Дзюн (Ацуси) Исивара (Исихара) , в русскоязычной литературе часто Джун Ишивара ( яп. 石原 純 , англ. Ishiwara/Ishihara Atsushi/Jun ; 15 января 1881 , Токио — 19 января 1947 , префектура Тиба ) — японский физик-теоретик , автор работ 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 Исивара родился в семье христианского священника Рё Исивары ( Ryo Ishiwara ) и Тисэ Исивары ( Chise Ishiwara ). В 1906 году он завершил обучение на кафедре теоретической физики Токийского университета , где был учеником Хантаро Нагаоки . С 1908 года Исивара преподавал в школе артиллерийских инженеров, а в 1911 году получил место доцента в Школе наук университета Тохоку . С апреля 1912 по май 1914 года он стажировался в Европе — в Мюнхенском университете , Цюрихском политехникуме и Лейденском университете , где работал с Арнольдом Зоммерфельдом и Альбертом Эйнштейном . После возвращения на родину Исивара получил должность профессора в университете Тохоку, а в 1919 году за свою научную деятельность был удостоен Императорской премии Японской академии наук .

С 1918 года научная активность Исивары начала уменьшаться. В 1921 году из-за любовной связи он был вынужден взять отпуск в университете, а два года спустя окончательно ушёл в отставку. С этих пор он посвятил себя в основном писательству и научной журналистике (в этой области он был одним из пионеров в Японии), из-под его пера вышло много популярных книг и статей, рассказывавших о последних достижениях науки . В конце 1922 года у Исивары останавливался Эйнштейн во время своего визита в Японию; японский учёный записал и опубликовал ряд выступлений своего великого коллеги, в том числе его киотскую речь, в которой тот впервые подробно рассказал о своём пути к созданию теории относительности . Большой популярностью среди молодых учёных и специалистов пользовалась двухтомная монография Исивары «Фундаментальные проблемы физики»; он также редактировал первое полное собрание работ Эйнштейна, вышедшее в японском переводе в 1922—1924 годах. Кроме того, Исивара получил известность как поэт, писавший стихотворения в жанре танка . Незадолго до начала Второй мировой войны он выступал в прессе с критикой правительственного контроля над наукой .

Научная деятельность

Теория относительности

Исивара был одним из первых японских учёных, обратившихся к теории относительности ; ему принадлежит первая в Японии научная статья 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 вычислением тензора энергии-импульса электромагнитного поля. В 1913 году на основе принципа наименьшего действия он вывел выражение для этого тензора, ранее полученное Германом Минковским . Исивара принял непосредственное участие в дискуссиях первой половины 1910-х годов, предшествовавших созданию общей теории относительности . Опираясь на скалярную теорию гравитации , предложенную Максом Абрагамом , и исходя из популярного в то время представления об электромагнитном происхождении материи, японский физик разработал собственную теорию, в которой попытался объединить электромагнитное и гравитационное поля, а точнее вывести второе из первого. Предположив, что скорость света является переменной величиной и переписав соответствующим образом уравнения Максвелла , он показал, что такое представление приводит к появлению в законе сохранения энергии-импульса дополнительных членов, которые можно трактовать как гравитационный вклад. Полученный результат находился в согласии с теорией Абрагама, однако в дальнейшем Исивара развивал свою теорию уже в направлении согласования её с теорией относительности . Учёный также предпринимал попытки построить пятимерную теорию для объединения гравитационного и электромагнитного полей .

Квантовая физика

В первой работе, посвящённой проблемам квантовой физики (1911), Исивара вывел формулу Планка и попытался обосновать волновые свойства излучения на основе предположения, что оно состоит из световых квантов . Тем самым он предвосхитил некоторые идеи Луи де Бройля и Сатьендраната Бозе . В том же 1911 году японский учёный высказался в поддержку гипотезы световых квантов, как возможного объяснения природы рентгеновских и гамма-лучей .

В 1915 году Исивара стал первым незападным учёным, сославшимся в опубликованной работе на атомную теорию Бора . 4 апреля 1915 года он представил в Токийское математико-физическое общество статью «Универсальное значение кванта действия» ( нем. Universelle Bedeutung des Wirkungsquantums ), в которой попытался объединить идеи Макса Планка об элементарных ячейках в фазовом пространстве , представление о квантовании углового момента в боровской модели атома и гипотезу Арнольда Зоммерфельда об изменении интеграла действия в квантовых процессах. Японский учёный выдвинул предположение, что движение квантовой системы, имеющей ${\displaystyle j}$ степеней свободы, должно удовлетворять следующему среднему соотношению между величинами координат ( ${\displaystyle q_{i}}$ ) и соответствующих импульсов ( ${\displaystyle p_{i}}$ ): ${\displaystyle {\frac {1}{j}}\sum _{i=1}^{j}\int {p_{i}dq_{i}}=h}$ , где ${\displaystyle h}$ — постоянная Планка . Исивара показал, что эта новая гипотеза может быть использована для воспроизведения известных на тот момент квантовых эффектов. Так, ему удалось получить выражение для квантования углового момента в атоме Бора с учётом эллиптичности орбит электронов, хотя из его теории следовала необходимость принять заряд ядра атома водорода равным двум элементарным зарядам. В качестве второго приложения выдвинутой гипотезы Исивара рассмотрел проблему фотоэффекта , получив линейную связь между энергией электрона и частотой излучения в соответствии с формулой Эйнштейна . Позже в том же 1915 году Исивара выдвинул другую гипотезу, согласно которой в стационарном состоянии произведение энергии атома на период движения электрона должно равняться целому числу постоянных Планка . В 1918 году он связал выдвинутый 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 Исивары, проявившейся при расчёте водородного атома, по-видимому, было лишнее усреднение по количеству степеней свободы (деление на ${\displaystyle j}$ перед суммой). В то же время его квантовое условие, отличавшееся от зоммерфельдовского наличием суммирования, обладало тем достоинством, что позволяло получать правильные результаты независимо от выбора координат. На это указал в 1917 году Эйнштейн, который, не зная о работе японского физика, вывел то же соотношение и показал, что в случае разделяющихся координат оно переходит в условия Уилсона и Зоммерфельда .

