ジョン・マドセン（物理学者）

サー・ジョン・パーシヴァル・ヴィッシング ・マドセン（1879年3月24日 - 1969年10月4日）は、オーストラリアの 学者、物理学者、技術者、数学者、陸軍将校であった。 ^{[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7]}

^{オーストラリアの科学と工学におけるマドセン[8]}の活動の歴史は、1900年から1956年までの期間をカバーしており、この期間には、電気、X線分析、生産のための標準化された測定、電波伝搬、レーダーと電波天文学、原子物理学とデジタルコンピュータの応用が、基礎研究の大きな進歩と2つの世界大戦による活動の活発化によって、大きな進歩を遂げました。シドニー大学で主に行われたこれらの活動の中心は、電気工学部とCSIRO国立標準研究所/無線物理学研究所（現在は大学敷地内の マドセンビル^{[9]）でした。}

マドセンは、1909 年から 1956 年まで講師、助教授、教授、名誉教授を務め、1927 年に自らが設立した無線研究委員会の委員長として引退しました。1946 年まで、マドセンはオーストラリアの大学で初かつ唯一の電気工学教授でした。

マドセン（1879-1969）^[10]は、1900年にシドニー大学を理学と工学の両方で一級優等で卒業し、大学メダルを授与された。その後、1901年に物理学と数学を学び、BScとBEの二重学位を取得する慣行を確立し、物理学を工学の基礎に応用するという生涯にわたるキャリアを歩み始めた。

1901 年、彼はアデレード大学の物理学と数学の講師に任命され、WH ブラッグと長年にわたり親密な関係を築き、これが 1902 年に同大学で最初の電気工学の講師になる機会につながりました。1902 年後半、休学期間中に自費でイギリスとアメリカを旅行し、大学や高等技術カレッジで採用されている最新の電気工学の指導方法について情報を得るとともに、可能な限り多くの重要な施設や製造企業を訪問しました。彼は、一般的なコースの種類は、数学、物理学、化学の基礎学習が 3 年から 4 年にわたって行われ、電気工学の専門分野は後半に行われるという、全体的にほとんど同じであることに気づきました。学生は、休暇中に執筆した、承認された作業の一部を扱った論文も求められ、コース修了後は、評判の良い製造会社に就職するのが通例でした。このようにして得た経験は、最も重要でした。なぜなら、人はすべての部門を経験した後、その時点で直流および連続電流のさらに細分化された分野を扱う専門分野に留まるからです。イギリスの教育用機器は小型で安価であるため、教育には十分であると考えられていましたが、アメリカでは、取り扱い方法が大きく異なる大電流および高 EMF の大型機械を使用する傾向がありました。小規模な設備の場合、学生はより多くの責任を負うことができ、これは学生が実験の取り扱いに自信を持つのに役立ちます。学位を取得すると、卒業生は IEE に準会員として十分な資格として受け入れられ、その後、常勤の職に就く前に大陸、イギリス、またはアメリカで経験を積むことが最も重要になりました。アメリカ、イギリス、ドイツの大規模な製造工場で卒業生向けの求人が時々ありました。

1905年からシドニー大学は電気工学の最初の講師を任命することになり、JPVM ^[8]は結婚してシドニー大学に戻りたいと応募した。WHBは非常に好意的な推薦状を書き、それがJPVMのアデレードからの出発を手助けすることになるなら非常に残念だと結論付けた。アデレード大学の総長もJPVMがアデレードを去る可能性を非常に残念に思い、有能で勤勉で非の打ちどころのない性格の持ち主であり、自身の熱意で学生を鼓舞する優秀な教師および講師であることを証明したという彼の能力に言及した。しかし、イギリスのE. キルマン スコットが4年間の任命を受けたため、実際にはJPVMは次の4年間アデレードに留まり、電気工学の職務と並行してWHBと共に物理学の基礎研究に着手した。

