Helge Kragh [カーオ] (1999/2015) 20世紀物理学史 [Quantum Generations]

  • Helge Kragh, 1999: Quantum Generations: A History of Physics in the Twentieth Century. Princeton University Press.
  • ヘリガ・カーオ 著, 岡本 拓司 監訳, 有賀 暢迪 [ありが のぶみち]、稲葉 肇 ほか 訳 (2015): 20世紀物理学史 — 理論・実験・社会 (上・下)。名古屋大学出版会, (通しページ) 631 pp. ISBN 978-4-8158-{0809-9,0810-5}。 [わたしはこの版を読んだ。]

日本語版は2015年7月の新刊。1999年の原著に対して、著者による改訂が加わっている。日本語版には出版社に紹介ページがあり(上巻 http://www.unp.or.jp/ISBN/ISBN978-4-8158-0809-9.html、下巻http://www.unp.or.jp/ISBN/ISBN978-4-8158-0810-5.html)、詳しい目次もそこにあるのでここでくりかえさないことにする。また、訳者のひとりの有賀さんがTwitterで本書の要点を紹介している。それをわたしが「togetter」にまとめた(http://togetter.com/li/917554)。

著者はデンマーク人の科学史家。デンマーク語の名まえを正確に発音するのはむずかしい。本書日本語版の著者表記は、有賀・稲葉両氏が著者自身の発音にもっとも近いと判断したものだそうだ。

科学史の本には、科学的知識の内容を論じたもの、科学研究の道具だてを論じたもの、科学者が仕事をした社会的条件を論じたものがある。本書は副題に「理論・実験・社会」とあるように、その全部にわたっている。ただしページ数の限りもあるから、あらゆる話題を全部の観点で見ているわけではなく、章によってちがった観点を使いわけている。

英語版の原題はQuantum Generationsであり、本書の対象は、物理全般ではなく、おもに量子論とそこからの発展である。しかし相対論とそこからの発展(宇宙論など)も含めている。量子論からの発展には、素粒子論や原子核物理学だけでなく、日本語でいう「物性物理」、英語でいうsolid state physicsあるいはcondensed matter physicsを広く含めている。物理学が社会的変化の主要な力になったのは技術的な応用を通じてだから、という考えによる。なお、光学、材料科学、化学物理学、地球物理学、医学物理学、第3世界における物理学、1950年以後の量子力学の解釈に関する議論などは扱うことができなかったとことわっている。

話は1890年代、相対論も量子論も出ていなかったときから始める。当時の理論物理学の中心的課題は「電磁気はエーテルの流体力学的モデルで説明できるのか?」などというものだったのだ。第2章には1910年にヨーロッパを訪問した長岡半太郎の報告が引用されている。物理の新しい動きを紹介しているのだが、相対論も量子論も含まれていなかった。(カメルリング・オネスの低温実験などはある。) 世界にすでに相対論と量子論の研究者はいたのだが、大多数の物理学者の視野にはまだはいっていなかったのだ。

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まず、有賀さんのtweetは第23章までで止まっているので、残りの章について、ごく簡単になんの話題があるかを紹介しておく。

第24章。固体物理(solid state physics)。半導体や金属の性質、超伝導など。 超伝導が実験事実としてわかった話は6章にあり、ここでは量子論にもとづく説明が論じられている。

第25章。エレクトロニクスなどへの応用。社会とのかかわり(商用、軍用)の面は9章「産業と戦争における物理学」に続く話題。半導体の応用としてトランジスタやIC、マイクロ波の応用としてメーザー、光の応用としてレーザーや光ファイバーが出てくる。

第26章「攻撃される科学 — 危機にある物理学?」。軍事・戦争との関連(1960年代、1980年代以降)、近代科学の価値への疑い(1960-70年代)、「物理学は終わるのか?」という議論(1980-90年代)。

第27章「統一と思弁」。4つの力の統一をめざす理論の研究が紹介されている。検証困難な思弁になりがちだという批評もある。

第28章。ノーベル物理学賞の件。

第29章「物理学の世紀を回顧する」。具体的な学説は変わったが、物理の考えかたは19世紀から考えられていたものであり、今後、(変わりえないわけではないが)根本的に変わるとは考えがたい、という著者の考えを述べている。「はしがき」でも、この1世紀の物理学の方法論・認識論的変化は小さく、社会的・経済的・政治的次元の変化が大きい、と述べていた。

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著者は、科学史に、科学者の人数や論文の数などの統計を使った、科学計量の考えを持ちこむ。ただし、第21章に出てくる例だけは著者自身がかかわったものだが、大部分は既存の文献からの引用だ。

