朝永振一郎

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朝永 振一郎
（ともなが しんいちろう）
朝永振一郎
人物情報
誕生 1906年3月31日
日本の旗 日本 東京府東京市小石川区
死没 1979年7月8日（満73歳没）
学問
研究分野 物理学
研究機関 京都帝国大学
理化学研究所
東京教育大学
プリンストン高等研究所
母校 京都帝国大学
主な業績 くりこみ理論の発明による量子電磁力学の発展への寄与
主な受賞歴 文化勲章（1952年）
ノーベル物理学賞（1965年）
勲一等旭日大綬章（1976年）
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ノーベル賞受賞者 ノーベル賞
受賞年：1965年
受賞部門：ノーベル物理学賞
受賞理由：量子電気力学分野での基礎的研究

朝永 振一郎（ともなが しんいちろう、1906年（明治39年）3月31日 - 1979年（昭和54年）7月8日）は、日本の物理学者。相対論的に共変でなかった場の量子論を超多時間論で共変な形にして場の演算子を形成し、場の量子論を一新した。超多時間論をもとにくりこみ理論の手法を発明し量子電磁力学の発展に寄与した功績によってノーベル物理学賞を受賞した。　京都府京都市出身、但し、朝永家自体は長崎県出身。

目次

生涯 [編集]

1906年、東京市小石川区小日向三軒町（現在の文京区小日向）に朝永三十郎（長崎県出身）の子として生まれる。幼少期は病弱であったと伝えられる。1913年、父三十郎の京都帝国大学教授就任に伴い一家で京都に転居し、錦林小学校に転校する。三十郎は後に京都学派の一員として知られるようになる。朝永は、次第に自然に興味を持つようになり、虫眼鏡で実験をおこなったり、電信機や顕微鏡のレンズを自作するなどしていた。

京都一中（現京都府立洛北高等学校・附属中学校）、第三高等学校、京都帝国大学理学部物理学科を卒業。学生時代は女浄瑠璃や寄席に入り浸って、かなりの趣味人だったと伝えられる。卒業後は京都帝国大学の無給副手に着任する。湯川秀樹（旧姓:小川）とは中学校、高等学校、帝国大学とも同期入学・同期卒業であり、就職もやはり湯川秀樹と同期で、机も同じ部屋にあった（中学までは1学年上であったが、後に湯川が飛び級のため追いついた）。

1931年、仁科芳雄の誘いを受け、理化学研究所仁科研究室の研究員に着任。ここでマグネトロンの発振機構の研究等を行う。ドイツのライプツィヒに留学し、ヴェルナー・ハイゼンベルクの研究グループで、原子核物理学や量子場理論を学んだ。また第二次世界大戦中にはマグネトロンや立体回路の研究も行なった。この研究により、1948年に小谷正雄と共に日本学士院賞を受賞している。

1941年、東京文理科大学（新制東京教育大学の前身校、現・筑波大学）教授。1949年、東京教育大学教授。プリンストン高等研究所に滞在し、量子多体系の研究を行なう。教授となってからも東京大学の学園祭（五月祭）で、特技のドイツ語による落語を演じるなどして、洒落っ気が多かった。

1947年、量子電磁力学の発散の困難を解消するためのくりこみ理論を形成し、繰り込みの手法を用いて、水素原子のエネルギー準位に見られるいわゆるラムシフトの理論的計算を行い、実測値と一致する結果を得た。この業績により、1965年にジュリアン・シュウィンガー、リチャード・ファインマンと共同でノーベル物理学賞を受賞する。しかし肋骨を折っており、12月のストックホルムでの授賞式には出席できなかった。

1956年から1961年には東京教育大学長、1963年から1969年には日本学術会議会長を務めた。

晩年は、中学校などでも講演を行ない、自然科学の啓蒙にも積極的に取り組んだ。

1979年、咽頭癌が悪化し死去した。前年に手術を行ったため声が出せない容体だった。

墓は東京の多磨霊園にある。

歴史上の位置 [編集]

