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ユージン・ポール・ウィグナー（ハンガリー語: Wigner Jenő Pál、発音: [ ˈviɡnɛr ˈjɛnøː ˈpaːl ]、1902年11月17日 - 1995年1月1日）は、ハンガリー系アメリカ人の理論物理学者で、数理物理学にも貢献した。彼は1963年に「原子核と素粒子の理論への貢献、特に基本対称原理の発見と応用」によりノーベル物理学賞を受賞した。 [ 1 ]
ベルリン工科大学（現ベルリン工科大学）を卒業したウィグナーは、ベルリンのカイザー・ヴィルヘルム研究所でカール・ヴァイセンベルクとリヒャルト・ベッカーの助手として、またゲッティンゲン大学でダフィット・ヒルベルトの助手として働いた。ウィグナーとヘルマン・ワイルは、群論を物理学、特に物理学における対称性の理論に導入した。その過程で、彼は純粋数学において画期的な業績を残し、数々の数学定理を著した。特に、ウィグナーの定理は量子力学の数学的定式化における礎石となっている。彼は原子核の構造に関する研究でも知られている。1930年、プリンストン大学はジョン・フォン・ノイマンとともにウィグナーを招聘し、彼は米国に移住し、1937年に市民権を取得した。
ウィグナーはレオ・シラードとアルバート・アインシュタインとの会合に参加し、その結果アインシュタイン＝シラード書簡が作成され、フランクリン・D・ルーズベルト大統領が核兵器の実現可能性を調査する目的でウラン諮問委員会の設立を承認するに至った。ウィグナーはドイツの核兵器計画が先に原子爆弾を開発するのではないかと恐れていた。マンハッタン計画の間、彼はウランを兵器級プルトニウムに変換する原子炉を設計するチームを率いた。当時、原子炉は机上の空論で、臨界に達した原子炉はまだなかった。ウィグナーは、原子炉の建設だけでなく詳細設計の責任もデュポン社に与えられたことに失望した。彼は1946年初頭にクリントン研究所（現在のオークリッジ国立研究所）の研究開発部長になったが、原子力委員会の官僚的な干渉に不満を抱き、プリンストン大学に戻った。
戦後、彼は政府機関で勤務し、1947年から1951年まで国立標準局、 1951年から1954年まで国立研究評議会の数学委員会、国立科学財団の物理学委員会、そして1952年から1957年と1959年から1964年まで影響力のある原子力委員会の一般諮問委員会に所属した。晩年、彼はより哲学的になり、技術数学や物理学以外の分野で最もよく知られている著作である「自然科学における数学の不合理な有効性」を出版した。[ 2 ]
ウィグナー・イェネー・パールは、1902年11月17日、オーストリア＝ハンガリー帝国のブダペストで、中流階級のユダヤ人の両親、エリザベート・エルザ・アインホルンと皮革なめし職人のアンタル・アントン・ウィグナーの間に生まれた。彼には姉のベルタ（通称ビリ）と妹のマルギット（通称マンチ）がおり、マルギットは後にイギリスの理論物理学者ポール・ディラックと結婚した。[ 3 ] [ 4 ]彼は9歳まで専門の教師から家庭教育を受け、その後3年生として学校に通い始めた。この時期にウィグナーは数学の問題に興味を持つようになった。[ 5 ] 11歳の時、ウィグナーは医師が結核と診断した病気にかかった。両親は彼をオーストリアの山中にある療養所に6週間入院させたが、その後医師は診断が誤りだったと結論付けた。[ 6 ]
ウィグナーの家族はユダヤ人だったが、宗教的に厳格ではなく、彼のバル・ミツバーは世俗的なものだった。1915年から1919年まで、彼は父親が通っていたファソリ・エヴァンゲリクス・ギムナジウムという中等ギムナジウムで学んだ。宗教教育は義務であり、彼はラビが教えるユダヤ教の授業に出席した。 [ 7 ]同級生には、ウィグナーより1年下のヤーノシュ・フォン・ノイマンがいた。彼らは二人とも、著名な数学教師ラースロー・ラーツの指導から恩恵を受けた。[ 8 ] 1919年、ベーラ・クンの共産主義政権から逃れるため、ウィグナー一家は一時的にオーストリアに逃れ、クンの失脚後にハンガリーに戻った。 [ 9 ]クン政権におけるユダヤ人の地位の高さへの反発もあって、一家はルター派に改宗した。[ 10 ]ウィグナーは後に、家族がルター派に改宗した決定は「本質的には宗教的な決定ではなく、反共産主義的な決定だった」と説明した。[ 10 ]