アデレード滞在中にWHBは公開講演や科学デモンストレーションのスキルを大幅に向上させましたが、42歳という比較的高齢にもかかわらず、ラザフォードの研究に触発されて、1904年にダニーデンで開催されるAAAS会議で会長演説を行い、ガスのイオン化に関する研究アイデアを発表しました。 1895年のレントゲンによるX線、 1898年のキュリー夫妻によるラジウムの発見、1897年のJJトムソンによる電子の発見は、物理学の研究作業の肥沃な土壌を作り出し、WHBは実験を考案し、同時に結果を裏付ける理論的アイデアを展開し始めました。1905年にJPVMがWHBの実験に加わり、その後1909年まで独自の実験を発表し、特にイギリスのPhil Magでラジウムのベータ線の散乱に関する論文を発表しました。金、アルミニウム、銀、紙の薄い箔を使ったこの実験から得られた非常に重要な結果の 1 つは、最も薄い箔でもベータ粒子が通過しても散乱は 1 回だけだったことです。これは、原子内に多くの空きスペースがあるということをラザフォードが示唆しました。ラザフォードは 1911 年に、アルファ粒子とベータ粒子の散乱と原子の構造 (ミニ太陽系または原子核としてのラザフォード モデル)に関する非常に有名な論文を発表し、その中でマドセンの結果に言及しています。JPVM はまた、実験から生じた重要だと考えた事柄について Natureに寄稿しました。

1909 年、WHB と家族はアデレードを発ってイギリスに向かい、マドセンは家族とともにシドニー大学に戻り、JPVM が主にイギリスとドイツでの研究に遅れないように、WHB はリーズから長い手紙を書き、裕福なタバコ商人から JPVM に資金提供されたブラウンシュヴァイクからの大量の非常に高価なラジウムの供給の手配もしました。WH Bragg と JPV Madsen の協力と通信。シドニーで Madsen が新しいラジウムの供給でさらにどのような実験を行っていたかは不明ですが、結果は期待どおりではなく、終了すると医療用にラジウムを Royal Prince Alfred Hospital に渡しました。1912 年、WHB は「放射能の研究」という本を出版し、その中で JPVM の電離箱付きベータ散乱装置の詳細と、アルミニウムと金箔に関する結果を説明しています。 1912年後半、WHBは結晶を通過した散乱波物質の電子測定も含むX線イオン化回折分光計も発明し、これは息子のローレンス・WL・ブラッグとともに1915年のノーベル物理学賞受賞に大きく貢献した。

1912 年 5 月、シドニー大学工学協会会長演説で、JPVM ^[8]は、エンジニアを効果的に訓練する方法について自身の考えを述べた。彼は、エンジニアリングの教育は単なる技術的な事柄ではなく、人格、思考と表現の明晰さ、一般知識、趣味、規律、そして大きく異なる興味を持つ人々との交流も含まれると考えていた。カリキュラムは、個々の年数をなくし、コースの最低年数を 4 年に制限することで、学生が特定の必須科目を好きなだけ履修できるようにし、一定数をオプションとして残すなど、自由に編成されるべきである。彼は、言語と文学の入学試験が工学コースへの入学に必須であるとは考えていなかった。指導コースは、オーストラリアのニーズに合わせて、設計の細かい点よりも応用に重点を置く必要がある。専門職に直接関係する科学の部分について、確かな定量的知識を提供する必要がある。訓練システムは、科学の基本原理の明確な説明と、それらの原理の応用方法の研究で構成されるべきである。原理が大まかに理解されたら、次は実際の応用を示す必要があります。応用は覚えているものの、原理を忘れてしまう傾向があります。このような欠陥は、学生が 1 つのコースで原理を教わり、応用については後の段階で対処しなければならない場合に発生する可能性があります。また、6 ～ 10 回の講義からなる短期大学院コースも必要です。このとき、ドイツ、ロンドン、ワシントン、日本のようなオーストラリアの物理測定研究所の必要性が提起されました。

1914 年、ニューサウスウェールズ州電気協会会長演説で、JPVM はオーストラリアが物理的測定の国際比較に参加する必要性を再度提起し、ドイツで物理化学帝国塩が非常に重要な機関となった役割を指摘しました。結論として、JPVM は電気産業の先駆者の 1 人であるジョージ ウェスティングハウスの死去によりサービスが失われたことに言及しました。

第一次世界大戦勃発当時、マドセンはシドニー大学ライフルクラブのキャプテンを務めており、現役に志願したものの、ムーアパーク、その後ローズビルの連邦工兵士官訓練学校の主任教官兼指揮官として留任した。同校の訓練生は、すべて高度な工学資格を持つ選抜された男性たちで、指導コースはこれらの男性の要件に合わせて調整された。彼は体力作りに熱心で、勤務時間中は厳しい規律を保ち、それ以外のときは笑顔で気楽に、温かく親しみやすい態度を保っていた。

1914年以降 – シドニー大学と第一次世界大戦^[11]

