アーサー・コンプトン | |
|---|---|
1927年のコンプトン | |
| 生まれる | アーサー・ホリー・コンプトン 1892年9月10日 ウースター、オハイオ州、米国 |
| 死亡 | 1962年3月15日(69歳) |
| 教育 | |
| 知られている | |
| 配偶者 |
ベティ・チャリティ・マクロスキー
( 1916年生まれ |
| 子供たち | ジョン・ジョセフを含む2人 |
| 受賞歴 | |
| 科学者としてのキャリア | |
| フィールド | 物理 |
| 機関 | |
| 博士課程の指導教員 | ヘレワード・L・クック |
| 博士課程の学生 | |
| サイン | |
アーサー・ホリー・コンプトン(1892年9月10日 - 1962年3月15日)は、1923年に電磁波の粒子性を実証したコンプトン効果を発見し、1927年にノーベル物理学賞を受賞したアメリカの物理学者。当時はセンセーショナルな発見だった。光の波動性は十分に実証されていたが、光が波と粒子の両方の性質を持つという考えは容易に受け入れられなかった。彼はまた、マンハッタン計画中にシカゴ大学の冶金研究所を率いたことで知られ、1945年から1953年までセントルイスのワシントン大学の学長を務めた。
1919年、コンプトンは、学生が海外で学ぶことを許可した最初の2つの全米研究会議フェローシップのうちの1つを受賞しました。彼はイギリスのケンブリッジ大学キャベンディッシュ研究所に留学することを選択し、ガンマ線の散乱と吸収を研究しました。この方向でのさらなる研究は、コンプトン効果の発見につながりました。彼はX線を使用して強磁性を調査し、それが電子スピンの配列の結果であると結論付け、宇宙線を研究して、宇宙線が主に正に帯電した粒子で構成されていることを発見しました。
第二次世界大戦中、コンプトンは最初の核兵器を開発したマンハッタン計画の重要人物だった。彼の報告書は計画の立ち上げに重要な役割を果たした。1942年、彼は実行委員会のメンバーとなり、その後冶金研究所を監督する「X」プロジェクトの責任者となり、ウランをプルトニウムに変換する原子炉の製造、ウランからプルトニウムを分離する方法の発見、原子爆弾の設計を担当した。コンプトンは、 1942年12月2日に臨界に達した最初の原子炉であるシカゴ・パイル1のエンリコ・フェルミによる製作を監督した。冶金研究所は、テネシー州オークリッジのX-10グラファイト原子炉の設計と運用も担当した。プルトニウムは1945年にハンフォード・サイトの原子炉で生産され始めた。
戦後、コンプトンはセントルイスのワシントン大学の学長に就任した。彼の在任期間中、大学は正式に学部の人種差別を撤廃し、初の女性教授を任命し、戦争退役軍人が米国に帰国した後は記録的な数の学生を受け入れた。
若いころ

アーサー・コンプトンは1892年9月10日、オハイオ州ウースターにて、エリアスとオテリア・キャサリン(旧姓オーグスパーガー)・コンプトン夫妻の息子として生まれた。[1]オーテリア・キャサリンは1939年にアメリカの母親オブ・ザ・イヤーに選ばれ、ドイツ系メノナイト教徒の血を引いている。 [2] [3] 彼らは学者一家だった。エリアスはウースター大学(後のウースター・カレッジ)の学部長を務め、アーサーも同校に通っていた。アーサーの長兄カールもウースター大学に通い、 1912年にプリンストン大学で物理学の博士号(PhD)を取得し、 1930年から1948年までマサチューセッツ工科大学の学長を務めた。次兄ウィルソンもウースター大学に通い、1916年にプリンストン大学で経済学の博士号を取得し、 1944年から1951年までワシントン州立大学(後のワシントン州立大学)の学長を務めた。 [4] 3人の兄弟は全員、アルファ・タウ・オメガ・フラタニティの会員だった。[5]