1920年に中等学校を卒業後、ウィグナーはブダペスト工科大学（ムエジェテムとして知られる）に入学した。彼は提供されているコースに満足せず、[ 11 ] 1921年にベルリン工科大学（現在のベルリン工科大学）に入学し、化学工学を学んだ。[ 12 ]彼はまた、ドイツ物理学会 の水曜午後のコロキウムにも出席した。これらのコロキウムには、マックス・プランク、マックス・フォン・ラウエ、ルドルフ・ラーデンブルク、ヴェルナー・ハイゼンベルク、ヴァルター・ネルンスト、ヴォルフガング・パウリ、アルベルト・アインシュタインなどの著名な研究者が出席していた。[ 13 ]ウィグナーはまた、物理学者のレオ・シラードと出会い、すぐに親友となった。[ 14 ]ベルリンでの3つ目の経験は、彼にとって決定的なものとなった。ウィグナーはカイザー・ヴィルヘルム物理化学・電気化学研究所（現在のフリッツ・ハーバー研究所）で働き、そこでマイケル・ポランニーと出会った。ポランニーはラッツに次いでウィグナーにとって最も偉大な師となった。ポランニーはウィグナーの博士論文「分子の形成と崩壊」（Bildung und Zerfall von Molekülen ）を指導した。 [ 15 ]
ウィグナーはブダペストに戻り、父親の製革工場で働き始めたが、1926年にベルリンのカイザー・ヴィルヘルム研究所のカール・ヴァイセンベルクの誘いを受け入れた。ヴァイセンベルクはX線結晶学の研究を手伝ってくれる人を探しており、ポランニーがウィグナーを推薦していた。ヴァイセンベルクの助手として6か月働いた後、ウィグナーはリヒャルト・ベッカーのもとで2学期働いた。ウィグナーは量子力学を探求し、エルヴィン・シュレーディンガーの研究を研究した。また、フェルディナント・フロベニウスと エドゥアルト・リッター・フォン・ウェーバーの群論にも深く取り組んだ。[ 16 ]
ウィグナーは、アルノルト・ゾンマーフェルトから、ゲッティンゲン大学で偉大な数学者ダフィット・ヒルベルトの助手として働くよう依頼を受けた。しかし、高齢のヒルベルトの能力は衰え、関心は論理学に移っていたため、これは期待外れだった。それでもウィグナーは独学で研究を続けた。[ 17 ]彼は量子力学における対称性の理論の基礎を築き、1927年に現在ウィグナーD行列として知られるものを導入した。[ 18 ]ウィグナーとヘルマン・ワイルは、群論を量子力学に導入した。ワイルは標準的な教科書である『群論と量子力学』（1928年）を執筆したが、特に若い物理学者にとっては理解しにくいものだった。ウィグナーの『群論と原子スペクトルの量子力学への応用』（1931年）は、群論をより幅広い読者に理解しやすくした。[ 19 ]
これらの研究において、ウィグナーは量子力学における対称性の理論の基礎を築いた。[ 20 ] 1931年に彼が証明したウィグナーの定理は、量子力学の数学的定式化の礎石である。この定理は、回転、並進、CPT対称性などの物理的対称性が状態のヒルベルト空間上でどのように表現されるかを規定している。この定理によれば、任意の対称変換は、ヒルベルト空間の線形かつユニタリな変換、または反線形かつ反ユニタリな変換によって表現される。ヒルベルト空間上の対称群の表現は、通常の表現か射影表現のいずれかである。[ 21 ] [ 22 ]
1930年代後半、ウィグナーは原子核の研究に着手した。1929年までに、彼の論文は物理学界で注目を集めるようになった。1930年、プリンストン大学はウィグナーを1年間の講師として招聘した。その給与は、彼がヨーロッパで得ていた給与の7倍だった。プリンストン大学は同時にフォン・ノイマンも招聘した。イェネー・パール・ウィグナーとヤーノシュ・フォン・ノイマンは、1928年に3本、1929年に2本の論文を共同執筆していた。彼らはそれぞれファーストネームを英語風に「ユージン」と「ジョン」と名乗った。[ 23 ] 1年が経過すると、プリンストン大学は5年間の契約を提示し、半年間は客員教授として勤務させた。これに対し、工科大学は残りの半年間の教職を提案した。ナチスが間もなくドイツで権力を握ったため、これは非常に時宜を得たものだった。[ 24 ] 1934年、プリンストン大学で、ウィグナーは妹のマルギット・「マンチ」・ウィグナーを物理学者のポール・ディラックに紹介し、彼女は彼と再婚した。[ 25 ]
