ジョン・アーチボルド・ウィーラー

日本軍による真珠湾攻撃で米国が第二次世界大戦に参戦した直後、ウィーラーはアーサー・コンプトンからの要請を受け、シカゴ大学のマンハッタン計画冶金研究所に加わった。彼は1942年1月にシカゴ大学に移り、^{[ 28 ]}原子炉設計を研究していたユージン・ウィグナーのグループに加わった。^{[ 30 ]}彼はロバート・F・クリスティと共同で「溶液中の純粋な核分裂性物質の連鎖反応」という論文を執筆し、これはプルトニウム精製プロセスにおいて重要であった。^{[ 31 ]}この論文は1955年12月に機密解除された。 ^{[ 32 ]}彼は中性子減速材に名前を付け、エンリコ・フェルミの用語「減速材」に取って代わった。^{[ 33 ] [ 34 ]}

アメリカ陸軍工兵隊がマンハッタン計画を引き継いだ後、デュポン社は原子炉の詳細設計と建設の責任を負った。^{[ 35 ]}ウィーラーはデュポン社の設計スタッフの一員となった。^{[ 36 ]}彼は同社のエンジニアと緊密に協力し、シカゴとデュポン社の本社があるデラウェア州ウィルミントンを行き来した。1943年3月、彼は家族をウィルミントンに移住させた。^{[ 37 ]}デュポン社の任務は、原子炉だけでなく、ワシントン州ハンフォード・サイトにプルトニウム生産複合施設全体を建設することだった。^{[ 38 ]}作業が進むにつれて、ウィーラーは1944年7月に再び家族をワシントン州リッチランドに移住させ、そこで300エリアとして知られる科学棟で働いた。^{[ 31 ] [ 37 ]}

ハンフォード・サイトが3基の原子炉のうち最初のB原子炉を1944年9月15日に稼働させる前から、ウィーラーは核分裂生成物の一部が核毒物であり、それが蓄積すると連鎖反応を継続するために必要な熱中性子の多くを吸収して進行中の核連鎖反応を阻害するのではないかと懸念していた。 ^{[ 39 ]} 1942年4月の報告書で、彼は核分裂生成物の中性子捕獲断面積が10万バーンを超えない限り、反応度は1パーセント未満しか低下しないと予測した。^{[ 40 ]}原子炉が予期せず停止し、約15時間後に同様に予期せず再起動した後、彼は半減期が6.6時間のヨウ素135と、その娘核種である半減期が9.2時間のキセノン135を疑った。キセノン135は、200万バーンをはるかに超える中性子捕獲断面積を持つことが判明した。この問題は、追加の燃料スラグを追加して毒物を燃焼させることで解決された。^{[ 41 ]}

ウィーラーがマンハッタン計画に携わったのには個人的な理由があった。イタリアで戦っていた弟のジョーが彼に「急いでくれ」という簡潔なメッセージが書かれた絵葉書を送ったのだ。^{[ 42 ]}しかし、時すでに遅し。ジョーは1944年10月に戦死した。「我々は戦争を終わらせる核兵器の開発にあと一歩のところまで来ていた」とウィーラーは後に書いている。「当時も今も、1944年10月に戦争が終わっていたらどうなっていただろうかと、考えずにはいられなかった」。^{[ 41 ]}ジョーは妻と幼い娘メアリー・ジョーを残して亡くなった。メアリー・ジョーは後に物理学者のジェームズ・ハートルと結婚した。^{[ 43 ]}

1945 年 8 月、ウィーラーは家族とともにプリンストンに戻り、そこで学業を再開した。^{[ 44 ]}ファインマンとともに、場ではなく粒子による物理学の可能性を探り、ジェイミー・ティオムノとともにミューオンの理論的研究を行った。^{[ 45 ]}その結果、このテーマに関する一連の論文が発表された。^{[ 46 ] [ 47 ]}その中には、ティオムノとウィーラーが放射性崩壊のさまざまな形態を関連付けた「ティオムノ三角形」を紹介した 1949 年の論文も含まれている。^{[ 48 ]}彼はまた、ミューオンを核プローブとして使用することを提案した。この論文は 1949 年に書かれ、非公開で配布されたが、1953 年まで出版されなかった。^{[ 49 ]}その結果、ミューオンから放出されるチャン放射線の一連の測定が行われた。ミューオンは宇宙線の構成要素であり、ウィーラーはプリンストン大学の宇宙線研究所の創設者兼初代所長となり、同研究所は1948年に海軍研究局から37万5000ドルの助成金を受けた。 ^{[ 50 ]}ウィーラーは1946年にグッゲンハイム奨学金を受け、^{[ 51 ]} 1949年から1950年の学年度をパリで過ごすことができた。^{[ 52 ]}

