キップ・ソーン

キップ・ソーン
2022年のソーン
生まれる	キップ・スティーブン・ソーン ( 1940-06-01 )1940年6月1日（84歳） ユタ州ローガン、米国
教育	カリフォルニア工科大学( BS ) プリンストン大学( MS、PhD )
知られている	重力(1973) 重力波天文学 ハートル・ソーン計量 フープ予想 星間(2014) LIGO 膜パラダイム ローマアーチ ソーン・ホーキング・プレスキルベット ソーン・ジトコフ天体
配偶者たち	リンダ・ジーン・ピーターソン ​ ​ （ 1960年結婚 、 1977年離婚）  キャロリー・ジョイス・ウィンスタイン ​ ​ （ 1984年生まれ）
子供たち	2
受賞歴	リリエンフェルト賞(1996) アルベルト・アインシュタイン賞(2009) [1] 基礎物理学特別ブレークスルー賞(2016) グルーバー宇宙論賞(2016) ショー賞(2016) カブリ賞(2016) ハーヴェイ賞(2016) アストゥリアス王女賞(2017) ノーベル物理学賞(2017) ルイス・トーマス賞(2018)
科学者としてのキャリア
フィールド	天体物理学 重力物理学
機関	カリフォルニア工科大学 コーネル大学
論文	円筒系の幾何学力学 （1965）
博士課程の指導教員	ジョン・アーチボルド・ウィーラー
博士課程の学生	ウィリアム・L・バーク[2] カールトン・M・ケイブス リー・サミュエル ・フィン・サンダー・J・コバックス デヴィッド ・L・リー アラン ・ライトマン ドン・N・ ペイジ ウィリアム・H・プレス リチャード・H・プライス バーナード・F・シュッツ シェリー ・スユ[3] ソール・トゥコルスキー クリフォード・マーティン・ウィル

キップ・スティーブン・ソーン（1940年6月1日生まれ）は、重力物理学と天体物理学への貢献で知られるアメリカの理論物理学者、作家である。ライナー・ワイス、バリー・C・バリッシュとともに、 LIGO検出器と重力波の観測への貢献により、2017年のノーベル物理学賞を受賞した。^{[4] [5] [6] [7]}

スティーブン・ホーキング博士やカール・セーガン博士の長年の友人であり同僚である彼は、2009年までカリフォルニア工科大学（Caltech）のリチャード・P・ファインマン理論物理学教授を務め^{[8] 、}一般相対性理論の天体物理学的意味について講演している。彼は現在も科学研究と科学コンサルティングを行っており、その顕著な例としてはクリストファー・ノーラン監督の映画『インターステラー』が挙げられる。^{[9] [10]}

ソーンは1940年6月1日、ユタ州ローガンで生まれた。父のD・ウィン・ソーン（1908年 - 1979年）はユタ州立大学の土壌化学の教授であり、母のアリソン（旧姓コミッシュ、1914年 - 2004年）は経済学者で、アイオワ州立大学で経済学の博士号を取得した最初の女性であった。^{[11] [12]}アカデミックな環境で育ち、4人の兄弟のうち2人も教授になった。^{[13] [14]}ソーンの両親は末日聖徒イエス・キリスト教会（LDS教会）の信者であり、ソーンをLDSの信仰で育てたが、現在彼は無神論者だと述べている。科学と宗教に関する自身の見解について、ソーンは次のように述べている。「私の最も優れた同僚の多くは非常に敬虔で神を信じている。科学と宗教の間に根本的な矛盾はない。私はたまたま神を信じていないだけだ。」^[15]

ソーンは若い頃から学業で急速に頭角を現し、ローガン高校の3年生の時にウェスティングハウス科学人材発掘委員会で認められた。^[16] 1962年にカリフォルニア工科大学（Caltech）で物理学の学士号を取得し、1964年と1965年にプリンストン大学でジョン・アーチボルド・ウィーラーの指導の下、物理学の修士号と博士号を取得し、博士論文「円筒システムの幾何学力学」を執筆した。^[17]

