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エルンスト・フローレンス・フリードリヒ・クラドニ（イギリス英語: /ˈklædni/、アメリカ英語: /ˈklɑːdni/ 、ドイツ語: [ ɛʁnstˈfloːʁɛnsˈfʁiːdʁɪçˈkladniː ] 、1756年11月30日- 1827年4月3日）は、ドイツの物理学者、音楽家。音響学の父と呼ばれることもある彼の最も重要な業績には、振動板の研究や、さまざまな気体の音速の計算が含まれる。[ 1 ]また、隕石の研究で先駆的な業績を成し遂げ、隕石学の父とみなす人もいる。[ 2 ]
クラドニはザクセン州のヴィッテンベルクで生まれたが、彼の家族は当時ハンガリー王国の一部であり、現在はスロバキア中央部の鉱山町であるクレムニツァ出身である。そのため、クラドニはドイツ人[ 3 ] [ 4 ]、ハンガリー人[ 5 ]、スロバキア人[ 6 ]であると特定されている。
クラドニは、学者や博識な人々が集まる教養ある家系の出身だった。クラドニの曽祖父であるルター派の聖職者ゲオルク・クラドニ（1637年 - 1692年）は、対抗宗教改革の最中の1673年にクレムニツァを離れた。クラドニの祖父マルティン・クラドニ（1669年 - 1725年）もルター派の神学者で、1710年にヴィッテンベルク大学の神学教授となった。彼は1720年から1721年にかけて神学部長を務め、後に同大学の学長となった。クラドニの叔父ユストゥス・ゲオルク・クラドニ（1701年 - 1765年）は、同大学の法学教授だった。もう一人の叔父、ヨハン・マルティン・クラドニ（1710年 - 1759年）は、神学者、歴史家であり、エアランゲン大学とライプツィヒ大学の 教授であった。
クラドニの父、エルンスト・マルティン・クラドニ（1715年 - 1782年）は、ヴィッテンベルク大学の法学教授兼学長でした。彼は1746年に同大学の法学部に着任しました。クラドニの母はヨハンナ・ソフィアで、彼は一人っ子でした。[ 7 ]彼の父は息子の科学への関心に反対し、クラドニが弁護士になることを強く主張しました。[ 6 ] [ 8 ] [ 9 ]
クラドニはヴィッテンベルクとライプツィヒで法律と哲学を学び、1782年にライプツィヒ大学で法学の学位を取得した。同年、父親が亡くなり、彼は本格的に物理学に転向した。[ 8 ] [ 9 ]彼は1783年から1792年までヴィッテンベルク大学で法律、数学、自然科学の講義を行った。この間、彼は音響学の最初の実験を始めた。[ 6 ]
クラドニの最も有名な業績の1つは、硬い表面上のさまざまな振動モードを示す技術を発明したことであり、さまざまなモードによって生成されるさまざまな形状やパターンから、クラドニ図形またはクラドニパターンとして知られています。共鳴するとき、板または膜は反対方向に振動する領域に分割され、振動が発生しない線（節線）によって区切られます。クラドニは、1680年7月8日にガラス板の振動に関連する節パターンを観察したロバート・フックの先駆的な実験を繰り返しました。フックは小麦粉で覆われた板の端にバイオリンの弓をこすり、節パターンが現れるのを見ました。 [ 10 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 11 ]フックは、すでに9年前の1671年にこれを観察しており、ベーコンの『シルヴァ・シルヴァルム』で読んだ提案に触発された。ベーコンは、水を入れたグラスの縁をこすって水が「跳ねて飛び散る」様子を観察したと述べている。フックは1680年にこれを王立協会に発表したが、その後は進展がなかった。[ 12 ]
クラドニの手法は、1787年に著書『音の理論の発見』（ Entdeckungen über die Theorie des Klanges）で初めて発表されたもので、表面に軽く砂をまぶした金属板の上で弓を引くというものでした。金属板は共鳴するまで弓を引かれ、振動によって砂が動き、表面が静止している節線に沿って集中し、節線の輪郭が浮かび上がります。これらの線によって形成されるパターンは、現在ではクラドニ図形と呼ばれています。同様の節パターンは、ファラデー波上に微細な材料を組み立てることによっても見つけることができます。[ 13 ]
クラドニは1808年にパリ科学アカデミーを訪れ、フランスの著名な科学者だけでなくナポレオン自身も含む聴衆の前で振動パターンを実演した。ナポレオンは最も優れた数学的説明に対して賞を設けた。ソフィー・ジェルマンの回答は欠陥のために却下されたものの、正しいアプローチを用いた唯一の応募だった。[ 14 ]
この技術のバリエーションは、バイオリン、ギター、チェロなどの音響楽器の設計や製作において今でも広く用いられています。20世紀以降は、より精密な周波数調整を実現するために、電子信号発生器で駆動されるスピーカーをプレートの上または下に配置することが一般的になっています。
量子力学では、クラドニ図形（「節パターン」）は1電子原子のシュレーディンガー方程式の解と関連していることが知られており、それらを記述する数学はエルヴィン・シュレーディンガーによって電子軌道の理解に到達するために使用されました。[ 15 ]