1949年にソ連がジョー1を爆発させたことで、米国はテラーの主導のもと、より強力な水素爆弾の開発に全力を注いだ。プリンストン大学でウィーラーの学科長を務めていたヘンリー・D・スミスは、ウィーラーにこの取り組みに参加するよう依頼した。ウィーラーと同様に、ほとんどの物理学者は戦争で中断されたキャリアを再構築しようとしており、さらなる混乱に直面することをためらっていた。また、道徳的な反対意見を持つ者もいた。^{[ 53 ]}参加に同意した者には、エミール・コノピンスキー、マーシャル・ローゼンブルース、ロタール・ノルドハイム、チャールズ・クリッチフィールドらがいたが、ロスアラモス研究所には、ノリス・ブラッドベリー率いる経験豊富な兵器物理学者の集団も存在していた。^{[ 54 ] [ 55 ]}ウィーラーはボーアとの会話の後、ロスアラモスに行くことに同意した。^{[ 53 ]}プリンストン大学時代の彼の大学院生2人、ケン・フォードとジョン・トールも彼に同行した。^{[ 56 ]}

ロスアラモスでは、ウィーラーとその家族は、ロバート・オッペンハイマーとその家族が戦時中に住んでいた「バスタブ・ロウ」の家に引っ越した。 ^{[ 57 ]} 1950年当時、水素爆弾の実用的な設計は存在しなかった。スタニスワフ・ウラムらの計算では、テラーの「クラシカル・スーパー」は機能しないことが示された。テラーとウィーラーは「アラーム・クロック」として知られる新しい設計を考案したが、それは真の熱核兵器ではなかった。ウラムが実用的な設計を考案したのは1951年1月になってからだった。^{[ 58 ]}

1951年、ウィーラーはブラッドベリーの許可を得て、プリンストンにロスアラモス研究所の支所を設立した。これはプロジェクト・マッターホルンとして知られ、2つの部分から構成されていた。ライマン・スピッツァーが率いるマッターホルンS（ステラレーターの略で、ウィーラーが考案した別の名称）は、核融合を動力源として研究した。ウィーラーが率いるマッターホルンB（爆弾の略）は、核兵器の研究を行った。上級科学者たちはこのプロジェクトに興味を示さず、距離を置いていたため、ウィーラーは若い大学院生やポスドクをスタッフとして配置した。^{[ 59 ]}マッターホルンBの努力は、1952年11月1日に太平洋のエニウェトク環礁で行われたアイビー・マイク核実験の成功によって頂点に達した。 ^{[ 60 ] [ 59 ]}ウィーラーはこの実験を目撃した。アイビー・マイク「ソーセージ」装置の威力は10.4メガトンTNT （44PJ ）と推定され、マッターホルンBの推定値より約30パーセント高かった。^{[ 61 ]} 

1953年1月、ウィーラーは夜行列車での移動中にリチウム6と水素爆弾の設計に関する極秘文書を紛失し、セキュリティ侵害に関与した。 ^{[ 62 ] [ 63 ]}この結果、公式に譴責処分を受けた。^{[ 64 ]}

マッターホルンBは廃止されたが、マッターホルンSはプリンストン・プラズマ物理学研究所として存続している。^{[ 59 ]}

1950年代、ウィーラーは、重力や電磁気などのあらゆる物理現象を、曲がった時空の幾何学的性質に物理的かつ存在論的に還元するプログラムである幾何力学を定式化した。この主題に関する彼の研究は1957年と1961年に発表された。 ^{[ 67 ] [ 68 ]}ウィーラーは、宇宙の構造を量子ゆらぎの混沌とし​​た亜原子領域として構想し、それを「量子泡」と呼んだ。^{[ 65 ] [ 69 ]}

一般相対性理論は、実験からかけ離れているため、物理学の中でもあまり評価されていない分野と考えられていた。ホイーラーはプリンストン大学でこの分野を率いて復興に尽力した中心人物であり、デニス・ウィリアム・シアマとヤコフ・ボリソヴィチ・ゼルドヴィチはそれぞれケンブリッジ大学とモスクワ大学でこの分野を発展させた。ホイーラーと彼の弟子たちは、一般相対性理論の黄金時代にこの分野に多大な貢献をした。^{[ 70 ]}

1957年にアインシュタインの一般相対性理論の数学的拡張に取り組んでいた際、ウィーラーは時空における仮想的な「トンネル」を説明するためにワームホールの概念と用語を導入した。ボーアはそれらが安定しているかどうかを尋ね、ウィーラーによるさらなる研究により安定していないことが判明した。^{[ 71 ] [ 72 ]}彼の一般相対性理論の研究には、重力崩壊の理論が含まれていた。彼は1967年にNASAゴダード宇宙研究所（GISS）で行った講演でブラックホールという用語を使用したが、^{[ 73 ]}その用語はそれより前の10年間にすでに使用されていた。^{[ a ]}