朝永はハイゼンベルグ等の原理論の時代と、原理論を応用する理論の２つの時代の両方を生き、両方に大きな足跡を残す。

原理は、「相対性、場の量子論、ゲージ、繰り込み」の４つがある。朝永は最も基本的な原理「場の量子論」の「空間（超多時間論）」、「変換演算子」を見出し、場の量子論を完成させた。場の量子論の20年来の課題の解決（相対論的に共変な場の量子論、相互作用を切り出す変換）である。当時、この問題と無限発散の問題で、場の量子論は、物理の根本原理とみなされず、新たな原理確立が試みられていた状況にあった。朝永は歴史のネジを場の量子論成立時期である20年前に巻き戻し、場の量子論を確立した。この後も、場の量子論を乗り越える試みは、ハイゼンベルグや湯川が試みるが失敗した。朝永が確立した場の量子論は、超弦論を含むすべての理論の基礎にある。

朝永は自ら確立した場の量子論を用い、繰り込み原理を見出し完成させ、場の量子と繰り込みという4つの原理うち、２つを確立し、今に至る物理の基礎原理ふたつの確立者となった。

繰り込み原理を誰も発案していない1947年、朝永は繰り込みを考え、翌年ダンコフの電子の生成消滅を含まない非相対論的な論文がで、発表の機会を失う。しかし、その後、場の量子論を確立するという周到な準備を経て、繰り込み理論を形成した。

さらに、この2つの原理、「場の量子論と繰り込み」を応用し、量子電磁力学を確立する。この建設には、ゲージ原理を相対論的に共変な形式としたものを使った。これにより、一般にゲージ原理が認識され、ゲージ原理が広まった功績もある。（朝永のゲージを使う論文以前と以後では、ゲージの論文量が異なる）。ただし、ゲージ理論の発展は、別の系統からなされた。これについては、場の量子論に年表を示した。

最大の業績：ヴェルナー・ハイゼンベルクやヴォルフガング・パウリが構築した場の量子論を相対論的に共変な形式に改めて定式化し（超多時間理論）、さらに繰り込み理論に到達し、量子電磁力学を完成させた。

業績 [編集]

主な業績として、以下のものがある。

原理論

  1. 場の量子論（量子電磁力学）の相対論的共変形式を確立した超多時間理論
  2. 場の量子論での相互作用のみを切り出す変換作用素の発見
  3. 超多時間論を基礎に、場の量子論の発散の困難を解消するくりこみ理論

理論

  1. すべての力の理論（量子色力学QCD、ワインバーグサラム理論、量子重力論）の規範となった量子電磁力学QEDの確立

その他

  1. 量子多体系の集団運動の理論（流体力学相当）
  2. 中間子での中間結合論（のちに超伝導のBCS理論に応用される）
  3. マグネトロンと立体回路の基礎理論
  4. カーボンナノチューブ等の一次元電子系の基礎となる朝永-ラッティンジャー液体

湯川との関係

  1. 強い力の形式である湯川場の現象論的な式を湯川に告げる。

朝永の周辺 [編集]

朝永の研究のきっかけとなった学者 [編集]

湯川

  1. 超多時間論と非局所場－湯川の○
ミンコフスキー空間上での閉局面での確率振幅を定義すると、因果律が破れると言う湯川の問題を空間的なものに制限し因果律を回避し、場の量子論を拡張する湯川の考えを生かしたのが超多時間理論である。湯川以前は一定時間で定義されていた。（この問題を湯川の○と言う。湯川がこの問題を提起後、ディラックも同じ問題を提起している。）[1]
（湯川は、この問題を非局所場として扱ったが、成功したとはいいがたい。）
  1. 朝永は、「なぜ日本物理の黄金時代が訪れたのか」と問われ、「最重要な課題を解決した湯川に、大きな刺激を受けた」と述べている。

坂田

  1. 坂田昌一は、朝永より4年したで、2中間子論、坂田モデル、2ニュートリノ説や、混合場を提唱した。混合場は、無限大の発散を扱い、ある程度成功したが、朝永は、混合場では無限大を完全には取り除けないことを見出し、繰り込みに転じる。
（坂田の弟子、大貫らは群論を使った坂田モデルの数式化を果たし、基本3粒子の群論表現の最初。）
朝永グループ [編集]

