Джун Ишивара

Джун Ишивара
Рожденный	( 1881-01-15 ) 15 января 1881 г. Токио , Япония
Умер	19 января 1947 г. ( 1947-01-19 ) (66 лет) Префектура Тиба , Япония.
Гражданство	Япония
Альма-матер	Токийский университет
Научная карьера
Поля	теоретическая физика
Учреждения	Университет Тохоку
Докторантура	Хантаро Нагаока

Дзюн Исивара или Ацуши Исихара (石原 純; 15 января 1881 — 19 января 1947) — японский физик-теоретик, известный своими работами по электронной теории металлов, теории относительности и квантовой теории. Будучи единственным японским учёным, внесшим оригинальный вклад в старую квантовую теорию , в 1915 году независимо от других учёных сформулировал правила квантования для систем с несколькими степенями свободы.

Биография

Дзюн Ишивара родился в семье христианского священника Ре Ишивары и Чисэ Ишивары. В 1906 году он завершил обучение на факультете теоретической физики Токийского университета , где был студентом Хантаро Нагаока . С 1908 года Ишивара преподавал в Армейской артиллерийской и инженерной школе, а в 1911 году получил должность доцента научного колледжа университета Тохоку . С апреля 1912 по май 1914 года стажировался в Европе — в Мюнхенском университете , ETH Цюрихе и Лейденском университете , где работал с Арнольдом Зоммерфельдом и Альбертом Эйнштейном . Вернувшись на родину, Ишивара получил должность профессора университета Тохоку, а в 1919 году за научную работу был удостоен Императорской премии Японской академии .

С 1918 года научная деятельность Ишивары пошла на спад. В 1921 году из-за любовной связи он был вынужден взять отпуск в университете, а через два года окончательно вышел на пенсию. После выхода на пенсию он посвятил себя преимущественно писательской деятельности и научной журналистике (в этой области он был одним из пионеров Японии), написал множество популярных книг и статей о новейших достижениях науки. В конце 1922 года Ишивара принимал Эйнштейна во время его визита в Японию; он записал и опубликовал ряд выступлений Эйнштейна, в том числе его речь в Киото, в которой Эйнштейн впервые подробно изложил свой путь к созданию теории относительности. Двухтомная монография Ишивары под названием «Фундаментальные проблемы физики» пользовалась большой популярностью среди молодых ученых и специалистов; он также редактировал первое полное собрание сочинений Эйнштейна, опубликованное в японском переводе в 1922–1924 годах. Кроме того, Ишивара был известен как поэт, писавший стихи в жанре танка . Незадолго до начала Второй мировой войны он подверг критике государственный контроль над наукой.

Научные достижения

Теория относительности

Ишивара был одним из первых японских ученых, обратившихся к теории относительности; он написал первую в Японии научную статью на эту тему. В 1909-1911 годах он исследовал в рамках этой теории ряд конкретных задач, связанных с динамикой электронов, распространением света в движущихся объектах и ​​расчетом тензора энергии-импульса электромагнитного поля. В 1913 году на основе принципа наименьшего действия он вывел выражение для этого тензора, полученное ранее Германом Минковским . Ишивара принимал участие в дискуссиях первой половины 1910-х годов (десятилетие с 1910 по 1919 год), предшествовавших созданию общей теории относительности . Отталкиваясь от скалярной теории гравитации, предложенной Максом Абрахамом , и используя популярную в то время идею об электромагнитном происхождении материи, японский физик разработал собственную теорию, в которой попытался объединить электромагнитное и гравитационное поля, или, точнее, вывести последнее из первого. Предположив, что скорость света является переменной, и соответствующим образом переписав уравнения Максвелла , он показал, что такое представление приводит к появлению дополнительных членов в законе сохранения энергии-импульса, которые можно рассматривать как гравитационный вклад. Результат оказался в согласии с теорией Абрахама, но впоследствии Ишивара развил свою теорию в другом направлении, пытаясь согласовать ее с теорией относительности. Ученый также предпринял попытки построить пятимерную теорию объединения гравитационного и электромагнитного полей.

Квантовая физика

В первой статье, посвященной проблемам квантовой физики (1911), Ишивара вывел закон Планка и попытался обосновать волновые свойства излучения на основе предположения, что оно состоит из квантов света . Таким образом, он предвосхитил некоторые идеи Луи де Бройля и Сатьендры Нат Боса . В том же году он поддержал гипотезу квантов света как возможного объяснения природы рентгеновских и гамма-лучей .