彼は1967年にアメリカ科学振興協会 で行った講演「既知と未知の宇宙」の中でこの言葉を使った。

[崩壊する星の表面は]ますます速く落下するため、遠方の観測者からますます速く遠ざかる。光は赤みを帯びる。ミリ秒ごとに暗くなり、1秒も経たないうちに暗すぎて見えなくなる。[星は]チェシャ猫のように視界から消える。一方は笑みだけを残し、もう一方は重力だけを残す。重力は残るが、光は残らない。…さらに、外部から入射してブラックホールに落ち込む光と粒子は、ブラックホールの質量を増やし、重力を増大させるだけである。^{[ 75 ]}

ホイーラーは、聴衆の一人がホイーラーが「重力的に完全に崩壊した物体」と言うのにうんざりしていたため、講演中にこの用語を提案されたと語った。ホイーラーはまた、1967年にブライス・デウィットと共にホイーラー・デウィット方程式を開発したことから、量子重力の分野の先駆者でもあった。 ^{[ 76 ]}スティーブン・ホーキングは後に、ホイーラーとデウィットの研究を「宇宙の波動関数」を支配する方程式と表現した。 ^{[ 77 ]}

ウィーラーは1976年に65歳でプリンストン大学を去った。同年、テキサス大学オースティン校の理論物理学センター所長に任命され、1986年に退職するまでその職を務めた^{[ 18 ]} 。その後、名誉教授となった^{[ 78 ]}。ウィーラーの教え子であった ミスナー、ソーン、ヴォイチェフ・ズレクは次のように書いている。

テキサス大学でのウィーラーの10年間を振り返ると、多くの量子情報科学者は、IBMのロルフ・ランダウアーとともに、彼をこの分野の祖父とみなしている。しかし、それはウィーラーが量子情報に関する画期的な研究論文を発表したからではない。彼は、遅延選択実験という大きな例外を除いて、そのような論文は発表していない。むしろ、彼の役割は、徹底した保守的な視点から深い問いを投げかけることで刺激を与え、その問いを通して他の人々の研究と発見を刺激することだった。^{[ 79 ]}

ホイーラーの遅延選択実験は、彼が提唱した量子物理学における一連の思考実験を記述したもので、その中でも特に有名なものは1978年と1984年に発表された。これらの実験は、光が二重スリット実験で通過する実験装置を何らかの形で「感知」し、適切な確定状態をとることでその振る舞いを調整するのか、それとも波でも粒子でもない不確定状態にとどまり、実験装置が問いかける「質問」に波動的に整合した方法か粒子的に整合した方法で応答するのかを解明しようとするものである。^{[ 80 ]}

ウィーラーの大学院生には、ジェイコブ・ベッケンシュタイン、ヒュー・エヴェレット、ピーター・パトナム^{[ 81 ]} 、ジョン・R・クラウダー、チャールズ・ミスナー、ウィリアム・アンルー、ロバート・M・ウォルド、キャサリン・ウェイ、アーサー・ワイトマン^{[ 12 ] [ 82 ]}、ノーベル賞受賞者のリチャード・ファインマンとキップ・ソーン^{[ 83 ] [ 84 ]}などがいる。ウィーラーは教育を非常に重視し、1年生と2年生の物理学を教え続け、学生を早い段階で教育に引き込むことの重要性を強調した。彼が指導した学部生の何人かは、クリストファー・フックス[ ^{85 ] [ 86 ]} 、ジェームズ・ハートル^{[ 87 ]}、ダニエル・ホルツ[ ^{88 ]など}、多くの学生とともに、著名な物理学者としてのキャリアを築いた。プリンストン大学では^、他のどの物理学教授よりも多い46人の博士号取得者を指導した。^{[ 89 ]}ウィーラーはヒュー・エヴェレットの研究を支援するレビュー記事を書き、コペンハーゲンでニールス・ボーアに手紙を書き会い、エヴェレットのアプローチの承認を求め、ボーアが拒否した後もエヴェレットを擁護し続けた。 ^{[ 90 ] [ 91 ]} ケント・ハリソン、キップ・ソーン、若野正美とともに、ウィーラーは『重力理論と重力崩壊』（1965 年）を執筆した。これが、ミスナーとソーンと共著した膨大な一般相対性理論の教科書『重力』（1973 年）につながった。一般相対性理論の黄金時代にタイムリーに登場し、その包括性から、一世代にわたって影響力のある相対性理論の教科書となった。^{[ 92 ]}ウィーラーとエドウィン・F・テイラーは『時空物理学』（1966 年）と『ブラックホールの探索』 （1996 年）を執筆した。