理研の仁科芳雄と提携しつつ朝永グループを形成し、西島和彦、繰り込みの木庭二郎、南部陽一郎などがこれに参加する[2]。南部は朝永の推薦により、新設の大阪市大の物理学科の教授として、早川、西島らと大阪市大グループを形成する[3]。

後年、巨大実験装置の発案、建設に努め、小柴昌俊はこの時代の弟子にあたる。また、早川は天文学に移り、日本の天文学を世界レベルに押し上げた。

年譜 [編集]

  • 1927年に見出したゲージ理論を、1947年、相対論的に共変な可換ゲージ理論へと拡張し、量子電磁気学の建設に使った
  • 1931年、仁科芳雄の誘いを受け、理化学研究所仁科研究室の研究員に着任
  • 1938年、発散を打ち消すアイデア（繰り込み）を発想
  • 1943年、まず、特殊相対論に対応していなかったハイゼンベルグ-パウリの場の量子論を、ディラックの多時間理論をもとに超多時間理論を形成し、特殊相対論化を完成させた
  • 1946年、発表された凝縮場の理論（架空のCメソンを導入して無限大の困難を避ける方法）を検討し、同グループの木庭二郎らがこの理論は誤りであると発表する
  • 1947年、量子電磁力学の発散の困難を解消するためのくりこみ理論を形成し、繰り込みの手法を用いて、水素原子のエネルギー準位に見られるいわゆるラムシフトの理論的計算を行い、実測値と一致する結果を得た
  • 1948年、朝永は、超多時間理論でハイゼンベルグとパウリの場の量子論を相対論的に共変な形式に書き改め、繰り込みの記述形式を確立し、量子電磁力学を完成させた[4]

超多時間理論・繰り込み・ゲージ　 [編集]

1948年（1947年学会発表）、朝永は、超多時間理論でハイゼンベルグとパウリの場の量子論を相対論的に共変な形式に書き改め、繰り込みの記述形式を確立し、量子電磁力学を完成させた。（朝永に数年遅れて、ジュリアン・シュウィンガーおよびリチャード・ファインマンらも独立して繰り込みを見い出し、量子電磁力学を完成させた。）特に電子の異常磁気モーメントの計算は、量子電磁力学のよる予言値と実験による測定値が10桁の精度で実験と一致している。場の量子論に繰り込みとゲージを用いる方法は、以後の理論建築の指針となる。この方法を基礎に、非可換ゲージ、量子色力学、およびワインバーグサラム理論は建設されている。

場の量子論・量子電磁力学に対する寄与は次になる。

  1. 相対論的共変性の表現形式（超多時間理論）
    場の量子論の指し示す空間の変換演算子、相対論的に共変なシュディンガー方程式、および相互作用の取り出し形式（相互作用表示）とそのハイゼンベルグ方程式を見出した。
  2. 繰り込み
    繰り込みにより、量子電磁力学における発散の困難が解決された。　　繰り込みは、相対論・場の量子論とならぶ物理学が満たすべき基本原理となった。
  3. 可換ゲージによる量子電磁力学の表現形式
    フリッツ・ロンドンが1927年に見出したゲージ理論を、1947年、相対論的に共変な可換ゲージ理論へと拡張し、量子電磁気学の建設に使った。
    これを拡張した1954年の楊振寧とロバート・ミルズによる非可換ゲージは量子色力学、ワインバーグサラム理論の基礎になった。
　繰り込み　 [編集]

朝永は、正の数を無限にたすと負の数になるという驚異的とも言える数学手法をもちいて、繰り込みを理論化した。

（最近使われる手法は、摂動を一回行うと物理的に意味のない項が出てくるので、毎回これを取り除くという手法である。これを繰り込み群の手法という。繰り込み群の手法の基礎には時空の連続性がある。すなわち、どこまでも取り除きが可能であるのは、空間が連続だから。）

エピソード　 [編集]

フリーマン・ダイソンは、1943年の超多時間理論の論文を読んだときの感想について、回想録の中で次のように述べている。

戦争の荒廃と混乱のさなかにある日本で、国際的には完全に孤立した状態にありながら、朝永はどうにかして理論物理研究集団を維持し、ある意味では世界のどこよりも進んだ活動を行っていた。誰の助けも借りず独力で、シュウィンガーより5年も前に、コロンビア実験の助けもないところで、新しい量子電気力学の礎を築いたのである。・・・吾々には深淵からの声のように響いた[5][6]。