1920年、マドセン^[8]はシドニー大学の電気工学科長に任命され、1946年までオーストラリアの大学で唯一の電気工学教授でした。1926年の工学年鑑には、3年生の初めにマドセンと彼の電気工学科に出会った学生が記されています。彼のたゆまぬ努力が、効率的な仕事の真の考え方を私たちの心に植え付けました。彼の講義は、おそらく若い電気学生が陥りやすい落とし穴についての彼の明確で簡潔な考えと、細部ではなく基本原理の救いのおかげで、他のどの講義よりも効果的です。私たちが工学事業における不当な利益と「コスト」の重要性について少しでも理解しているのは、彼のおかげです。

1926 年、オーストラリア首相スタンレー ブルースにより科学研究会議 (CSIR) が設立されました。同年、どの研究分野に従うべきかを検討するために一般からの意見募集が行われました。マドセンはメルボルンでの公聴会で同日に 2 つの意見を提出しました。最初の意見はオーストラリア無線研究委員会の設立に関するもので、次に国立規格研究所の設立に関するものでした。提出されたその他の意見はすべて第一次産業プログラムに関するものでした。オーストラリア RRB を設立する提案は、CSIR、国防省、PMG の資金提供を受けて、ロバート ワトソン ワット率いる英国 RRB と同様の方針で作業することにこのとき採択されました。1926 年には、無線伝搬技術の多くはまだ知られておらず、長距離通信と放送の開発は依然として経験的なものでした。しかし、英国とアメリカ合衆国では、より基本的な科学的アプローチが発展し、目覚ましい成果を上げつつありました。新しく設立された RRB の議長として、JPVM はアメリカに渡り、ワシントンでURSI (国際無線科学連合)会議に出席し、その後イギリスと大陸を訪れて無線研究および標準化研究所に関する関連情報を入手しました。ただし、この提案が CSIR に採用されたのは 10 年後のことでした。ロンドンでは、JPVM はRutherford、Appleton、Tizardからなる選考委員会を組織し、3 年間の任期でシドニー大学とメルボルン大学に派遣され、イギリスで開始された大気と電離層に関する研究プログラムを継続する 3 人のスタッフを推薦しました。大恐慌による経済的厳しさにもかかわらず、両分野における委員会の活動は 1935 年までに世界的に認知され、その貴重な貢献は無償で提供されました。

1935年、マドセンはクイーンズランド大学で講演を行い、電離層とそれが電波の伝播に与える影響を扱ったRRBの成果を非常に詳細に要約し、磁気イオン理論で説明される効果を検討しました。RRBの最初の研究者の1人はJL ポージーで 、メルボルンでジョージ マンローのもとで大気について研究して修士課程を修了し、ケンブリッジでJA ラトクリフのもとで博士号を取得した後 、イギリスのEMIで働き、戦争が始まるとオーストラリアに戻り、レーダーの無線物理学に取り組みました。DFマーティンなどの他の人々も同様に引き込まれ、この重要な研究の中核を形成しました。1930年、シドニー大学は電気通信のコースを開始し、その参加者はシドニーの成長するエレクトロニクス産業に貢献しました。

1931 年、マドセンはマイケル・ファラデーの生涯と業績、そして彼の電磁誘導の発見の応用を記念する講演を行いました。

1937年、東アジアと太平洋諸島における日本の拡大に対する懸念から、マドセンが委員を務めていた第二次産業試験委員会の報告書に基づいて、CSIR内に計量学、物理学、電気技術のセクションからなる国立標準研究所が設立された。シドニー大学は、マドセンを監督委員会の議長として、研究所を大学敷地内に設置することに同意した。マドセンは、検討した情報が、日本が使用した施設を含め、10年前に入手したものと実質的に同じであると判断した。研究所の建設は1939年後半まで開始されず、国立物理学研究所NPLテディントンから提供された計画に従って行われた。1928年にJPVMは技術者協会への論文で、センチメートル、グラム、秒などの絶対単位から 温度、キャンドルパワー、電気単位などを導出することの実際的な困難さに言及した。当時、赤色カドミウム線の波長は、長さの普遍的な基準として研究されていました。比較を行うために必要な高価な補助装置は、標準またはそのコピーを入手するよりもはるかに複雑であると考えられていました。スリップゲージまたはブロックゲージの使用は、これらのゲージが英国または米国から入手できず、NSLで作成する必要があった1939年にNSLにとって非常に重要になりました。1937年7月、ラザフォードはマドセンに次のようなアドバイスの手紙を書きました。「私の友人ウィンペリスは、航空省の関係で、まもなくニュージーランドとオーストラリアを訪問すると思います。彼に会う機会があれば幸いです。彼は非常に健全な人物であり、私の良き友人です。私たちは何度も一緒にゴルフをしました。」ハリー・ウィンペリスは、 1934年にヘンリー・ティザードと密接に関わり、ドイツからの予想される爆撃機襲撃を撃退する手段として、英国のRDF（レーダー）活動を開始しました。ウィンペリスはオーストラリア政府から、防衛対策としてオーストラリアに航空産業を設立することについて助言するよう招かれており、その結果、JPVM はシドニー大学に航空工学の教授職を設けるよう手配した。この訪問中にメルボルンで JPVM と個人的に会話した際、ウィンペリスは英国が航空機を検知する無線ベースの方法に取り組んでいることを暗黙のうちに認めた。