ホイーラーの「質量なき質量」にちなんで、彼の60歳の誕生日を記念した論文集は『魔法なき魔法：ジョン・アーチボルド・ホイーラー：60歳の誕生日を記念するエッセイ集』（1972年）と題された。彼の文体はパロディの対象にもなり、「ジョン・アーチボルド・ワイラー」によるパロディは、相対性理論の雑誌に愛情を込めて掲載された。^{[ 93 ] [ 94 ]}

ホイーラーは、現実は宇宙の観察者によって創造されると推測した。「無から何かが生じるのはどういうことか？」と彼は空間と時間の存在について問いかけた。^{[ 95 ] [ 96 ] [ 81 ]}彼はまた、強い人間原理の一種である「参加型人間原理」（PAP）という用語を作り出した。^{[ 97 ]}

量子力学の解釈である参加型人間原理を発展させるにあたり、ウィーラーは「20の質問」の変形版である「否定の20の質問」を用いて、宇宙について私たちが尋ねる質問の選択が、得られる答えを決定づける可能性があることを示した。この変形版では、回答者は事前に特定の明確な対象を選択したり決定したりするのではなく、「はい」または「いいえ」の回答パターンのみを選択する。この変形版では、回答者は連続する質問に対して一貫した一連の回答を提供する必要があり、各回答は以前のすべての回答と論理的に両立するものと見なすことができる。このようにして、連続する質問によって選択肢が絞り込まれ、最終的に質問者は明確な対象に落ち着く。ウィーラーの理論は、同様の方法で、意識が宇宙の存在をもたらす上で何らかの役割を果たしている可能性があるというものだった。^{[ 98 ]}

「人間中心の宇宙」に関するラジオインタビューの書き起こしより：

ウィーラー:私たちは、近くてここにあるものだけでなく、遠く離れていてずっと昔のものも生み出す参加者です。この意味で、私たちは遠い過去に宇宙の何かを生み出す参加者であり、遠い過去に何が起こっているかについての説明が一つあるなら、なぜそれ以上必要なのでしょうか?マーティン・レッドファーン:ジョン・ウィーラーに同意しない人も多いですが、彼が正しいとすれば、私たちと、おそらく宇宙全体に存在する他の意識のある観察者は、創造者、あるいは少なくとも宇宙を顕現させる精神です。^{[ 99 ]}

1990年、ウィーラーは、最小スケールでは物理学は二値的であると提唱した。宇宙を記述するために必要な情報量は無限ではなく、究極的には二値的な選択に限定される。^{[ 100 ]}

この「ビットから生まれるもの」という概念によれば、すべての物理的なものは情報理論的な起源を持つ。

ウィーラー:ビットから生まれるもの。言い換えれば、あらゆるもの、つまりあらゆる粒子、あらゆる力場、さ​​らには時空連続体そのものさえも、その機能、意味、存在そのものを、たとえ間接的であっても、装置によって引き出されたイエス・ノーの質問、二者択一、ビットへの回答から完全に得ている。ビットから生まれるものは、物理世界のあらゆるものが、その根底には、ほとんどの場合、非常に深い根底には、非物質的な源と説明があるという考えを象徴している。私たちが現実と呼ぶものは、最終的には、イエス・ノーの質問を投げかけ、装置によって引き出された応答を記録することから生じる。つまり、すべての物理的なものは情報理論的な起源を持ち、これは参加型の宇宙である。^{[ 101 ]}

情報は、情報を伝える物質よりも根本的なものであるという考え方は、徐々に物理学の中心的な概念になってきた。^{[ 102 ]}

1979年、ウィーラーはアメリカ科学振興協会（AAAS）に講演し、 10年前にマーガレット・ミードの要請で入会を認められていた超心理学を追放するよう求めた。彼はそれを疑似科学と呼び^{[ 103 ]}、これらの問題に対する真摯な研究には反対しないが、AAASの関連団体としての「正当性」は、少なくともいくつかのいわゆる超能力効果の説得力のあるテストが実証されるまで保留されるべきだと考えていると述べた^{[ 104 ]} 。彼のプレゼンテーション「意識ではなく、探査者と探査される者の区別こそが、基本的な量子的観察行為の中心である」後の質疑応答で、ウィーラーはJBラインが学生時代に不正行為を働いたと誤って述べ、その後、科学誌サイエンスへの手紙で謝罪した^{[ 105 ]}。彼の要請は却下され、超心理学会はAAASの会員であり続けた^{[ 104 ] 。}

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