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アーノルド・ヨハネス・ヴィルヘルム・ゾンマーフェルト（ドイツ語: [ ˈaʁnɔlt ˈzɔmɐˌfɛlt ]、1868年12月5日 - 1951年4月26日）は、原子物理学と量子物理学の両方の発展を先導し、理論物理学の新時代に向けて多くの学生を教育し指導したドイツの理論物理学者です。
ゾンマーフェルトは、7人のノーベル賞受賞者の博士課程および博士研究員時代の指導教官を務め、その他にも少なくとも30人の著名な物理学者や化学者を指導した。
ゾンマーフェルトは、第2の量子数である方位量子数と第3の量子数である磁気量子数を導入した。[ 2 ]また、微細構造定数を導入し、X線波動理論の先駆者となった。
アーノルド・ヨハネス・ヴィルヘルム・ゾンマーフェルトは、1868年12月5日にケーニヒスベルク（現在のロシア、カリーニングラード）で、プロイセンに深い祖先のルーツを持つ家系に生まれた。彼の母、ツェツィリー・マティアス（1839年 - 1902年）はポツダムの建設業者の娘だった。彼の父、フランツ・ゾンマーフェルト（1820年 - 1906年）は、ケーニヒスベルクの名家出身の医師で、アーノルドの祖父は1822年に内陸部から移住し、プロイセン王国の宮廷郵便書記官として働いていた。ゾンマーフェルトは、家族が通うプロイセン福音プロテスタント教会で洗礼を受け、宗教的ではなかったものの、キリスト教の信仰を捨てることはなかった。[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]
ゾンマーフェルトはケーニヒスベルク大学で数学と物理科学を学んだ。彼の論文指導教官は数学者のフェルディナント・フォン・リンデマン[ 6 ]であり、彼はまた数学者のアドルフ・フルヴィッツとダフィット・ヒルベルト、物理学者のエミール・ヴィーヒェルトの授業からも恩恵を受けた[ 7 ]。学生友愛会ブルシェンシャフトへの参加により、彼は決闘で顔に傷を負った[ 8 ]。彼は1891年10月24日に博士号を取得した[ 9 ]。
ゾンマーフェルトは博士号取得後、ケーニヒスベルクに留まり、教員免許の取得に努めた。1892年に国家試験に合格し、その後1年間の兵役を開始した。兵役はケーニヒスベルクの予備連隊で行われた。1893年9月に義務兵役を終え、その後8年間は8週間の志願兵役を続けた。上向きの口ひげ、がっしりとした体格、プロイセン風の立ち居振る舞い、そして顔のフェンシングの傷跡から、彼は軽騎兵連隊の大佐のような印象を与えた。[ 8 ]
1893年10月、ゾンマーフェルトはドイツの数学の中心地であったゲッティンゲン大学に入学した。 [ 10 ]そこで彼は、幸運な個人的なつながりから、鉱物学研究所のテオドール・リービッシュの助手となった。リービッシュはケーニヒスベルク大学の教授であり、ゾンマーフェルト一家の友人であった。[ 11 ]
1894 年 9 月、ゾンマーフェルトはフェリックス・クラインの助手となり、クラインの講義中に詳細なノートを取り、それを数学閲覧室用に書き起こし、閲覧室を管理するなどの業務に従事した。[ 8 ]ゾンマーフェルトの教授資格[ 12 ]は 1895 年にクラインの下で取得され、これによりゾンマーフェルトはゲッティンゲン大学の私講師となることができた。 [ 13 ]私講師として、彼は幅広い数学および数理物理学のトピックについて講義を行った。偏微分方程式に関する彼の講義は最初にゲッティンゲン大学で行われ、[ 8 ]教員としてのキャリアを通じて発展し、彼の教科書シリーズ「理論物理学講義」の第 6 巻として「物理学における偏微分方程式」というタイトルで出版された。[ 14 ]
1895年と1896年にクラインが行った回転体に関する講義がきっかけとなり、クラインとゾンマーフェルトは4巻からなるテキスト『回転の理論』を執筆した。これは1897年から1910年までの13年間の共同作業であった。最初の2巻は理論に関するもので、後の2巻は地球物理学、天文学、技術への応用に関するものであった。[ 8 ]ゾンマーフェルトとクラインの交流は、ゾンマーフェルトが応用数学と講義術に傾倒するきっかけとなった。[ 14 ]