仁科芳雄は「朝永さんのように頭のいい人はいませんね」と言っている[7]。仁科の主催する研究会で議論を戦わした後、最後に朝永の意見を聞き、みんなが納得する状態であったと言う[要出典]。

失敗した理論 [編集]

当初、観測との矛盾のあった中間子論の問題を解決するために作られた、朝永の中間結合の理論は不完全で終わった。しかし、この理論は超伝導を理論的に解明しノーベル賞を勝ち取ったBCS理論に使われる[8]。 中間結合の理論を作ったときの経験は、繰り込み理論を創るとき役立ったと、朝永自身、述べている[9]。

朝永の方法 [編集]

朝永は新奇をてらう前に従来手法を徹底するという保守を自認していた[6]。

1943年、まず、特殊相対論に対応していなかったハイゼンベルグ-パウリの場の量子論を、ディラックの多時間理論をもとに超多時間理論を形成し、特殊相対論化を完成させた。

次に、1930年代に入り顕在化していた場の量子論のもうひとつの問題、自己エネルギーによる質量補正が無限大になる問題に取り組む。（朝永はかなり早い時期から繰り込みを考えており、1938年に発散を打ち消すアイデア（繰り込み）を発想している。これは、次のダンコフの論文より前である。[10][11]。一方、ダンコフは1937年に発想し、1939年に繰り込みの核心に迫る初めての論文を出している。ただし、ダンコフの論文は、電子の生成消滅を含まず相対論を満たす形式ではなく、正しい結果には到達できない。）

坂田昌一により1946年に発表された凝縮場の理論（架空のCメソンを導入して無限大の困難を避ける方法）を検討し、同グループの木庭二郎らがこの理論は誤りであると発表する。しかし、超多時間理論で計算しなおしたところ、凝縮場は質量の発散を正しく取り除けることが判明するが、真空偏極の発散は打ち消さないで残ることがわかり、次にこの問題の解決へと進んだ。そこで、計算の基礎として使っていた1939年のダンコフの論文（電子を考慮していないため非相対論的）を電子を入れて修正し（いろいろな発散が現れたが，実は発散は一番弱い対数発散のみが現れ，無限大はすべて質量と電荷の中にくりこめることがわかった）正しく計算すれば、凝縮場を使わずとも、すべての無限大を質量と電荷の無限大で書き直せる（繰り込める）ことに気が付き、1947年学会発表し、翌年、残る問題の解消に半年をついやし、翌1948年論文化し繰り込み理論を完成させた[6][12]。1949年、繰り込みによりラムシフトを正しく計算した論文を発表し、この理論は脚光を浴びる。

朝永は、「もしダンコフが計算間違いをしていなかったら、繰り込みの歴史は変っていただろう」と言っている。ダンコフが電子を考慮に入れた理論計算していれば、1939年のダンコフの論文で繰り込みは完成していたことになる。また、ダンコフの論文がなければ、1940年頃、朝永が繰り込みを発表していた可能性がある。（ただし、エルンスト・シュテュッケルベルクも1943年に繰り込みの論文を提出していたが、理解されずリジェクトされている。）

湯川秀樹が、因果律のタブーを犯してまで非局所場に踏み込んでいくなど新しいことに挑戦することを恐れなかったのに対し[6]、「反動ならざる保守」を自認する朝永は、超多時間理論、繰り込みなどを完成させ、近距離で量子電磁力学が破綻するという危機を救った[6]。

朝永の歴史的位置・意義 [編集]

以前の原理（ボーア・ハイゼンベルグ・シュレディンガー・デイラック）の時代からの残された主な懸案（20年来）を解決し、以後30年以上続く理論の時代（QED、QCD、WS理論-標準理論）の基本構造としての量子電磁力学（QED）を建設した。朝永は両方の時代をまたいでいる。　　

略歴 [編集]

著書 [編集]