コンプトンは当初天文学に興味を持ち、 1910年にハレー彗星の写真を撮影した。[6] 1913年頃、彼は円管内の水の動きを調べることで地球の自転を実証する実験について説明しており、これは現在コンプトン発電機として知られる装置である。[7]その年、彼はウースター大学で理学士号を取得し、プリンストン大学に入学して1914年に文学修士号を取得した。[8]その後、コンプトンはヘレワード・L・クックの指導の下で物理学の博士号取得を目指し、 「X線反射の強度と原子内の電子の分布」という論文を執筆した。[9]
アーサー・コンプトンが1916年に博士号を取得したとき、彼とカール、ウィルソンはプリンストン大学で博士号を取得した最初の3人兄弟となった。後に彼らは、アメリカの大学で同時に学長を務めた最初の3人組となった。[4]姉のメアリーは宣教師のC・ハーバート・ライスと結婚し、ライスはラホールのフォーマン・クリスチャン・カレッジの学長となった。[10] 1916年6月、コンプトンはウースター大学の同級生で卒業生のベティ・チャリティ・マクロスキーと結婚した。[10]彼らにはアーサー・アラン・コンプトンとジョン・ジョセフ・コンプトンという2人の息子がいた。[11]
コンプトンは1916年から1917年にかけてミネソタ大学で物理学の講師として1年間勤務し、[12]その後2年間ピッツバーグのウェスティングハウスランプカンパニーで研究技術者として勤務し、ナトリウム蒸気ランプの開発に携わった。第一次世界大戦中は通信部隊のために航空機計器を開発した。[10]
1919年、コンプトンは、学生が海外で学ぶことを許可した最初の2つの全米研究会議フェローシップのうちの1つを受賞した。彼は、イギリスのケンブリッジ大学キャベンディッシュ研究所に行くことを選択した。J.J .トムソンの息子であるジョージ・パジェット・トムソンと協力して、コンプトンはガンマ線の散乱と吸収を研究した。彼は、散乱した線が元の線源よりも吸収されやすいことを観察した。[12] [13]コンプトンは、キャベンディッシュの科学者、特にアーネスト・ラザフォード、チャールズ・ゴルトン・ダーウィン、アーサー・エディントンに大きな感銘を受け、最終的に次男にJ.J.トムソンにちなんで名付けた。[13]
1926年から1927年にかけて、彼はグッゲンハイム研究員としてパンジャブ大学の化学科で教鞭を執った。[14] [15]
コンプトンは一時期バプテスト教会の執事を務めていた。「科学は、人間を神の子とみなす神を仮定する宗教と争うことはできない」と彼は言った。[16]
キャリア

コンプトン効果
アメリカに戻ったコンプトンは、1920年にセントルイスのワシントン大学の物理学科長およびウェイマン・クロウ教授に任命された。[8] 1922年に、彼は自由電子によって散乱されたX線量子 は波長が長く、プランクの法則に従って入射X線よりもエネルギーが低く、余剰エネルギーが電子に移されていることを発見した。「コンプトン効果」または「コンプトン散乱」として知られるこの発見は、電磁放射の粒子概念を実証した。[17] [18]
1923年、コンプトンはフィジカル・レビュー誌に、粒子のような運動量を光子に帰属させることでX線の偏移を説明した論文を発表した。これは、アインシュタインが1905年にノーベル賞を受賞した光電効果の説明に用いたものである。1900年にマックス・プランクが初めて提唱したこれらは、光の周波数のみに依存する特定の量のエネルギーを含むことで「量子化された」光の要素として概念化された。[19]この論文でコンプトンは、散乱したX線光子はそれぞれ1つの電子とのみ相互作用すると仮定して、波長の偏移とX線の散乱角の間の数学的関係を導出した。彼の論文は、導出した関係を検証した実験の報告で締めくくられている。
どこ
h ⁄ m e cは電子のコンプトン波長として知られており、次の式に等しい。2.43 × 10 −12 m。波長シフトλ′ − λは、ゼロ(θ = 0°の場合)から電子のコンプトン波長の2倍(θ = 180°の場合)までの範囲にあります。[20]彼は、いくつかのX線は大きな角度で散乱されているにもかかわらず波長シフトを経験しないことを発見しました。これらのケースのそれぞれにおいて、光子は電子を放出できませんでした。したがって、シフトの大きさは電子のコンプトン波長ではなく、原子全体のコンプトン波長に関係しており、これは10,000倍以上小さくなる場合があります。[18]