ゲッティンゲンにいる間、ゾンマーフェルトはゲッティンゲンのキュレーターであるエルンスト・ヘプフナーの娘であるヨハンナ・ヘプフナーに出会った[ 15 ]。
1897年10月、ゾンマーフェルトはザクセン州クラウスタール鉱山大学の数学教授に任命された。彼はヴィルヘルム・ヴィーンの後任であった。この任命により、最終的にヨハンナと結婚するのに十分な収入が得られた。[ 7 ] [ 8 ] [ 10 ]
クラインの要請により、ゾンマーフェルトは『科学知識科学』第 5 巻の編集者の職に就きました。これは 1898 年から 1926 年まで続く大事業でした[ 8 ] [ 13 ]
1900年、ゾンマーフェルトはクラインの尽力により、アーヘン工科大学の応用力学講座の特任教授に任命された。アーヘンでは、彼は流体力学の理論を発展させ、それは彼の関心を長く引きつけることになる。後に、ミュンヘン大学では、ゾンマーフェルトの教え子であるルートヴィヒ・ホップとヴェルナー・ハイゼンベルクがこのテーマで博士論文を執筆した。[ 7 ] [ 8 ] [ 10 ] [ 13 ]アーヘン工科大学在籍中のジャーナルベアリング潤滑の理解への貢献により、彼はダンカン・ドーソンによって23人の「トライボロジーの偉人」の一人に選ばれた。[ 16 ]
1906年から、ゾンマーフェルトはミュンヘン大学で物理学の正教授および新設の理論物理学研究所の所長に就任した。これらの役職には、ミュンヘン大学物理学研究所所長のヴィルヘルム・レントゲン[ 17 ]によって選ばれたが、ゾンマーフェルトはこれを「特権的な活動領域」への召命とみなしていた[ 14 ] 。
19 世紀後半から 20 世紀初頭まで、ドイツでは実験物理学が学界でより高い地位を占めていると考えられていました。20 世紀初頭、ミュンヘンのゾンマーフェルトやゲッティンゲンのマックス・ボルンといった理論家たちは、数学の初期訓練を受けてこの状況を覆し、数理物理学、すなわち理論物理学が主たる原動力となり、実験物理学は理論の検証や発展のために用いられるようになりました。[ 18 ]ゾンマーフェルトのもとで博士号を取得したヴォルフガング・パウリ、ヴェルナー・ハイゼンベルク、ヴァルター・ハイトラーはボルンの助手となり、当時急速に発展していた量子力学の発展に大きく貢献しました。
ゾンマーフェルトはミュンヘンでの 32 年間の教職期間中、一般コースと専門コースを教え、セミナーやコロキウムも開催した。[ 14 ]一般コースは、力学、変形体の力学、電気力学、光学、熱力学、統計力学、物理学における偏微分方程式に関するものであった。これらは、冬に 13 週間、夏に 11 週間、週 4 時間行われ、レントゲン、後にヴィルヘルム・ヴィーンから実験物理学のコースを受けた学生を対象としていた。また、問題の議論のために週 2 時間のプレゼンテーションもあった。専門コースは、ゾンマーフェルトの研究関心に基づいた時事的な関心事であり、これらのコースの内容は後にゾンマーフェルトの科学文献の出版物に掲載された。これらの特別講義の目的は、理論物理学の最新の問題に取り組み、ゾンマーフェルトと学生が、最新の問題によって提起された問題を解決することに成功したかどうかに関係なく、その問題について体系的な理解を得ることでした。[ 19 ]セミナーとコロキウムの期間には、学生は最新の文献から論文を割り当てられ、口頭発表の準備をしました。[ 14 ] 1942年から1951年にかけて、ゾンマーフェルトは講義ノートを整理して出版する作業に取り組みました。[ 10 ]それらは6巻からなる理論物理学講義として出版されました。
学生一覧については、種類別に整理された一覧表をご覧ください。[ 20 ]ゾンマーフェルトの博士課程の学生のうち 4 人、[ 21 ]ヴェルナー・ハイゼンベルク、ヴォルフガング・パウリ、ペーター・デバイ、ハンス・ベーテはノーベル賞を受賞し、その他の学生、特に著名なのはヴァルター・ハイトラー、ルドルフ・パイエルス、[ 22 ]カール・ベヒャート、ヘルマン・ブリュック、ポール・ピーター・エヴァルト、ユージンである。