1949年に出版された『量子力学』は、日本語で書かれた量子力学の教科書の定番として長年読み継がれており、1963年には小柴昌俊による英訳本が出版された。量子力学の名著としての評価が高い。更に、1998年には『スピンはめぐる』の英訳本が出版されている。また物理学・量子力学の一般向けの啓蒙書も数多く執筆しており、歿後の1980年には『物理学とは何だろうか』が大佛次郎賞を受賞した。が、『量子力学』、『物理学とは何だろうか』は共に未完成である。著作集はみすず書房で、没後刊行している。

単行本 [編集]

著作集 [編集]

共著・編著・共編著 [編集]

  • 仁科芳雄・富山小太郎 『量子力学　概論』 共立社〈量子物理学 1〉、1938年。
  • 水間正一郎・高尾磐夫 『超短波磁電管』 コロナ社、1948年。
  • 『原子核から素粒子へ』 藤岡由夫共編、弘文堂、1949年。
  • 『物質とは何か』 弘文堂編輯部編、弘文堂〈アテネ文庫 第60〉、1949年。
  • 朝永振一郎など 『極超短波理論概説』 リスナー社、1950年。
  • 『物理学大系』第1篇 第6巻 第1冊、朝永振一郎など編、学芸社、1951年。
  • 『現代自然科学講座』第1巻～第12巻、伏見康治共編、弘文堂、1951-1952。
  • 『物理学読本』 朝永振一郎編、みすず書房、1952年。
  • 『極超短波磁電管の研究』 小谷正雄共編、みすず書房、1952年。
  • 『仁科芳雄　伝記と回想』 玉木英彦共編、みすず書房、1952年。
  • 『物理の歴史』 朝永振一郎編、毎日新聞社〈毎日ライブラリー〉、1953年。
  • 『原子核から素粒子へ』 藤岡由夫共編、弘文堂、1953年。
  • 『理論物理学新講座』第1巻～第16巻、伏見康治共編、弘文堂、1953-1954。
  • 『宇宙線の話』 朝永振一郎編、岩波書店〈岩波新書〉、1960年。
  • 『平和時代を創造するために　科学者は訴える』 湯川秀樹・坂田昌一共編、岩波書店〈岩波新書〉、1963年。
  • 朝永振一郎監修 『原色フレンド百科大事典』 文英堂、1967年。
  • 『核時代を超える　平和の創造をめざして』 湯川秀樹・坂田昌一共編、岩波書店〈岩波新書〉、1968年。ISBN 4-00-411106-4。
  • 湯川秀樹（述）・朝永振一郎（述） 『物理学者群像　対談』 仁科記念財団、1972年。
  • 『核軍縮への新しい構想』 湯川秀樹・豊田利幸共編、岩波書店、1977年8月。
  • 朝永振一郎ほか 『素粒子の世界』 学生社〈科学随筆文庫 5〉、1978年6月。

翻訳 [編集]

英訳 [編集]

  • Shinichiro Tomonaga (1962). Quantum mechanics (Hardcover ed.). Interscience Publishers. 
  • Shinichiro Tomonaga (January 1998). The Story of Spin (Hardcover ed.). Univ of Chicago Pr (Tx). ISBN 0226807932. 
  • Shinichiro Tomonaga (October 1998). The Story of Spin (Paperbuck ed.). Univ of Chicago Pr (Tx). ISBN 0226807940. 

回想・伝記 [編集]

  • 『回想の朝永振一郎』　松井巻之助編、みすず書房、1980年、新版2006年
  • 『朝永振一郎著作集 別巻3　朝永振一郎・人と業績』　解説小沼通二、みすず書房、新版2002年
  • 『追想朝永振一郎』　伊藤大介編、中央公論社〈自然選書〉、1981年
  • 『素粒子の世界を拓く　湯川秀樹・朝永振一郎の人と時代』　佐藤文隆監修、京都大学学術出版会〈学術選書〉、2006年
  • 加藤八千代　『朝永振一郎博士　人とことば』　共立出版、1984年
  • 中村誠太郎　『湯川秀樹と朝永振一郎』　読売新聞社、1992年

師匠・弟子 [編集]

師匠 [編集]

  • 仁科芳雄がコペンハーゲン学派の自由な雰囲気を持ち帰った理化学研究所で、朝永は研究を行っている。

弟子 [編集]

