久保田隆成
生物は、情報を感覚器官（センサ）によって検出・受容する。最終的に生物のセンサによって検出されない情報は、その生物にとっては情報にならない。例えば、私たちヒトは赤外線や紫外線の存在することは知っているが、これらを直接視覚情報としては感知できない。
感覚器官（センサ）としては、”五感”といわれているものに、①視覚、②聴覚、③触角、④味覚そして⑤嗅覚がある。ここでは、センサとして、①視覚、②聴覚をとりあげる。
情報がセンサに検出されるためには、情報がそのセンサに到達し、センサに何らかの変化を及ぼさなければならない。例えば、視覚情報は、光によって運ばれて、私たちの網膜に達してそのエネルギーが視神経によって検出される。このように、情報をセンサに運ぶ役目を担っているものを情報伝達媒体（伝達メディア）と呼ぶ。
光を”光子（photon）”として表現すると、そのエネルギー E は、次の式で与えられる。
E = h・ν = h・(c/λ)
ここで、h（ハー）はプランクの定数、ν（ニュー）は振動数、c は高速度、λ（ラムダ） は波長である。
聴覚情報は、空気を媒体（媒質）として、その音波（空気分子の振動）エネルギーが聴覚細胞を刺激っすることによって感知される。
メディアをコミュニケーションの視点から見た場合、手紙や電話も伝達媒体であり、報道としての新聞やTVは大衆に対して一方的に情報が流されることから ”マスメディア” と呼ばれる。
前節で、情報の本質として、寸法、重量を限りなくゼロに近づけろことができることを示したが、情報の受け手がヒトである場合、情報伝達媒体の寸法、重量の最小限界は、ヒトの感覚器官によって制約をうける。例えば、視力「１」の空間分解能は角度で「１」分であり、ラジアンで表すと約 ０.３ mrad であるから、この人は、１m (=1000 mm) 離れたところから、０.３ mm の間隙を見分けることができるが、間隙がこれ未満の場合は、間隙として識別できない。
生物は、発生から進化のの過程をとおして、種の存続と固体の生存のため、生物固有の感覚器官の発達を遂げてきた。そして、人間特有の認識や言葉は五感をとおした情報をもとに形成されてきた。
しかし、１６世ー紀末のオランダにおける光学的なレンズの発明は、五感を超えた認識を可能にした。すなわち、ガリレオ（1564-1642年、伊、天文学者）は自ら望遠鏡を作り、1610 年、木星の惑星を発見した。また、ロバト・フック（1635-1703年、英,、生物学者）は、1665 年、自作の顕微鏡を使って、コルクの断面を観察し、規則正しく並んだパターンの最小単位に「cell」(独房→細胞)と命名した。
視覚情報伝達メディアとしての光子（電磁波）、聴覚情報伝達メディアとしての音波は、ともに波としての性質である周波数と振幅によって規定される。そして、これらの性質の特定の範囲（range）に対応して、生物の感覚器官が反応する。次のグラフでヒトの視覚と聴覚について感覚器官のレンジを示す。
| 図2.5 可視光のレンジ |
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| 図2.6 可聴領域 |
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| 原図「http://www.asahi-net.or.jp/~mw5t-mzgc/index.html」 |
自然の発する情報は、上図に示したヒトの視覚及び聴覚の範囲をはるかに超えているにもかかわらず、我々の感知範囲が限定されているのは、生物として安定した生命維持上の必然性からきているものだろう。例えば、光や音を、そのすべての範囲にわたって感知できたとしたら、私たちは生きていくことそのものができないであろう。
しかし、人間は、飽くなき探求心から、見えないものの情報、聞こえないものの情報を獲得する装置を創り出して、五感を超えてきた。その例を、電磁波について示す。
| 図2.7 電磁波の利用 |
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| 参照：「http://www.soumu.go.jp/soutsu/kanto/re/shishin/image/dbi_01.jpg」 |
上の図に２，３付け加えると、レントゲンがＸ線発見の証明のために夫人の左手を撮影したのは 1895 年であった。その後、1972 年に、Hounsfield らによって、Ｘ線を応用した「ＣＴ装置」（Computed Tomography; コンピュータ断層撮影）が発明された。脳卒中には、出血と梗塞があるが、出血の場合、そのＣＴ像は、周囲よりも明るく表示され、梗塞の場合は暗く表示される。これにより、両者は容易に識別され、脳卒中の治療方針に大きな役割を果たすことになった。
ＣＴが発明される背景には、高速、大容量のコンピュータの存在があったわけであるが、1964 年を境に、コンピュータは「第3世代」に入り、最初のミニコンピュータが出現し（1965年）、ＬＳＩ の開発が開発されている1968年）。
その後、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging; 磁気共鳴画像法）、ＰＥＴ（Positive Emission Tomography; ポジトロン断層法）などの医用画像診断装置が開発され、生体内の情報を画像として可視化している。