Основные публикации

• Ishiwara J. Zur Optik der bewegten ponderablen Medien // Tokyo Sugaku Buturi-gakkakiwi Kizi [Proceedings of Tokyo Mathematico-Physical Society]. — 1909. — Bd. 5. — S. 150—180. — doi : .
• Ishiwara J. Beiträge zur Theorie der Lichtquanten // Scientific Reports of Tohoku University. — 1912. — Bd. 1. — S. 67—104.
• Ishiwara J. Bericht über die Relativitätstheorie // Jahrbuch der Radioaktivität und Elektronik. — 1912. — Bd. 9. — S. 560—648.
• Ishiwara J. Zur Theorie der Gravitation // Physikalische Zeitschrift . — 1912. — Bd. 13. — S. 1189—1193.
• Ishiwara J. Über das Prinzip der kleinsten Wirkung in der Elektrodynamik bewegter ponderabler Körper // Annalen der Physik . — 1913. — Bd. 42. — S. 986—1000. — doi : .
• Ishiwara J. Die elektronentheoretische Begründung der Elektrodynamik bewegter Körper // Jahrbuch der Radioaktivität und Elektronik. — 1914. — Bd. 11. — S. 167—186.
• Ishiwara J. Die Grundlagen einer relativistischen und elektromagnetischen Gravitationstheorie // Physikalische Zeitschrift. — 1914. — Bd. 15. — S. 294—298, 506—510.
• Ishiwara J. Zur relativistischen Theorie der Gravitation // Scientific Reports of Tohoku University. — 1915. — Bd. 4. — S. 111—160.
• Ishiwara J. Universelle Bedeutung des Wirkungsquantums // Tokyo Sugaku Buturi-gakkakiwi Kizi. — 1915. — Bd. 8. — S. 106—116. — doi : .
  • Комментированный английский перевод: Ishiwara J. The universal meaning of the quantum of action // European Physical Journal H. — 2017. — Vol. 42. — P. 523—536. — doi : . — arXiv : .
• Ishiwara J. Über den Fundamentalsatz der Quantentheorie // Tokyo Sugaku Buturi-gakkakiwi Kizi. — 1915. — Bd. 8. — S. 318—326. — doi : .
• Ishiwara J. Ryoshi-ron I, II, III [Quantum theory I, II, III] // Tokyo Butsuri-gakko Zasshi. — 1918. — Bd. 27. — S. 147—158, 183—195, 221—230.
• Ishiwara J. Sōtaisei Genri [Principle of Relativity]. — Tokyo, 1921.
• Ishiwara J. Butsuri-gaku no Kisoteki Sho-mondai [The fundamental problems of physics]. — Tokyo: Iwanami-shoten, 1923, 1926.

Примечания

Литература

• Abiko S. . — 2015. — P. 1—8.
• Hirosige T. Ishiwara, Jun // Dictionary of Scientific Biography . — New York: Charles Scribner's Sons , 1981. — Vol. 7. — P. 26—27.
• Mehra J., Rechenberg H. The Historical Development of Quantum Theory. Vol. 1, Part 1: The Quantum Theory of Planck, Einstein, Bohr and Sommerfeld: Its Foundation and the Rise of Its Difficulties, 1900—1925. — Springer , 1982.
• Nishio S. 科学ジャーナリズムの先駆者――評伝 石原純 [Pioneer of Science Journalism: Biography of Jun Ishiwara]. — Iwanami , 2011.
• Pelogia K., Brasil C.A. Analysis of the Jun Ishiwara’s “The universal meaning of the quantum of action” // European Physical Journal H. — Springer, 2017. — Vol. 42. — P. 507—521. — doi : . — arXiv : .
• Храмов Ю. А. Ишивара Джун // Физики : Биографический справочник / Под ред. А. И. Ахиезера . — Изд. 2-е, испр. и доп. — М. : Наука , 1983. — С. 319. — 400 с. — 200 000 экз.