プリンストン大学は、1936年にウィグナーの契約が満了した際に彼を再雇用しなかった。[ 26 ]グレゴリー・ブライトを通じて、ウィグナーはウィスコンシン大学で新たな職を得た。そこで彼は、同大学の物理学者であった最初の妻アメリア・フランクと出会った。しかし、彼女は1937年に突然亡くなり、ウィグナーは悲嘆に暮れた。そのため、彼は1938年にプリンストン大学からの復職の申し出を受け入れた。[ 27 ]ウィグナーは1937年1月8日にアメリカ合衆国の市民権を取得し、両親をアメリカに呼び寄せた。[ 28 ]
彼は政治の素人だと自称していたが、1939年8月2日、レオ・シラードとアルバート・アインシュタインとの会合に参加し、その結果アインシュタイン＝シラード書簡が作成され、フランクリン・D・ルーズベルト大統領が原子爆弾の実現可能性を調査する目的でウラン諮問委員会の設立を承認するに至った。[ 29 ]ウィグナーはドイツの核兵器開発計画が先に原子爆弾を開発するのではないかと恐れ、ドイツが勝利した場合に追跡に使われる可能性があるとして指紋採取さえ拒否した。[ 30 ]後に彼は「殺されるかもしれないという考えは、驚くほど集中力を高めてくれる」と回想している。[ 30 ]
1941年6月4日、ウィグナーは2番目の妻となるメアリー・アネット・ウィーラーと結婚した。彼女はヴァッサー大学の物理学教授で、1932年にイェール大学で博士号を取得していた。戦後、彼女はニュージャージー州のラトガース大学ダグラス・カレッジで物理学を教え、1964年に退職した。二人は1977年11月に彼女が亡くなるまで結婚生活を続けた。[ 31 ] [ 32 ]二人の間には、デイビッド・ウィグナーとマーサ・ウィグナー・アプトンという二人の子供がいた。[ 33 ]
マンハッタン計画中、ウィグナーはJ・アーネスト・ウィルキンス・ジュニア、アルビン・M・ワインバーグ、キャサリン・ウェイ、ゲイル・ヤング、エドワード・クロイツを含むチームを率いた。このグループの任務は、ウランを兵器級プルトニウムに変換する生産用原子炉を設計することだった。当時、原子炉は設計図上にしか存在せず、臨界に達した原子炉はまだなかった。1942年7月、ウィグナーは黒鉛中性子減速材と水冷を用いた保守的な100MWの設計を選んだ。 [ 34 ] 1942年12月2日、シカゴ大学の廃墟となったスタッグ・フィールドの観客席下の改造されたラケットコートで、世界初の原子炉であるシカゴ・パイル・ワン（CP-1）が制御された核連鎖反応を達成した際、ウィグナーはその場に居合わせた。[ 35 ]
ウィグナーは、原子炉の建設だけでなく詳細設計の責任もデュポン社に与えられたことに失望した。彼は1943年2月に辞任をちらつかせたが、冶金研究所所長のアーサー・コンプトンに説得され、代わりに休暇を与えられた。結果的に、中性子中毒が問題になった際に、原子炉にウランを追加するための装荷管を追加するというデュポン社の設計上の決定がプロジェクトを救った。[ 36 ]追加の装荷管がなければ、原子炉は黒鉛中のホウ素不純物が燃焼し、原子炉をフルパワーで運転するのに十分なプルトニウムが生成されるまで35%の出力で運転できたかもしれないが、これではプロジェクトが1年遅れることになる。[ 37] 1950年代には、サバンナ川サイトでデュポン社のために働くことさえあった。[36 ]ウィグナーは原爆開発に携わったことを後悔しておらず、[ 38 ]次のように述べている。[ 39 ]
実際、私が後悔しているのは、もっと早く実現しなかったことです。もし1939年に核分裂の制御に真剣に取り組み始めていれば、1943年から1944年の冬までには原子爆弾が完成していたかもしれません。当時、スターリンの軍隊はまだスターリングラードに閉じ込められていました。私たちが初めて原爆を使用した1945年半ばには、彼らはすでに中央ヨーロッパの大部分を制圧していました。ヤルタ会談はロシアにとってずっと不利な文書となり、共産主義中国でさえも後退を余儀なくされたかもしれません。ですから、私は原爆開発に協力したことを後悔していません。