ソーンは1967年にカリフォルニア工科大学に准教授として戻り、1970年に理論物理学の教授となり、30歳でカリフォルニア工科大学史上最年少の教授の一人となった。1981年にウィリアム・R・ケナン・ジュニア教授、 1991年にファインマン理論物理学教授となった。1971年から1998年までユタ大学の非常勤教授、 1986年から1992年までコーネル大学のアンドリュー・D・ホワイト特任教授を務めた。 ^[18] 2009年6月、ソーンはファインマン教授職を辞任し（現在はファインマン理論物理学名誉教授）、執筆と映画製作の道を歩むことになった。^[要出典]彼の最初の映画プロジェクトは、クリストファー・ノーランやジョナサン・ノーランと共演した『インターステラー』だった。^[8]

ソーンは長年にわたり、現在一般相対性理論の観測、実験、天体物理学的側面に取り組んでいる多くの一流理論家の指導者や論文指導教員を務めてきました。約50人の物理学者がソーンの個人指導の下、カリフォルニア工科大学で博士号を取得しています。^[8]

ソーンは、重力と天体物理学における発見の興奮と重要性を専門家と一般の聴衆の両方に伝える能力で知られています。ブラックホール、重力放射、相対性理論、タイムトラベル、ワームホールなどのテーマに関する彼のプレゼンテーションは、米国のPBS番組や英国のBBCで取り上げられています。 ^{[引用が必要]}

ソーンとリンダ・ジーン・ピーターソンは1960年に結婚した。彼らの子供はカレス・アンと建築家のブレット・カーターである。ソーンとピーターソンは1977年に離婚した。ソーンは物理学者カール・セーガンによって、後に映画プロデューサーとなるリンダ・オブストとのブラインドデートをセッティングされた。彼らは1979年から1980年までデートし、別れた後も友人関係を保ち、後に映画「インターステラー」で共演した。^{[19]ソーンと2度目の妻で}南カリフォルニア大学のバイオキネシオロジーと理学療法の教授であるキャロリー・ジョイス・ウィンスタインは1984年に結婚した。^[20]

ソーンの研究は主に相対論的 天体物理学と重力物理学に焦点を当てており、相対論的星、ブラックホール、特に重力波に重点を置いています。^[8]彼はおそらく、ワームホールがタイムトラベルに使用できる可能性があるという物議を醸した理論で一般に最もよく知られています。^[21]しかし、空間、時間、重力の一般的な性質を中心としたソーンの科学的貢献は、一般相対性理論のトピックの全範囲にわたります。

ソーンの研究は、地球上で観測される重力波の強度とその時間的特徴の予測を扱っている。これらの「特徴」は、ソーンが主導的な提唱者である複数の機関による重力波実験であるLIGO (レーザー干渉計重力波観測所) と非常に関連している。1984 年、ソーンは2 つ以上の「静的」ポイント間の変動を識別して測定するLIGO プロジェクト ( NSFが資金提供した最大のプロジェクト^{[22] ) を共同設立した。計算によると、このような変動は重力波の証拠となる。彼の研究の重要な側面は、これらのオブジェクトを分析するために必要な}数学を開発することです。^{[23]ソーンはまた、}実験に基づいて開発できない LIGO の機能のエンジニアリング設計分析を行い、波を探すためのデータ分析アルゴリズムについてアドバイスを行っています。彼はLIGOに理論的支援を提供し、LIGOがターゲットとすべき重力波源の特定、LIGOビーム管内の散乱光を制御するバッフルの設計、そしてウラジミール・ブラギンスキー（ロシア、モスクワ）の研究グループと共同で先進重力波検出器の量子非破壊設計と先進検出器の最も深刻なノイズである熱弾性ノイズの低減方法を発明した。ソーンはカールトン・M・ケイブスとともに調和振動子の量子非破壊測定に対するバックアクション回避アプローチを発明した。これは重力波検出と量子光学の両方に適用できる技術である。^[8]