第2章にはいくつもの数量の表がある。そのうちに物理学者の人口の国家間の比較がある。20世紀はじめ、物理学者はすでに専門職化していたが、ヨーロッパとアメリカに集中していた(日本にも少しいた)。

第5章の89ページには量子論の論文数(1905-1914年)がある。Kuhnの1978年のBlack-body Theoryの本からの引用だ。1910年までは、黒体放射に限られ、のびが少ない。

第6章の133ページには相対論に関する出版物の件数(1900-1920年)、Illyの1981年の著作からの引用。ドイツ語のものの数は、1908年ごろ急増、1910年ごろピーク、1915年ごろおちこみ、1920年ごろピーク? (図の端なので不明だが)と見える。英語のものは、1910年代の増加が小さく、1920年にのびている。

第21章の423ページには高エネルギー物理の出版物の件数、Hovis & Kraghの1991年の著作からの引用。絶対数ではふえているが、物理のうちの相対値では減っている。

「日本語版によせて」の580ページでは、科学計量的アプローチが、複数の方法のひとつとして有効だと言っている。また582ページでは、湯浅光朝が1962年の著作で、発見の数の変遷を示し、科学の中心地の変遷を論じたことにふれている。

お金に関する数値もあちこちに出てくるが、とくに印象に残ったものだけふれておく。第20章の初め、Formanの1987年の著作の図を引用しているところの本文によれば、USAのアカデミックな物理の研究予算の1950年ごろには98%、1960年には92%が国防省と原子力委員会から来ていたそうだ。これには、NSFなどが整備されるにつれてそちらに移った基礎研究振興の資金提供も含んでいるとは思うが、それにしても大きいと感じられた。

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気象学を専門とするわたしから見ると、本書には、直接関係する話題はほとんど出てこないのだが、知っている人がかかわったことを発見してちょっと驚くことがある。

第1章には、気象学に物理をもちこんだVilhelm Bjeknesの父のCarl Bjreknesが出てくる。Vilhelmは父の研究を手つだうことから流体力学にはいったのだ([Roulstone & Norbury (2013)の読書メモ]参照)。本書によれば、Carlの1870年代の仕事は、(電磁気力をエーテルの流体運動によって説明する理論のなかまとして) 重力を流体運動で説明しようとするものだった。

第8章(154-157ページ)に出てくるグスタフ・ミーは、大気放射で今も重視されるMie散乱のMieにちがいない。本書によれば、彼が1912-13年に出した複数の長大な論文は、電磁気的なエーテルで当時知られていたすべての力を説明しようとする理論的努力だったのだ。その伝統はすたれたが、その部品だっただろう散乱の理論は生き残った。

第9章(169ページ)に出てくるラングミュアは、気象学者には第2次大戦後にGeneral Electric社で人工降雨の研究をしたことで知られるが、本書に出てくるのは、1909年にGEに入社してまもなく、気体中と真空中の放電について研究し、真空管のメカニズムをも示したことだ。

第12章(229ページ)に霧箱が素粒子検出の道具として出てくるが、「原理はチャールズ T.R.ウィルソンにより、気象学研究に関連して、1890年代後半に発見された」とある。

第19章(361ページ)に出てくるヴァルター・エルザッサーは、気象学者には 1940年代、CO2などの分子振動による赤外線吸収帯の計算をした人として知られているが、本書に出てくるのは、1933年に原子核の核子の数を説明する「殻」の概念を述べた人としてだ。

第24章に出てくるフレデリック・ザイツは、地球温暖化の研究者には、1980-90年代に温暖化懐疑論をふりまいた人として知られているが、本書に出てくるのは、1933年に(ウィグナーの学生として)半導体について知られていたバンド理論を金属に応用したこと(475ページ)、1937年にジョンソンとともに、量子力学に基づく固体物理の総説を書いたこと(472ページ)だ。

「日本語版によせて」(578-579ページ)には「物理気象学」への言及があるが、その内容の説明はない。地球物理と基礎物理とのかかわりとして、重力(万有引力定数)が過去数億年間に変化したかという問題について、証拠は地球科学からきた、という話がある。

また、科学史家に関しては、流体力学の歴史の本[読書メモ]の著者であるDarrigolが、それより前に量子論の歴史を扱っていたことや、地球温暖化に関する科学的認識の歴史の本の著者であるWeartが固体物理の歴史を扱っていたことを知った。

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量子力学とヴァイマル共和国の時代精神を関連づけるFormanの考えについて、本書10章の終わりのあたりに否定的な議論がある。わたしのしろうと考えだが、不確かさが感じられる時代だから不確定性が出てきたのではなくて、不確かさが感じられる時代だから不確定性もなんらかの原理で説明しようという意欲が出てきた、ということは言えないだろうか? 不合理性の受容ではなく、むしろ理論的説明の追求に向かったのではないか?

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