「1923年にアメリカ物理学会の会議で私の研究結果を発表したとき、それは私が知る限り最も激しい科学的論争の始まりでした」とコンプトンは後に回想している。[21]光の波動性は十分に実証されており、光が二重の性質を持つという考えは容易に受け入れられなかった。結晶格子の回折は波動性を参照してのみ説明できるということは特に示唆的であった。これによりコンプトンは1927年にノーベル物理学賞を受賞した。コンプトンとアルフレッド・W・サイモンは、散乱した個々のX線光子と反 跳電子を同時に観測する方法を開発した。ドイツでは、ヴァルター・ボーテとハンス・ガイガーが独立して同様の方法を開発した。[17]
X線

1923年、コンプトンはシカゴ大学に物理学教授として移り、[8]その後22年間その職に就いた。[17] 1925年、彼は周期表の最初の16元素(水素から硫黄まで)からの13万ボルトのX線の散乱が偏光していることを実証した。これはJJトムソンが予測した結果だった。ハーバード大学のウィリアム・デュアンは、コンプトンのコンプトン効果の解釈が間違っていることを証明する取り組みの先頭に立った。デュアンはコンプトンを反証するために一連の実験を行ったが、コンプトンが正しいという証拠を発見した。1924年、デュアンはこれが事実であることを認めた。[17]
コンプトンは、食塩中のナトリウムと塩素の原子核に対するX線の影響を調査した。彼はX線を使って強磁性を調べ、それが電子スピンの配列の結果であると結論付けた。[22] 1926年、彼はゼネラル・エレクトリックのランプ部門のコンサルタントになった。1934年、彼はオックスフォード大学のイーストマン客員教授としてイギリスに戻った。滞在中、ゼネラル・エレクトリックは彼に、ウェンブリーにあるゼネラル・エレクトリック社の研究所での活動を報告するよう依頼した。コンプトンはそこでの蛍光灯の研究の可能性に興味をそそられた。彼の報告は、それを開発するアメリカでの研究プログラムを促した。[23] [24]
コンプトンの最初の著書『X線と電子』は1926年に出版された。その中で彼は、X線回折パターンから回折物質の密度を計算する方法を示した。[22]彼はサミュエル・K・アリソン の助けを借りてこの本を改訂し、『理論と実験におけるX線』 (1935年)を出版した。この作品はその後30年間、標準的な参考文献として残された。[25]
宇宙線
1930 年代初頭までに、コンプトンは宇宙線に興味を持つようになった。当時、宇宙線の存在は知られていたが、その起源と性質は推測の域を出なかった。その存在は、圧縮空気またはアルゴンガスを封入した球形の「爆弾」を使用し、その電気伝導率を測定することで検出できた。ヨーロッパ、インド、メキシコ、ペルー、オーストラリアへの旅行で、コンプトンはさまざまな高度と緯度で宇宙線を測定する機会を得た。世界中で観測を行った他のグループとともに、彼らは極地では宇宙線が赤道よりも 15% 強くなることを発見した。コンプトンは、これは宇宙線がロバート ミリカンが示唆した光子ではなく、主に荷電粒子で構成されているためであり、緯度の影響は地球の磁場によるものだと考えた。[26]
マンハッタン計画
1941年4月、戦時中の国防研究委員会(NDRC)の委員長ヴァネヴァー・ブッシュは、NDRCのウラン計画について報告するため、コンプトンを委員長とする特別委員会を設置した。1941年5月に提出されたコンプトンの報告書は、ウラン235または最近発見されたプルトニウムを使用した放射性兵器、船舶の原子力推進、核兵器の開発の可能性を予見していた。[27] 10月には、彼は原子爆弾の実用性に関する別の報告書を執筆した。この報告書では、エンリコ・フェルミと協力してウラン235の臨界質量を計算し、控えめに見積もっても20キログラム(44ポンド)から2トン(2.0ロングトン、2.2ショートトン)の間であると見積もった。彼はまた、ハロルド・ユーリーとウラン濃縮の見通しについて議論し、ユージン・ウィグナーとは原子炉でプルトニウムを製造する方法について、ロバート・サーバーとは原子炉で製造されたプルトニウムをウランから分離する方法について話し合った。11月に提出された彼の報告書では、マーク・オリファントや彼のイギリス人の同僚よりも破壊力については保守的であったが、爆弾は実現可能であると述べていた。[28]