2016年2月11日、 LIGO科学コラボレーションを代表する4人の物理学者チーム^[a]は、2015年9月にLIGOが13億光年離れた場所で衝突した2つのブラックホールの痕跡を記録したと発表しました。この記録された検出は、重力波のつかの間のチャープの初めての直接観測であり、一般相対性理論の予測を裏付けるものでした。^{[24] [25] [26] [27] [28]}

プリンストン大学で博士号取得を目指していたとき、指導教官のジョン・ウィーラーは彼に、反発する磁力線の円筒形の束が自身の引力によって内破するかどうかを調べるという問題を与えた。数ヶ月にわたってこの問題に取り組んだ後、彼は円筒形の磁力線が内破することは不可能であることを証明した。^{[29] : 262–265}

なぜ円筒形の磁力線の束は内破しないのに、球形の星は自身の重力で内破するのだろうか。ソーンは、この2つの現象の間の理論的な境界を探ろうとした。彼は最終的に、物体があらゆる方向に圧縮されている場合にのみ、重力がすべての内部圧力に打ち勝つことができると結論付けた。この認識を表現するために、ソーンはフープ予想を提唱した。これは、設計されたフープの臨界円周を星の周りに配置して回転させると、内破する星がブラックホールに変わるというものである。つまり、質量Mで円周のフープを回転させることができる物体は、ブラックホールに違いない。^{[29] : 266–267  [30] : 189–190}${\displaystyle {\begin{matrix}{\frac {4\pi GM}{c^{2}}}\end{matrix}}}$

天体物理学と理論物理学の両方の分野で使われるツールとして、ソーンと彼の学生はブラックホールの理論に対して「膜パラダイム」と呼ばれる珍しいアプローチを開発し、それを使ってブラックホールがいくつかのクエーサーや活動銀河核にエネルギーを与える可能性があるというブランドフォード・ズナイェク機構を明らかにした。^{[29] : 405–411}

ソーンはブラックホールのエントロピーの量子 統計力学的起源を研究した。彼はポスドクのヴォイチェフ・ズーレクとともに、ブラックホールのエントロピーはブラックホールが形成される可能性のある方法の数の対数であることを示した。^{[29] : 445–446}

彼はイゴール・ノビコフとドン・ペイジとともに、ブラックホールの周りの薄い降着円盤に関する一般相対論を発展させ、この理論を用いて、ブラックホールの質量がそのような降着によって倍増すると、一般相対論で許される最大回転数の0.998までしか回転しないが、それ以上は回転しないと推論した。これはおそらく自然界で許されるブラックホールの最大回転数である。^[8]

ソーンとカリフォルニア工科大学の同僚は、物理法則が空間と時間の多重接続を許容するかどうか（古典的な通過可能なワームホールや「タイムマシン」は存在できるか？）に関する科学的研究を行った。 ^[31]ソーンはソンウォン・キムとともに、時空が閉じた時間的曲線を形成するのを常に防ぐ（つまり、逆方向の時間旅行を防ぐ）可能性がある普遍的な物理的メカニズム（量子場の真空分極の爆発的な成長）を特定した。^[32]

マイク・モリスおよびウルヴィ・ユルツェバーとともに、彼は、通過可能なワームホールが時空構造内に存在できるのは、平均ヌルエネルギー条件に違反する量子状態の量子場（つまり、十分に広い領域に広がる負の再正規化エネルギーを持つ）によって貫通されている場合のみであることを示した。^{[33]これにより、量子場がそのような拡張された}負のエネルギーを持つ能力を調査する研究が始まった。ソーンの最近の計算によると、通過可能なワームホールを通過する単純な質量がパラドックスを生み出すことは決してない。時間旅行が導入されると、パラドックスにつながる初期条件はない。彼の結果を一般化できるとすれば、時間旅行の物語で定式化された想定されるパラドックスはどれも、実際には正確な物理的レベルで定式化できないことを示唆することになる。つまり、時間旅行の物語のどの状況でも、多くの一貫した解決策が可能になるということである。^[要出典]