少なくとも 1738 年以来、ビール グラスにさまざまな量の水を入れて作られたグラスシュピールまたはヴェリヨンと呼ばれる楽器がヨーロッパで人気を博しました。 [ 16 ]ビール グラスはスプーンの形をした木製のマレットで叩かれ、「教会音楽やその他の厳粛な音楽」が奏でられました。[ 17 ]ベンジャミン フランクリンは1757 年にロンドンを訪れた際にヴェリヨンの演奏に感銘を受け、1762 年に独自の楽器であるグラス ハーモニカを製作しました。フランクリンのハーモニカは、クラドニが製作した 2 つを含む、他のいくつかの楽器に影響を与えました。1791 年にクラドニは、さまざまな音程を演奏するために使用されるガラス棒で構成されるユーフォン(金管楽器のユーフォニアムと混同しないように) と呼ばれる楽器を発明しました。クラドニのユーフォンは、現代のクリスタル バシェとして知られる楽器の直接の祖先です。[ 18 ]クラドニはフックの「ミュージカルシリンダー」を改良し、1799年に別の楽器であるクラヴィシリンダーを製作した。[ 8 ] [ 9 ] [ 17 ]
クラドニは楽器を持ってヨーロッパ中を旅し、実演を行った。[ 6 ]
クラドニは、ゲオルク・クリストフ・リヒテンベルクと、1791年11月にゲッティンゲンの空でリヒテンベルクが見たとされる火球について会話したことをきっかけに、流星学に興味を持つようになった。この報告に触発されたクラドニは、同様の現象の報告や、過去100年間にヨーロッパや北アメリカで発生した他の落下物の報告を調査した。これらの目撃情報の均一性に基づいて、彼は火球や落下物の現象は本物に違いないと結論付けた。[ 19 ]
このことから、彼は1794年に『パラスが発見した鉄塊およびそれに類似する他の鉄塊の起源と、それに関連するいくつかの自然現象について』を出版した。この本の中で、彼は隕石は地球外起源であると提唱した。[ 20 ] [ 21 ]彼は、これが落下する塊の高速を説明するとともに、塊と火球を結びつけると主張した。それらは地球の大気圏に突入する際に非常に明るく輝く。彼は、これらの隕石は、より大きな塊の形成において固まらなかった物質の塊か、惑星の形成と破壊の残骸であると仮説を立てた。[ 19 ]これは当時物議を醸す発言だった。[ 22 ]隕石は火山起源と考えられていたからである。さらに、彼の主張は、月より外側には他の恒星や惑星以外には何も存在しないという定説に異議を唱えるものだった。実際、この宇宙の空虚さは、クラドニが子供の頃、火星と木星の間の比較的大きな距離（現在では小惑星帯が存在することが知られている）を知ったときに魅了されたものだった。この観察は、隕石の起源に関する彼の説明に影響を与えた。[ 19 ]
クラドニの著書は当初、リヒテンベルクを含む同時代の物理学者たちから嘲笑された。[ 23 ]それでも、彼の著作は好奇心を掻き立て、最終的には彼の理論を支持する研究者が増えることになった。1795年、イギリスのヨークシャー州ウォルド・ニュートン近郊のコテージで、地球に落下する大きな石質の隕石が観測され、ウォルド・コテージ隕石として知られるその一部がイギリスの化学者エドワード・ハワードに渡された。ハワードはフランスの鉱物学者ジャック・ド・ブルノンとともにその組成を注意深く分析し、地球外起源である可能性が高いと結論付け、そのサンプルがイタリアのシエナで発生した初期の流星群の隕石のサンプルと非常によく似ていると指摘した。[ 24 ]その出来事は数百キロメートル離れたベスビオ山の噴火によるものとされたが、ウォルド・ニュートン山と同じ山脈内には同様の火山は存在せず、最も近いのはアイスランドのヘクラ山である。[ 23 ] [ 24 ] 1803年、物理学者で天文学者のジャン・バティスト・ビオは、フランス内務大臣から、フランス北部のレグル上空で数千個の隕石の破片が町に降り注いだ流星群の調査を依頼された。 [ 25 ] [ 26 ] [ 8 ] [ 9 ]クラドニの著書やハワードとド・ブルノンの科学出版物とは異なり、ビオの生き生きとした報告は人気を博し、より多くの人々がクラドニの洞察を真剣に受け止めるようになった。[ 21 ]
クラドニの洞察力により、この分野の一部の人々は彼を「隕石学の父」と呼んでいるが、他の人々はクラドニのこの分野への貢献をより控えめに評価している。[ 19 ]
クラドニはその後数十年にわたり隕石の目撃記録を充実させ、隕石の標本コレクションも収集し続けた。彼は1827年にこのコレクションをベルリン大学鉱物学博物館に寄贈し、現在はベルリンのフンボルト大学自然史博物館に所蔵されている。[ 27 ] [ 28 ]
1993年にカールトン（IIICD）鉄隕石から初めて記載された鉱物は、彼に敬意を表してクラドナイトと名付けられた。[ 2 ] [ 29 ]
クラドニは、板やその他の物体の自由振動のモード周波数を近似するための単純な代数関係であるクラドニの法則を発見した。 [ 30 ]
クラドニは、オルガンパイプに様々な気体を入れ、パイプを演奏したときに発生する音の特性を測定することで、それらの気体中の音速を推定した。[ 31 ]これは、ピエール・ガッサンディが1635年に始めた空気中の音速の測定に関する研究に基づいている。
クラドニは1827年4月3日、当時プロイセン王国の一部であった下シレジア地方のブレスラウ（現在のポーランド南西部のヴロツワフ市）で亡くなった。[ 32 ]月面のクラドニ・クレーターは1935年に彼にちなんで名付けられた。[ 33 ]
年版の
ブリタニカ百科
事典では、ヴェリヨンを発明したのは
エドワード・デラヴァル
であるとも記されている。