コンプトンの11月の報告書の最終草稿にはプルトニウムの使用については触れられていなかったが、アーネスト・ローレンスと最新の研究について話し合った後、コンプトンはプルトニウム爆弾も実現可能であると確信した。12月、コンプトンはプルトニウム計画の責任者に任命された。[29]彼は1943年1月までに制御された連鎖反応を達成し、1945年1月までに爆弾を完成させたいと望んでいた。この問題に取り組むため、彼はコロンビア大学、プリンストン大学、カリフォルニア大学バークレー校でプルトニウムと原子炉の設計に取り組んでいた研究グループをシカゴの冶金研究所に集結させた。その目的は、ウランをプルトニウムに変換する原子炉を製造し、プルトニウムをウランから化学的に分離する方法を見つけ、原子爆弾を設計・製造することだった。[30]
1942年6月、アメリカ陸軍工兵隊が核兵器計画の管理を引き継ぎ、コンプトンの冶金研究所はマンハッタン計画の一部となった。[31]その月、コンプトンはロバート・オッペンハイマーに爆弾設計の責任を委ねた。[32]冶金研究所の科学者が考案したさまざまな種類の原子炉設計のうち、どれを追求すべきかを決定するのはコンプトンに委ねられたが、成功した原子炉はまだ建造されていなかった。[33]
労働争議によりアルゴンヌ森林保護区内の冶金研究所の新施設の建設が遅れたため、コンプトンはスタッグフィールドのスタンドの下に世界初の原子炉であるシカゴ・パイル1号機を建設することを決定した。[34]フェルミの指揮の下、1942年12月2日に臨界に達した。[35]コンプトンはマリンクロット社にウラン鉱石の精製を依頼し、[36]デュポン社と協力してテネシー州オークリッジにプルトニウム工場を建設した。[37]
プルトニウム計画にとって大きな危機は1943年7月に起こった。エミリオ・セグレのグループがオークリッジのX-10黒鉛炉で生成されたプルトニウムに高濃度のプルトニウム240が含まれていることを確認したのだ。プルトニウムは自発的に核分裂するため、銃型核兵器にプルトニウムを使用することは不可能だった。オッペンハイマーのロスアラモス研究所は、爆縮型核兵器を設計・製造することでこの課題に対処した。[28]
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コンプトンは1944年9月にハンフォード施設を訪れ、最初の原子炉が稼働するのを見守った。最初のウラン塊は1944年11月にハンフォードのB原子炉に投入され、プルトニウムのロスアラモスへの輸送は1945年2月に始まった。[38]戦争中、コンプトンは著名な科学顧問および行政官であり続けた。1945年、彼はローレンス、オッペンハイマー、フェルミとともに、日本に対する原爆の軍事使用を勧告した科学委員会に所属した。[39]彼はマンハッタン計画への貢献により功労勲章を授与された。 [40]
ワシントン大学に戻る
戦争が終わった後、コンプトンはシカゴ大学の物理学のチャールズ・H・スウィフト特別教授職を辞任し、セントルイスのワシントン大学に戻り、1946年に同大学の第9代総長に就任した。[40]コンプトンの総長在任中、大学は1952年に正式に学部の人種差別を撤廃し、初の女性教授を任命し、戦争退役軍人が米国に帰還したため記録的な数の学生が入学した。彼の名声と国内科学界での人脈により、彼は国内で著名な多くの科学研究者を大学に招聘することができた。コンプトンの功績にもかかわらず、彼は当時、そしてその後も歴史家たちから、人種統合への取り組みが遅すぎたとして批判され、ワシントン大学はセントルイスでアフリカ系アメリカ人に門戸を開いた最後の主要高等教育機関となった。[41]