ソーンはアンナ・ジトコフとともに、中性子星コアを持つ赤色超巨星（ソーン・ジトコフ天体）の存在を予言した。 ^{[34]彼は相対論的星の}脈動とそれらが放出する重力放射の理論の基礎を築いた。ジェームズ・ハートルとともに、ソーンは一般相対性理論からブラックホールやその他の相対論的天体の運動と歳差運動の法則を導き出し、その中にはそれらの多重極モーメントが近傍の天体の時空曲率に結合することの影響も含まれている。 ^[35]また、ゆっくりと剛体回転する、静止した軸対称の天体の外部を記述する近似解である ハートル・ソーン計量を書き留めた。

ソーンは、宇宙の膨張速度を加速し、通過可能なワームホール「スターゲート」を開いたままにし、時間的に測地線上の自由浮遊「ワープドライブ」を機能させるために必要な要素である、普遍的 に反重力的な「エキゾチック物質」の存在を理論的に予測しました。クリフォード・ウィル^[36]や他の学生とともに、彼は重力の相対論的理論の実験的テストの理論的解釈の基礎を築きました。その後、ウィルや他の研究者は、この基礎の上に理論を構築しました。2005年時点で、ソーンは量子重力理論の量子泡^{[アップデート]}から古典的な空間と時間の起源に興味を持っていました。^[要出典]

ソーンは重力理論と高エネルギー天体物理学に関する本の執筆と編集を行っている。1973年、チャールズ・マイズナー、ジョン・ホイーラーと共著で教科書​​『重力』を出版した。^[37]ジョン・C・バエズとクリス・ヒルマンによれば、この本は史上最高の科学書の一つであり、二世代にわたる学生に影響を与えたという。^[38] 1994年、ソーンは非科学者向けの本『ブラックホールとタイムワープ：アインシュタインのとんでもない遺産』を出版し、数々の賞を受賞した。この本は6つの言語で出版されており、中国語、イタリア語、チェコ語、ポーランド語版が印刷中である。^{[いつ？ ]} 2014年、ソーンはクリストファー・ノーラン監督の映画『インターステラー』の背後にある科学を解説した『The Science of Interstellar』を出版した。ノーラン監督はこの本の序文を書いた。 2017年9月、ソーンとロジャー・D・ブランドフォードは、タイトルに挙げられている物理学の6つの主要分野を網羅した大学院レベルの教科書である『現代古典物理学：光学、流体、プラズマ、弾性、相対性、統計物理学』を出版した。^[39]

ソーン氏の記事は以下のような出版物に掲載されています。

• サイエンティフィック・アメリカン、 ^[40]
• マグロウヒル 科学技術年鑑、^[41]および
• コリアーの百科事典^[42]など。

ソーンは学術雑誌に150本以上の論文を発表している。^[43]

ソーンは以下に選出されている。^[44]

• アメリカ芸術科学アカデミー（1972）^[45]
• 米国科学アカデミー、
• ロシア科学アカデミー、
• アメリカ哲学協会。

彼は以下を含む数々の賞を受賞しています:

• アメリカ物理学会物理学・天文学科学執筆賞、
• ファイ・ベータ・カッパ科学執筆賞、
• アメリカ物理学会のリリエンフェルド賞、
• ドイツ天文学会カール・シュヴァルツシルト賞（1996年）
• イギリス、ニューカッスル大学より宇宙論ロビンソン賞を受賞。
• シグマ・サイ：科学研究協会の科学と発明に対するコモンウェルス賞、そして
• カリフォルニア科学センターのカリフォルニア年間最優秀科学者賞 (2003 年)。
• 2009年、スイス、ベルンのアルバート・アインシュタイン協会よりアルバート・アインシュタイン・メダルを受賞
• ユネスコニールス・ボーアメダル（2010年）^[46]
• 基礎物理学特別ブレークスルー賞（2016年）
• グルーバー宇宙論賞（2016年）
• ショー賞（2016年）（ロナルド・ドレーヴァー、ライナー・ヴァイスと共著）。^[47]
• カブリ天体物理学賞（2016年）（ロナルド・ドレーヴァー、ライナー・ヴァイスと共著）。^[48]
• 一般相対性理論と重力理論への多大な貢献に対してトマラ賞（2016年）を受賞。 ^[49]
• ジョルジュ・ルメートル賞 (2016)
• ハーヴェイ賞（2016年）（ロナルド・ドレーヴァー、ライナー・ヴァイスと共著）。^[50]
• スミソニアン誌アメリカ物理科学創意工夫賞（2016年）^[51]
• アストゥリアス王女賞（2017年）（ライナー・ヴァイス、バリー・バリッシュと共同受賞）。^[52]
• ノーベル物理学賞（2017年）（ライナー・ワイス、バリー・バリッシュと共同受賞）
• ルイス・トーマス賞（2018）
• アメリカ功労アカデミーゴールデンプレート賞（2019年）^[53]