В 1915 году Ишивара стал первым незападным учёным, сославшимся на теорию атома Бора в опубликованной работе. 4 апреля 1915 года он представил Токийскому математико-физическому обществу статью «Универсальный смысл кванта действия» («Universelle Bedeutung des Wirkungsquantums»), в которой предпринял попытку объединить идеи Макса Планка об элементарных клетках. в фазовом пространстве — идея квантования углового момента в модели атома Бора и гипотеза Арнольда Зоммерфельда об изменении интеграла действия в квантовых процессах. Ишивара предположил, что движение квантовой системы, имеющее $j$ степени свободы должны удовлетворять следующему среднему соотношению между значениями координат ( $q_{i}$) и соответствующие импульсы ( $p_{i}$): ${\frac {1}{j}}\sum _{i=1}^{j}\int {p_{i}dq_{i}}=h$, где $h$ — постоянная Планка . Ишивара показал, что эту новую гипотезу можно использовать для воспроизведения некоторых известных на тот момент квантовых эффектов. Таким образом, ему удалось получить выражение для квантования углового момента в атоме Бора с учетом также эллиптичности электронных орбит, хотя из его теории вытекала необходимость принять заряд ядра атома водорода равным двум элементарным зарядам. В качестве второго применения предложенной гипотезы Ишивара рассмотрел проблему фотоэффекта , получив линейную зависимость между энергией электрона и частотой излучения в соответствии с формулой Эйнштейна. Позже в том же году Ишивара выдвинул еще одну гипотезу, согласно которой произведение энергии атома и периода движения электрона в стационарном состоянии должно быть равно целому числу постоянных Планка. В 1918 году он связал предложенный тремя годами ранее постулат с теорией адиабатических инвариантов .

Примерно в то же время аналогичные правила квантования систем многих степеней свободы были независимо получены Уильямом Уилсоном и Зоммерфельдом и обычно называются квантовыми условиями Зоммерфельда. Причиной ошибки Ишивары, проявившейся при расчете атома водорода, по-видимому, было избыточное усреднение по числу степеней свободы (деление на $j$ перед суммой). В то же время его квантовое условие, отличавшееся от условия Зоммерфельда наличием суммирования, позволяло получать правильные результаты независимо от выбора координат. На это указал в 1917 г. Эйнштейн, который, не зная о работах Ишивары, вывел то же соотношение и показал, что в случае сепарабельных координат оно дает условия Вильсона и Зоммерфельда.

Выберите публикации

• Ишивара, Джун (1909). «Об оптике движущихся весомых сред». Токио Сугаку Бутури-гаккакиви Кизи [Труды Токийского математико-физического общества] . 5 : 150-180. дои : 10.11429/ptmps1907.5.10_150 .
• Ишивара, Джун (1912). «Вклад в теорию квантов света». Научные отчеты Университета Тохоку . 1 :67-104.
• Ишивара, Джун (1912). «Отчет по теории относительности». Ежегодник радиоактивности и электроники . 9 :560-648.
• Ишивара, Джун (1912). «К теории гравитации». Физический журнал . 13 :1189-1193.
• Ишивара, Джун (1913). «О принципе наименьшего действия в электродинамике движущихся весомых тел» . Анналы физики . 42 (15): 986–1000. Бибкод : 1913АнП...347..986И . дои : 10.1002/andp.19133471505 .
• Ишивара, Джун (1914). «Электронно-теоретические основы электродинамики движущихся тел». Ежегодник радиоактивности и электроники . 11 :167-186.
• Ишивара, Джун (1914). «Основы релятивистской и электромагнитной теории гравитации». Физический журнал . 15 : 294–298, 506–510.
• Ишивара, Джун (1915). «К релятивистской теории гравитации». Научные отчеты Университета Тохоку . 4 : 111-160.
• Ишивара, Джун (1915). «Универсальный смысл кванта действия». Токио Сугаку Бутури-гаккакиви Кизи . 8 :106-116. дои : 10.11429/ptmps1907.8.4_106 .
  • Комментированный английский перевод: Ишивара, июнь (2017). «Универсальный смысл количества действия». Европейский физический журнал H . 42 (4–5): 523–536. arXiv : 1708.03706 . Бибкод : 2017arXiv170803706P . дои : 10.1140/epjh/e2017-80041-1 . S2CID   59937705 .
• Ишивара, Джун (1915). «Об основной теореме квантовой теории». Токио Сугаку Бутури-гаккакиви Кизи . 8 :318-326. дои : 10.11429/ptmps1907.8.10_318 .
• Квантовая теория I, II, III]». Токио Буцури-гакко Засши . Ишивара , Дзюн (1918). «Рёси-рон I, II, III [
• Ишивара, Джун (1921). Сотайсей Генри [Принцип относительности] . Токио. {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
• Исивара, Дзюн (1926) Буцури-гаку-но Кисотэки Сё-мондай [Фундаментальные проблемы физики] . Токио: Иванами-шотэн.

Источники

• Абико, Сейя (2015). «Вклад Исивары в раннюю квантовую теорию и восприятие квантовой теории в Японии» : 1–8. {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
• Хиросиге, Тету (1981). «Исивара, Джун». В Чарльзе Коулстоне, Гиллиспи (ред.). Словарь научной биографии . Том. 7. Нью-Йорк: Сыновья Чарльза Скрибнера . стр. 26–27.
• Мехра, Джагдиш ; Рехенберг, Гельмут (1982). Историческое развитие квантовой теории. Том. 1, Часть 1: Квантовая теория Планка, Эйнштейна, Бора и Зоммерфельда: ее основание и рост ее трудностей, 1900–1925 гг . Спрингер .
• Нисио, С. (2011) . Пионер научной журналистики : биография Джуна Ишивары ] (на японском языке . )
• Пелогия, Карла; Бразилия, Карлос Александр (2017). «Анализ книги Джуна Ишивары «Универсальный смысл количества действия» ». Европейский физический журнал H . 42 (4–5): 507–521. arXiv : 1708.04676 . Бибкод : 2017EPJH...42..507P . дои : 10.1140/epjh/e2017-80034-x . S2CID   119208278 .