戦争が起こった場合、イギリスがドイツに侵略される可能性があったため、イギリスは 1939 年 1 月にRDF の機密を連邦諸国 (カナダ、オーストラリア、ニュージーランド、南アフリカ) と共有することを決定しました。この情報がオーストラリアに伝えられると、ラジオ研究委員会の委員長であるマドセンは、オーストラリア政府に提出するための研究および生産手配に関するラジオ物理学計画を作成しました。

[オーストラリア戦争記念館第二次世界大戦におけるオーストラリアのレーダー^[12]と標準^[13]への関与の歴史は、デイビッド・メラーの「科学と産業の役割」シリーズで包括的に扱われています。^[14] ]

1939年8月、キャンベラでRGメンジーズ首相、デイヴィッド・リヴェット、マドセン、^[8] DFマーティンおよび上級防衛スタッフとの会議で、シドニー大学の敷地内に無線物理学研究所（RPL）を建設することが承認されました。これは、秘密裏に行われる作業の性質に注意を引かないようにするため、当時建設中だったNSLビルの拡張部分です。マドセンは、監督する無線物理学諮問委員会の委員長に任命され、科学スタッフのアイデアや開発とサービスの要件を一致させる責任を負いました。RPLはCSIRの一部門として機能し、最初のスタッフは以前のRRBでの経験や、前10年間の新興無線業界企業での経験に基づいて任命され、後にさらに多くの科学者が必要になると、高周波の経験があれば大学から直接採用されました。

当初、海岸や港湾の防衛砲を制御するためのレーダーに最も関心を示したのはオーストラリア陸軍であり、空軍は主に空中ASVレーダーに興味を持っていました。これらのレーダーのバルブ要件が重要で、1.5メートルの波長（200 mc/s）を生成するVT90バルブがパルス生成に使用され、大きな経済性を提供しました。RPLの空中デュプレックス（つまり、アンテナが送信機と受信機の両方として機能する）の開発は、RPLスタッフによる非常に高速で信頼性の高い送受信スイッチの発明に基づいていました。1940年にイギリスでは、 マーク・オリファントの研究所でランドールとブートが波長10cmの共振空洞マグネトロンを発明し、連合国のレーダーに革命をもたらし、1940年8月にティザード・ミッションの一部としてアメリカに持ち込まれました。オーストラリアの10cm開発の延長として、JPVMはワシントンの新オーストラリア大使RGケイシーを通じて、 MIT放射線研究所やベル研究所などの関連企業での急速な開発と連絡を取るための科学連絡官を設置するよう手配した。その見返りとしてオーストラリアは、日本との交戦開始後に極めて緊急となったレーダー関連の問題で、必要に応じて米軍を支援することとなった。^[15]

1941 年 8 月、FWG ホワイトは無線物理学で航空警戒プログラムを開始しました。真珠湾攻撃後のオーストラリアのレーダーの主な開発は軽量化原理で、ニューギニアや SWPA 戦域以降の作戦に不可欠な LW/AW (軽量航空​​警戒) セットと GCI (地上管制迎撃) セットの設計に使用されました。1942 年 2 月 15 日のシンガポールの突然の陥落により、オーストラリアの重要な中心地への航空警戒の提供に対する緊急感がさらに高まりました。JPVM は、研究のバックグラウンドよりも生産経験のある人物が必要と感じたため、1942 年 7 月に RAB の議長を辞任しましたが、戦争が終わるまですべての理事会に出席しました。1944年にOSRD のカール コンプトンがオーストラリアを訪問した際、オーストラリア オペレーションズ リサーチ グループが、イギリス滞在中にパトリック ブラックエットから得た情報に基づいて JPVM の提案で設立されたことが特に言及されました。戦争の終わりごろ、マッカーサー軍が所有していたオーストラリアの LW/AW レーダーは、日本の南九州の 3 つの谷を侵略する計画であるオリンピック作戦で使用される予定でした。オーストラリアで開発されたドップラー レーダーは、このような状況では非常に役立ったでしょう。