コンプトンは1954年に学長を退任したが、1961年に常勤講師を退任するまで自然哲学の特別教授として教職に留まった。退任後、マンハッタン計画における自身の役割を個人的に記した『Atomic Quest』を執筆し、1956年に出版された。 [40]
哲学
コンプトンは、自由意志の二段階モデルを提唱した数少ない科学者および哲学者の一人でした。他には、ウィリアム・ジェームズ、アンリ・ポアンカレ、カール・ポパー、ヘンリー・マルゲノー、ダニエル・デネットなどがいます。[42] 1931年、コンプトンは量子不確定性に基づく人間の自由という考えを擁護し、微視的量子イベントを増幅してマクロの世界に偶然をもたらすという概念を発明しました。彼のやや奇妙なメカニズムでは、彼はダイナマイトを増幅器に取り付けることを想像し、 1935年に発表されたシュレーディンガーの猫のパラドックスを予期していました。 [43]
コンプトンは、彼の考えが偶然を人々の行動の直接の原因にしていると批判され、 1955年にアトランティック・マンスリー誌の記事で彼の考えの2段階の性質を明らかにした。まず、ランダムな可能性のある一連の出来事があり、次に選択行為の決定要因が追加される。[44]
既知の物理的条件の集合は、これから起こる出来事が何であるかを正確に特定するのに十分ではない。これらの条件は、それが知られている限り、むしろ、ある特定の出来事が起こる可能性のある一連の出来事を定義する。人が自由を行使するとき、その人は自分の選択行為によって、物理的条件によって提供されない要素を自分自身で追加し、したがって何が起こるかを自分で決定する。その人がそうすることは、その人自身にしか分からない。外からは、その人の行為の中に物理法則の働きしか見えない。行為者自身に、自分が自由であると告げるのは、自分が実際に意図していることをしているという内なる知識である。[44]
宗教観
コンプトンは長老派教会の信者であった。[45]彼の父エリアスは長老派教会の牧師であった。[45]
コンプトンは1934年から1935年にかけて、イェール大学、ウェスタン神学校、ミシガン大学で「神の世界における人間の立場」について講義した。 [45]この講義は彼の著書『人間の自由』の基礎となった。彼の章「死か、永遠の命か?」ではキリスト教の不死を主張し、聖書の一節を引用した。[45] [46] 1948年から1962年まで、コンプトンはセントルイスの第二長老派教会の長老を務めた。 [45]晩年、彼は『永遠の中の人間の運命』という本を共著した。コンプトンは神の永遠の計画に対する信仰の中心にイエスを据えた。 [45]彼はかつて、イエスの精神が男性と女性に生きる神の側面として世界で働いているのを見ることができると述べた。[45]
死と遺産

コンプトンは1962年3月15日にカリフォルニア州バークレーで脳出血のため亡くなった。彼の妻(1980年に死去)と息子たちは彼より長生きした。コンプトンはオハイオ州ウースターのウースター墓地に埋葬されている。 [11]死去する前、彼は1962年春にカリフォルニア大学バークレー校の特任教授を務めていた。[47]
コンプトンは生涯で多くの賞を受賞したが、その中には1927年のノーベル物理学賞、1930年のマテウチ金メダル、1940年の王立協会ヒューズメダルとフランクリン研究所フランクリンメダルがある。[48]彼は1925年にアメリカ哲学協会、[49] 1927年に米国科学アカデミー、 [50] 1928年にアメリカ芸術科学アカデミーの会員に選出された。 [51]彼は様々な方法で記念されている。月のコンプトンクレーターはコンプトンと彼の兄弟カールにちなんで名付けられている。[52]セントルイスのワシントン大学の物理学研究棟は彼にちなんで名付けられ、[53]数学、物理学、惑星科学を学ぶ学部生のための大学の最高のフェローシップも彼にちなんで名付けられている。[54]コンプトンは、より緩やかで細長く傾斜のあるスピードバンプを発明した。これは「ホーリーハンプ」と呼ばれ、ワシントン大学のキャンパスの道路に多く設置されている。[55]シカゴ大学はコンプトンとその功績を偲び、アーサー・H・コンプトン・ハウスを彼にちなんで建造した。[56]現在、この建物は国定歴史建造物に指定されている。[57]また、セントルイス・ウォーク・オブ・フェイムにもコンプトンの星が刻まれている。[58] NASAのコンプトン・ガンマ線観測所はコンプトンにちなんで名付けられた。コンプトン効果は、この観測所に搭載されたガンマ線検出機器の中心的な役割を果たしている。[59]