フェーンベルク、[ 23 ]ヘルベルト・フレーリッヒ、エルヴィン・フューズ、エルンスト・ギユミン、ヘルムート・ヘンル、ルートヴィヒ・ホップ、アドルフ・クラッツァー、オットー・ラポルテ、ヴィルヘルム・レンツ、カール・マイスナー、[ 24 ]ルドルフ・ゼーリガー、エルンスト・C・シュテュッケルベルク、ハインリヒ・ヴェルカー、グレゴール・ヴェンツェル、アルフレッド・ランデ、レオン・ブリルアン[ 25 ]は、独自の功績で有名になった。ゾンマーフェルトの博士研究員のうち、ライナス・ポーリング[ 26 ] 、イシドール・I・ラビ[ 27 ]、マックス・フォン・ラウエ[ 28 ]の3人はノーベル賞を受賞し、ウィリアム・アリス[ 29 ] 、エドワード・コンドン[ 30 ] 、カール・エッカート[ 31 ] 、エドウィン・C・ケンブル[ 32 ] 、ウィリアム・V・ヒューストン[ 33 ] 、カール・ヘルツフェルト[ 34 ] 、ヴァルター・コッセル、フィリップ・M・モース[ 35 ] [ 36 ] 、ハワード・ロバートソン[ 37 ]、ヴォイチェフ・ルビノヴィッチ[ 38 ]の10人は、独自の功績で有名になった。ウォルター・ロゴウスキー、アーヘン工科大学ゾンマーフェルトの学部生ゾンマーフェルト自身も後に有名になった。マックス・ボルンはゾンマーフェルトの能力には「才能の発見と育成」も含まれると信じていた。[ 39 ]アルベルト・アインシュタインはゾンマーフェルトに「私が特にあなたを尊敬するのは、いわば土壌からこれほど多くの若い才能を掘り出したことだ」と語った。[ 39 ]ゾンマーフェルトの教授および研究所所長としてのスタイルは、同僚や学生との間に距離を置くものではなかった。彼は彼らとの協力を促し、彼らのアイデアはしばしば彼の物理学に対する見解に影響を与えた。彼は自宅で彼らをもてなし、セミナーやコロキウムの前後にカフェで彼らと会った。ゾンマーフェルトはアルペンスキー小屋を所有しており、学生はしばしばそこに招かれ、スキーと同じくらい厳しい物理学の議論を行った。[ 40 ]
ミュンヘン滞在中、ゾンマーフェルトはアルベルト・アインシュタインの特殊相対性理論に触れたが、当時はまだ広く受け入れられていなかった。彼の理論への数学的貢献は、懐疑論者による理論の受容を助けた。1914年、彼はレオン・ブリルアンと共に分散媒質における電磁波の伝播について研究した。彼は量子力学の創始者の一人となり、彼の貢献には、ゾンマーフェルト・ウィルソン量子化規則の共同発見（1915年）、ボーアの原子模型の一般化、ゾンマーフェルト微細構造定数の導入（1916年）、ヴァルター・コッセルとのゾンマーフェルト・コッセル変位則の共同発見（1919年）[ 41 ] 、そして原子物理学と量子物理学を発展させた新世代の物理学者にとって原子理論の「聖書」 [ 42 ]となった『原子とスペクトル線』（1919年）の出版などがある。この本は1919年から1924年にかけて4回の改訂を経て、量子力学の最新の進歩を取り入れた後、2巻に分かれた。[ 43 ]
1918年、ゾンマーフェルトはアインシュタインの後任としてドイツ物理学会（DPG）の会長に就任した。[ 13 ]彼の功績の一つは、新しい学術誌の創刊であった。[ 44 ] DPGの学術誌に掲載される科学論文は膨大な量に上り、1919年にDPGの委員会は、独創的な研究論文を掲載するための『物理学雑誌』の創刊を勧告し、1920年に創刊された。評判の高い科学者であれば誰でも査読なしで論文を掲載できたため、投稿から出版までの期間は非常に短く、最短で2週間であった。このことが、当時のドイツにおける科学理論の発展、特に量子力学の発展を大きく促進した。この学術誌は、前衛的な見解を持つ新世代の量子理論家にとって好ましい発表媒体であったからである。[ 45 ]
1922/1923年の冬学期に、ゾンマーフェルトはウィスコンシン大学マディソン校でカール・シュルツ記念物理学教授の講義を行った。[ 13 ]彼は1926年4月13日にマンチェスター文学哲学協会 の名誉会員に選出された。 [ 46 ]
1927年、ゾンマーフェルトはフェルミ・ディラック統計を、ポール・ドルーデが提唱した金属中の電子のドルーデモデルに適用した。この新しい理論は、元のモデルが抱えていた熱特性の予測に関する多くの問題を解決し、ドルーデ・ゾンマーフェルトモデルとして知られるようになった。
1928/1929年、ゾンマーフェルトはインド[ 47 ] 、中国、日本、アメリカ合衆国を主な訪問先として世界中を旅した。