上図には、赤外線領域（0.7～1,000μm）の利用が抜けている。赤外線領域は、近赤外線（0.7-2.5μm）、中赤外線（2.5-4μm）及び遠赤外線（4-1000μm）に区分されている。赤外線の物理学的なことについては、次を参照：
赤外線を利用した装置としては、赤外線カメラ（近赤外線）、赤外線通信（近距離用）、サーモグラフィ（遠赤外線）、赤外線分光法（有機化学における同定）、リモートセンシング衛星搭載赤外線センサ（温室効果ガス観測センサ）、赤外線天文学（赤外線望遠鏡）などがある。
宇宙空間に存在する星や塵は、自ら光を発していない低温の物体があり、赤外線は天文学者によって、宇宙をより深く理解する手段として用いられている。赤外線は、水蒸気による減衰が大きいので、探索衛星を打ち上げて観測する。最近では、2003年、NASA がデルタロケットで打ち上げた「Spitzer Space Telescope; SST」、2006年、宇宙航空研究開発機構（JAXA）が M-V8号機によって打ち上げた科学衛星「あかり」がある。「Spitzer Space Telescope」で観測された「ソンブレロ銀河」の画像を次に示す。
| 図2.8 Spiter 宇宙望遠鏡で観測されソンブレロ銀河 | |
| 可視光線領域で撮影され画像 | 赤外線領域で撮影された画像 |
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| 可視光線と赤外線の両領域で撮影された画像を合成して作成され画像 | |
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| 参照 http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ssc2005-11a.jpg?uselang=ja#file | |
宇宙の成立の仮説（理論）としての「Big Bang」は、宇宙に関する種々の観測事実によって、裏付ける必要があった。仮説の一つに、「宇宙マイクロ波背景放射（Cosmic Microwave Background; CMB）」が存在し、ガモフはその温度を ５K と推定していた（1948年）。
この CMB は、ベル研究所で働いていた A. A. Penzias (米, 1933-) と R. W. Wilson (米, 1936-) によって、1965 年、偶然のきっかけで発見された。当時、彼らは、高性能の人工衛星用の通信アンテナを開発していたが、考えられるあらゆる対策を講じても最終的に、わずかな雑音が残ってしまった。この雑音（波長 73mm, 換算温度 3.5K）は、絶え間なく、あらゆる方向から到来した。そして、最終的にこの雑音は、現在の宇宙がビッグバーンによってできたときの「残り火」のようなものであるとが確認された。この功績によって、二人は 1975 年度の「ノーベル物理学賞」を受賞した。
これ以来、NASA は、「宇宙背景放射」の研究を国家プロジェクトとして進め 1989 年 「宇宙背景放射探索機（Cosmic Background Explorer; COBE(コービー) 」を打ち上げた。３年間の観測結果、① 膨張する宇宙の最先端から到着する換算温度（2.725K）の赤外線が 2.7K の黒体放射とほぼ一致すること、② 背景放射には、方向によって、１０万分の１の「非等方性（ゆらぎ）」があることを見出した。なお、この、わずかな「ゆらぎ」は、初期宇宙における密度差の痕跡である。
①、② の功績に対して、2006年度のノーベル物理学賞が、カルフォルニア大学の G. M. Smoot 教授及び NASA 天文学者 J. C. Mather に贈られた。
ヒトの可聴域は高々20Hz～20kHz であるが、100 kHz 付近の超音波帯は、水中ソナー（Sound navigation and ranging）として、魚群や潜水艦の探知に利用されている。なお、海水における音速は、およそ 1,500 m/s であるから、分解能は約 １.５㎝ 程度である。
１MHz～１０MHz の超音波帯は医用超音波診断（エコー）に利用されている。エコー検査は、体外からプローブ（探触子）をあてるだけで、簡単かつ安全に検査ができるので、医療現場で心臓や腹部の活動状態などの診断によく使われている。
| 図2.9 超音波診断システム | |
| 本体 | 表示画像 |
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| プローブ | |
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| 東芝メディカルシステムズ㈱ 超音波診断システム Artida | |
人間は、視覚や聴覚上の領域を拡大する装置を工夫して、見えないものを見えるようにしてきた。自然科学はそれによって大きく進歩し、われわれの自然観を深め、拡張させた。
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