ウィグナーがこのプロジェクトで発見した重要な現象の一つがウィグナー効果である。これは中性子線による原子の変位によって生じる黒鉛減速材の膨張である。[ 40 ]ウィグナー効果は戦後間もない時期のハンフォード・サイトの原子炉にとって深刻な問題であり、生産削減や原子炉の完全停止につながった。 [ 41 ]最終的には、制御された加熱と焼きなましによって克服できることが発見された。[ 42 ]
マンハッタン計画の資金援助により、ウィグナーとレナード・アイゼンバッドは核反応に対する重要な一般的なアプローチであるウィグナー・アイゼンバッドR行列理論も開発し、1947年に発表した。[ 43 ]
ウィグナーは1944年にアメリカ哲学協会、 1945年に米国科学アカデミーに選出された。[ 44 ] [ 45 ] 1946年初頭、テネシー州オークリッジにあるクリントン研究所（現在のオークリッジ国立研究所）の研究開発部長の職を引き受けた。管理業務に関わりたくなかったため、彼は研究所の共同所長となり、管理業務は事務局長のジェームズ・ラムが担当した。[ 46 ] 1947年初頭に新設された原子力委員会（AEC）が研究所の運営を引き継いだとき、ウィグナーは技術的な決定の多くがワシントンで行われることを懸念した。[ 47 ]また、陸軍が研究所で戦時中の安全保障政策を継続していることを「余計な監視」と見なし、研究を妨害していると考えていた。[ 48 ] 1947年3月、AECがウィグナーの科学者たちがウラン235の臨界量を用いた実験を行っていたことを発見した。マンハッタン計画の責任者であるレスリー・R・グローブス・ジュニア少将は、ロスアラモス研究所でルイス・スロティンが死亡した1946年8月に、そのような実験を禁止していた。ウィグナーはグローブスの命令は無効になったと主張したが、スロティンを死に至らしめた実験とは全く異なる実験を中止せざるを得なかった。[ 49 ]
このような環境での管理職には不向きだと感じた彼は、1947年にオークリッジを離れ、プリンストン大学に戻ったが、[ 50 ]その後も長年にわたり同施設の顧問を務めた。[ 47 ]戦後、彼は1947年から1951年まで国立標準局、1951年から1954年まで国立研究評議会の数学パネル、国立科学財団の物理学パネル、そして1952年から1957年、さらに1959年から1964年まで影響力のある原子力委員会の一般諮問委員会など、多くの政府機関で活動した。 [ 51 ]また、民間防衛にも貢献した。[ 52 ]
ウィグナーは1950年にアメリカ芸術科学アカデミーに選出された。 [ 53 ]
ウィグナーは晩年、哲学的な思考を深めていった。1960年、彼は数学と物理学の哲学に関する古典的名著となる論文「自然科学における数学の不合理な有効性」を発表した。これは、技術数学や物理学以外の分野では彼の最もよく知られた著作となっている。 [ 2 ]彼は、人間が認識する物理的概念の起源は生物学と認知にある可能性があり、数学と物理学がこれほど見事に一致しているという幸運な偶然は「不合理」で説明しにくいと主張した。[ 2 ]彼のこの論文は、幅広い分野で多くの反響を呼び、刺激を与えてきた。これらには、コンピュータサイエンスのリチャード・ハミング[ 54 ] 、分子生物学のアーサー・レスク[ 55 ] 、データマイニングのピーター・ノーヴィグ[ 56 ] 、物理学のマックス・テグマーク[ 57 ] 、数学のアイヴァー・グラッタン＝ギネス[ 58 ]、経済学のヴェラ・ヴェラピライ[ 59 ]などが含まれる。
量子力学の理論に関する哲学的問題に目を向けると、ウィグナーは意識が量子力学的測定プロセスの基礎であるという自身の信念を説明するために思考実験（後にウィグナーの友人のパラドックスと呼ばれる）を考案した。彼は、人間の意識を中心とする存在論的アプローチを採用した。「量子力学が提供しようとするのは、意識の連続する印象（「知覚」とも呼ばれる）間の確率的つながりだけである」[ 60 ] 。
測定とは、私たちの意識の中に印象を生み出す相互作用（そして結果として「測定された」物理システムの波動関数を変化させる相互作用）として理解されており、この考え方は「意識が崩壊を引き起こす」という解釈と呼ばれている。
