見えないところで働いている。

メイマンは1961年にヒューズを離れ、レーザー用のルビーを作る会社やレーザーの製造会社を興した。2007年、カナダのバンクーバーで79歳で死んだ。2010年の発明50周年には世界各地で記念の催しが開かれ、マリブの研究所には記念の銘板が掲げられた。