ゾンマーフェルトは偉大な理論家でした。量子論への計り知れない貢献に加え、電磁気学の古典理論など、他の物理学の分野でも研究を行いました。例えば、導電性の地面上の放射ヘルツ双極子の問題に対する解を提案し、それが長年にわたって多くの応用につながりました。彼のゾンマーフェルト恒等式とゾンマーフェルト積分は、今日でもこの種の問題を解く最も一般的な方法です。また、ゾンマーフェルトの理論物理学学派の卓越性と1900年代初頭の理論物理学の隆盛を示すものとして、1928年時点で、ドイツ語圏の理論物理学の正教授のほぼ3分の1がゾンマーフェルトの教え子でした。[ 48 ]
1935年4月1日、ゾンマーフェルトは名誉教授の地位を得た。後任の選考過程の間、彼は自身の暫定的な後任として留まり、選考は1939年12月1日まで続いた。選考過程が長引いたのは、ミュンヘン大学学部の選考と、反ユダヤ主義的で理論物理学、特に量子力学に対して偏見を持っていた帝国教育省（REM）およびドイツ物理学の支持者[ 49 ] [ 50 ]の選考との間の学術的および政治的な相違によるものであった。理論物理学者でもなく、物理学雑誌に論文を発表したこともなく、DPG [ 51 ]のメンバーでもなかったヴィルヘルム・ミュラーがゾンマーフェルトの後任に任命されたことは、とんでもない茶番であり、新世代の物理学者の教育に有害であると考えられたため、カイザー・ヴィルヘルム流体研究所所長のルートヴィヒ・プラントルと、ゼネラル・エレクトリック社（Allgemeine Elektrizitäts- Gesellschaft）の研究部門長でDPG会長のカール・ラムザウアーは、ドイツ政府当局者への書簡の中でこのことに言及した。プラントルは、1941年4月28日付のヘルマン・ゲーリング元帥宛の手紙に添付した文書の中で、この任命を必要な理論物理学教育の「妨害」と呼んだ。[ 52 ]ラムザウアーは、1942年1月20日付のベルンハルト・ルスト帝国大臣宛の手紙に添付した文書の中で、この任命は「ミュンヘン理論物理学の伝統の破壊」に等しいと結論付けた。[ 53 ] [ 54 ]
ゾンマーフェルトのかつての愛国的な見解については、ヒトラーが権力を握った直後にアインシュタインに宛てた手紙の中で、彼はこう書いています。「我々の支配者たちが『国家』という言葉を誤用したことで、私の場合非常に顕著だった国家感情の習慣は完全に打ち砕かれました。今となっては、ドイツが強国として消滅し、平和なヨーロッパに統合されることを望んでいます。」[ 55 ]
ゾンマーフェルトは1951年4月26日、孫たちと散歩中に交通事故に遭い、ミュンヘンで負傷により亡くなった。事故は、ドゥナント通り6番地にあった自宅近くのディートリンデン通りとビーダーシュタイナー通りの交差点で発生した。 [ 56 ] [ 57 ]彼は当時住んでいた場所の近くにあるノルトフリートホーフに埋葬されている。 [ 57 ]
ゾンマーフェルトは生涯にわたり、ローレンツ・メダル、マックス・プランク・メダル、エルステッド・メダル[ 58 ] [ 59 ]などの多くの栄誉を授与され、王立協会、米国科学アカデミー、ソ連科学アカデミー、インド科学アカデミー、ベルリン、ミュンヘン、ゲッティンゲン、ウィーンなどのアカデミーを含むその他のアカデミーに選出され、ロストック大学、アーヘン工科大学、カルカッタ大学、アテネ国立カポディストリアン大学などの大学から数多くの名誉学位を授与された。[ 8 ]彼は1950年に光学協会の名誉会員に選出された。[ 60 ]彼はノーベル賞に84回ノミネートされ、他のどの物理学者よりも多い（82回ノミネートされたオットー・スターンを含む[ 61 ]）が、受賞することはなかった。[ 62 ] [ 63 ]
2004 年、 LMU ミュンヘンの理論物理学センター(ルートヴィヒ・マクシミリアン大学ミュンヘン) は彼の名にちなんで命名されました。[ 64 ]
{{cite web}}: CS1メンテナンス: アーカイブサービスは非推奨になりました (リンク){{cite web}}: CS1メンテナンス: アーカイブサービスは非推奨になりました (リンク)つい先ほど悲しい出来事がありました。私の恩師であるゾンマーフェルトが今週ミュンヘンで交通事故により82歳で亡くなりました。