文献
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- コンプトン、アーサー(1935年)。『人間の自由』ニューヘブン:エール大学出版局。OCLC 5723621 。
- コンプトン、アーサー(1940年)。『科学の人間的意味』チャペルヒル:ノースカロライナ大学出版局。OCLC 311688 。
- コンプトン、アーサー(1949年)。『永遠の人間の運命』ボストン:ビーコン・プレス。OCLC 4739240 。
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注記
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- ^ セントルイス・ウォーク・オブ・フェイム。「セントルイス・ウォーク・オブ・フェイム入会者」。stlouiswalkoffame.org。2012年10月31日時点のオリジナルよりアーカイブ。2013年4月25日閲覧。
- ^ “CGRO ミッション (1991–2000)”. NASA 。2013 年7 月 27 日に取得。
参考文献
- アリソン、サミュエル K. (1965) 。 「アーサー・ホリー・コンプトン 1892–1962」。伝記回想録。38 。米国科学アカデミー: 81–110。ISSN 0077-2933。OCLC 1759017 。
- ガモフ、ジョージ(1966年)。『物理学を揺るがした30年:量子論の物語』ガーデンシティ、ニューヨーク:ダブルデイ。ISBN 0-486-24895-X. OCLC 11970045.
- ヒューレット、リチャード G. ; アンダーソン、オスカー E. (1962)。新世界 1939-1946 ( PDF)。ユニバーシティ パーク:ペンシルベニア州立大学出版局。ISBN 0-520-07186-7. OCLC 637004643 . 2013年3月26日閲覧。
- ホッケー、トーマス (2007)。天文学者の伝記百科事典。Springer Publishing。ISBN 978-0-387-31022-0. OCLC 263669996 . 2012年8月22日閲覧。
さらに読む
- バーンスタイン、バートン J. ( 1988 )。「4 人の物理学者と原爆: 初期、1945-1950 年」。物理および生物科学の歴史的研究。18 ( 2): 231–263。doi :10.2307/27757603。JSTOR 27757603。; オッペンハイマー、フェルミ、ローレンス、コンプトンをカバーします。
- ギャリソン、ピーター;バーンスタイン、バートン J. (1989)。「あらゆる観点から見て: 科学者とスーパー爆弾製造の決定、1952-1954」。物理生物科学の歴史的研究。19 (2): 267–347。doi : 10.2307 /27757627。JSTOR 27757627 。
外部リンク
- 「宇宙線の謎を解くために作られた奇妙な装置」、1932年4月、宇宙線の研究に関するコンプトンに関するポピュラーサイエンスの記事
- セントルイスのワシントン大学におけるアーサー・コンプトンの伝記記事
- アーサー・コンプトンの注釈付き書誌(アルソス核問題デジタル図書館より)
- 情報哲学者アーサー・ホリー・コンプトン
- Nobelprize.org のアーサー・コンプトン
- 米国科学アカデミー伝記
- Find a Graveのアーサー・コンプトン
- シカゴ大学特別コレクション研究センター所蔵アーサー・ホリー・コンプトン文書 1918-1964 ガイド
- インターネット アーカイブにあるアーサー コンプトンに関する著作