第二次世界大戦の終戦直後の1945年8月21日、マドセンはオーストラリア国立研究会議の議長に選出され、JPVMを含む5人の物理学者による特別小委員会が結成され、原子力解放の原理が発見されたため解決が必要な実際の工学的応用についてオーストラリア政府への勧告を準備した。 1945年12月3日にはJB・チフリー首相に6つの勧告が通知され、最初の勧告は、オーストラリア政府が英国政府に、英国政府が原子物理学のさらなる研究のために策定する可能性のある計画にオーストラリアが適切な役割を果たすことを望んでいることを伝えるというものだった。ウランとトリウム^[16]の鉱床の管理を確保し、新しい鉱床の積極的な探索を促進すること、また必要な情報を得るためにオーストラリアから認定物理学者を英国に派遣するか、英国科学チームの上級メンバーをオーストラリアに招いて連邦政府に助言することなどが勧告された。 JB チフリーは 1946 年 2 月 14 日の手紙で、政府はすでに CSIR から実質的に同様の勧告を受けており、最初の 2 つの勧告に基づいて措置が講じられており、やがてオーストラリアにおける産業目的の原子力エネルギー開発に関する満足のいくプログラムが策定されるだろうと返信しました。

王立協会は、 1946年6月から7月にかけて、ロンドン、オックスフォード、ケンブリッジで3週間の帝国科学会議を開催するよう組織した。その後、政府のより公式な意思決定のためにさらに2週間が設定された。王立協会会議の代表には、英国(38)、カナダ(15)、オーストラリア(9)、インド(14)、ニュージーランド(4)、南アフリカ(7)、西インド諸島(4)、南ローデシア(5)、アイルランドと東アフリカが含まれていた。オーストラリアの代表9名は、CSIRのFRSであるDavid Rivettが率いていた。その中にはJPVM ^[8]も含まれていたが、JPVMは論文を発表しなかったが、連邦規格団体の初会合の準備をするために事務局を設立することを提案した。会議は、6月17日月曜日午前11時にロンドン大学上院議事堂のベヴァリッジホールで国王陛下によって開会された。英国代表団（主に FRS）には、E Appleton、PMS Blackett、J Chadwick、Lord Cherwell、JD Cockcroft、C Darwin、Henry Tizardが含まれていました。

戦争が終わる前に、CSIR と RRB の無線物理学は上層大気を扱うプログラムを開始し、運用中の RAAF レーダー局は日常的に大気の異常の観測記録を行っていました。JL Pawsey は電波天文学の研究を開始し、戦闘が停止すると、この分野で使用できる大量の余剰レーダー機器が供給されました。

1946年、1945年後半に英国から移住して無線物理学に加わったトレバー・ピアシー-シロペディアは、プログラム記憶式デジタルコンピュータの設計に着手し、1947年から48年にかけてのその構築は、少なくとも部分的にはマドセンの推薦によって資金提供された。1951年8月、シドニー大学で自動計算機械に関する会議が開催され、現在は名誉教授であるサー・ジョン・マドセンが議長を務め、イギリスのダグラス・ハートリーがシドニー大学のデイビッド・マイヤーズと共同でアナログ計算について、またトレバー・ピアシーがCSIR Mk1について論文を発表した。これは、このように発表された世界初の論文の1つであった。1951年の会議は、オーストラリアで独立したコンピューティング専門職の始まりと見なされており、会議の議事録は主に技術的なものであるものの、その後数十年にわたる研究の基礎となっている。主な議論の要約によると、マドセンはこの時点までコンピューティングは数学のサブ分野であると考えられていた。

過去 25 年間にオーストラリアで行われた優れたラジオ活動が評価され、1952 年 8 月にシドニー大学で第 10 回総会が開催されました。マドセンはオーストラリア組織委員会の委員長を務め、第 10 回総会の議長にも選出されました。

1956 年、ソ連の水素爆弾プロジェクトとその後すぐに続いた スプートニク 1 号の爆発により、ソ連が自国の技術者の科学教育で大きくリードしていることが西側諸国で大きな懸念となっていました。オーストラリアの状況に対処するため、JPVM はシドニー大学を通じて、科学時代の人材要件に関する推奨事項をまとめた論文を発表しました。この論文では、科学で工学を推進してきた過去 50 年間の自身の経験に大きく触れています。戦後から 20 世紀末にかけて、新興技術政策は大きく変化し、主に政府が後援する「供給」側の環境から、ビジネス指向の「需要」側の市場へと移行しました。