ヒュー・エヴェレット3世（ウィグナーの教え子）は、1957年の博士論文の序論で、ウィグナーの思考実験を「面白いが極めて仮説的な劇」と論じた。[ 61 ]エヴェレットの著作の初期草稿には、ウィグナーの友人の状況を描いた図も含まれており、[ 62 ]これは後にウィグナーのものとされた思考実験の最初の紙上の証拠と見なすべきである。このことから、エヴェレットは少なくともウィグナーとこの問題について話し合ったに違いないことがわかる。
1963年11月、ウィグナーは国防予算の10％を核シェルターと生存資源に充てるよう提唱し、そのような支出は軍縮よりも費用がかからないと主張した。ウィグナーは、最近のウッズホール研究所の研究で核攻撃によりアメリカ人の20％が死亡するという結論は非常に控えめな予測であり、アメリカは第二次世界大戦の荒廃からドイツが復興したよりも早くそのような攻撃から復興できると考えていた。[ 63 ]
ウィグナーは1963年に「原子核と素粒子の理論への貢献、特に基本対称原理の発見と応用」によりノーベル物理学賞を受賞した。 [ 1 ]この年の賞はマリア・ゲッパート＝マイヤーとJ・ハンス・D・イェンセンに分けられ、半分が共同受賞となった。[ 1 ]ウィグナーは、このようなことが起こる可能性は考えたこともなかったと述べ、「何か悪いことをしない限り、新聞に名前が載るとは思ってもみなかった」と付け加えた。[ 64 ]彼はまた、 1950年にフランクリン賞、[ 65 ] 1958年にエンリコ・フェルミ賞、[ 66 ] 1959年に平和のための原子力賞、[ 67 ] 1961年にマックス・プランク賞、[ 68 ] 1969年に国家科学賞、[ 69 ] 1972年にアルバート・アインシュタイン賞、[ 70 ] 1974年にアメリカ功績アカデミーのゴールデンプレート賞、 [ 71 ] 1978年に同名のウィグナー賞、[ 72 ]および1982年にヘルツル賞を受賞しました。1968年にはジョサイア・ウィラード・ギブス記念講演を行いました。[ 73 ] [ 74 ]
1971年にプリンストン大学を退職した後、ウィグナーは哲学エッセイ集である『対称性と考察』の初版を準備し、国際的および政治的な会議により深く関わるようになった。この頃、彼は統一教会の年次国際科学統一会議の指導者[ 75 ]および声高な擁護者[ 76 ]となった。
メアリーは1977年11月に亡くなった。1979年、ウィグナーは3番目の妻、アイリーン・クレア＝パットン（パット）・ハミルトン（1915-2010）と結婚した。彼女はプリンストン大学大学院の学部長を務めた物理学者ドナルド・ロス・ハミルトンの未亡人で、ハミルトンは1972年に亡くなっていた。[ 77 ] 1992年、90歳になったウィグナーは、アンドリュー・サントンと共著で回顧録『ユージン・P・ウィグナーの回想』を出版した。その中でウィグナーはこう述べている。「人生の真の意味、人間のあらゆる欲望の集合的な意味は、根本的に私たちの理解を超えた謎である。若い頃、私はこの状況に苛立ちを感じていた。しかし今では、私はそれを受け入れている。このような謎と結びついていることを、ある種の栄誉とさえ感じている。」[ 78 ]彼はエッセイ集『哲学的考察と総合』（1995年）の中で、「意識に言及せずに量子力学の法則を完全に一貫した形で定式化することは不可能だった」と述べている。[ 79 ]
ウィグナーは、1979年に米国で設立された民間の国内情報機関であるウェスタン・ゴールズ財団の諮問委員会のメンバーとしてクレジットされている。この機関は、「 FBIの機能不全、下院非米活動委員会の無力化、重要な政府ファイルの破壊によって生じた重大なギャップを埋める」ために設立された。[ 80 ]
ウィグナーは1995年1月1日、ニュージャージー州プリンストンの大学医療センターで肺炎のため死去した。 [ 81 ]
理論物理学
数学
{{cite journal}}: 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)当時のオークリッジはひどく官僚主義的で、残念ながら私は耐えられませんでした。