脚注・出典 [編集]

  1. ^ 原治,『非局所場理論』日本物理學會誌 37(4), 275-277, 1982
  2. ^ 基礎物理学 : 過去と未来(3.基礎物理学の系譜,学問の系譜-アインシュタインから湯川・朝永へ-,研究会報告) 素粒子論研究 Vol. 112, No. 6 (2006), F77-F91.
  3. ^ 南部陽一郎 素粒子物理の青春時代を回顧する 日本物理学会誌 Vol57, No.1(2002), 2-8
  4. ^ 木庭二郎のくらべて年表
  5. ^ F. Dyson: Disturbing the Universe (Harper & Row, 1979)
  6. ^ a b c d e 長島順清 素粒子の物理 : 先駆と展開の鳥瞰 日本物理学会誌 Vol60 No.3(2005), 171-179
  7. ^ 雑誌「科学」での座談会で、仁科の話しを引用して、「じゃ俺たちは頭が悪いの」と素粒子物理学の面々が笑っていた。
  8. ^ 『新編 素粒子の世界を拓く―湯川・朝永から南部・小林・益川へ』京都大学学術出版会 p72
  9. ^ 小川修三 坂田学派と素粒子模型の進展 日本物理学会誌 Vol51, No.2(1996), 90-94
  10. ^ 物理学会誌35（1），65-67，1980
  11. ^ 物理学会誌35（1），67-71，1980
  12. ^ くりこみ理論のころ
  13. ^ 日本の天文学者の系図

関連項目 [編集]

外部リンク [編集]

表・話・編・歴
筑波大学学長(東京教育大学学長：第2代：1957年 - 1962年)
師範学校
初代校長 諸葛信澄 1872-1873 /
東京師範学校
初代校長 諸葛信澄 1873-1874 / 校長心得 小沢圭二郎 1874 / 摂理 箕作秋坪 1874-1877 / 校長 秋山恒太郎 1877-1878 / 校長補 伊沢修二 1878-1879 / 校長 伊沢修二 1879-1881 / 校長 高嶺秀夫 1881-1886 / 校長 山川浩 1886 /
高等師範学校
初代校長 山川浩 1886-1891 / 第2代 高嶺秀夫 1891-1893 / 第3代 嘉納治五郎 1893-1897 / 第4代 河内信朝 1897 / 第5代 嘉納治五郎 1897-1898 / 第6代 矢田部良吉 1898-1899 / 第7代 伊沢修二 1899-1900 / 第8代 澤柳政太郎 1901 / 第9代 嘉納治五郎 1901-1902 /
東京高等師範学校
第9代 嘉納治五郎 1902-1920 / 第10代 三宅米吉 1920-1929 / 第11代 大瀬甚太郎 1929-1934 / 第12代 森岡常蔵 1934-1940 / 第13代 河原春作 1940-1945 / 第14代 務台理作 1945-1948 / 第15代 杉村欣次郎 1948-1949 /
東京文理科大学
初代学長 三宅米吉 1929 / 第2代 大瀬甚太郎 1929-1934 / 第3代 森岡常蔵 1934-1940 / 第4代 河原春作 1940-1945 / 第5代 務台理作 1945-1948 / 第6代 杉村欣次郎 1948-1949 /
東京教育大学
初代学長 柴沼直 1949-1956 / 学長事務取扱 三輪知雄 1956-1957 / 第2代 朝永振一郎 1957-1962 / 第3代 三輪知雄 1962-1968 / 第4代 三輪光雄 1968-1969 / 学長事務取扱 宮島龍興 1969-1970 / 第5代 宮島龍興 1970-1974 / 第6代 大山信郎 1974-1978 /
筑波大学
初代学長 三輪知雄 1973-1976 / 第2代 宮島龍興 1976-1980 / 第3代 福田信之 1980-1986 / 第4代 阿南功一 1986-1992 / 第5代 江崎玲於奈 1992-1998 / 第6代 北原保雄 1998-2004 / 第7代 岩崎洋一 2004-2009 / 第8代 山田信博 2009-2013 / 第9代 永田恭介 2013-
関連項目 : 筑波大学 - 筑波大学の人物一覧 - 東京教育大学
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