彼はウッドロウ・ウィルソン・フェロー、ダンフォース・フェロー、グッゲンハイム・フェロー、フルブライト・フェローを務めた。また、クレアモント大学院大学から名誉人文学博士号、テッサロニキのアリストテレス大学物理学部から名誉博士号を授与されている。2024年にはケンブリッジ大学から名誉博士号を授与された。^[54]

彼は2009年にオランダのライデン大学のローレンツ教授に選出されました 。

ソーンは、以下の役職に就いています。

• 一般相対性理論と重力に関する国際委員会
• 米ソ物理学協力委員会、および
• 米国科学アカデミーの宇宙科学委員会は、宇宙科学政策に関してNASAと議会に助言を行っています。

キップ・ソーンは、タイム誌が2016年に選ぶアメリカ世界で最も影響力のある100人の年間リストに選ばれた。^[55]

• ソーンはカール・セーガンの小説『コンタクト』にワームホール旅行のアイデアを提供した。^[56]
• ソーンと彼の友人でプロデューサーのリンダ・オブストは、クリストファー・ノーラン監督の映画『インターステラー』の構想も練った。^[57]彼はまた、関連書籍『インターステラーの科学』を執筆した。ソーンは後に、映画『 TENET テネット』の物理学についてノーラン監督に助言し、^[58]ノーラン監督の映画『オッペンハイマー』でJ・ロバート・オッペンハイマーを演じたキリアン・マーフィーに助言した。^[59]
• ラリー・ニーヴンの小説『レインボー・マーズ』で使用されているタイムトラベル技術は、ソーンのワームホール理論に基づいている。この小説の文脈では、これは単なる空想ではなく、タイムトラベルが初めて可能になったときのことである。その結果、ソーンがワームホール理論を開発する前にタイムトラベルを試みた場合、タイムトラベラーは実際の過去ではなく、空想上の現実の世界に入ることになる。^[60]
• 映画『博士と彼女のセオリー』では、ソーンは俳優エンツォ・チレンティによって演じられた。^[61]
• ソーンは『ビッグバン・セオリー』の「The Laureate Accumulation」というエピソードで自分自身の役を演じた。
• ソーンはドキュメンタリーシリーズ『ザ・クラフツマン』の「科学、芸術、インスピレーション」というエピソードに登場します。

• ミスナー、チャールズ W.、ソーン、KS、ホイーラー、ジョン アーチボルド、重力1973、(WH フリーマン & カンパニー)
• Thorne, KS、「300 Years of Gravitation」、(編) SW Hawking および W. Israel、1987 年、(シカゴ: シカゴ大学出版局)、「重力放射」。
• Thorne, KS, Price, RH および Macdonald, DM, Black Holes, The Membrane Paradigm、1986 年、(ニューヘブン: Yale Univ. Press)。
• Friedman, J.、Morris, MS、Novikov, ID、Echeverria, F.、Klinkhammer, G.、Thorne, KS、Yurtsever, U.、Physical Review D.、1990 年 (印刷中)、「Cauchy Problem in Spacetimes with Closed Timelike Curves」。
• Thorne, KS および Blandford, RD,現代古典物理学: 光学、流体、プラズマ、弾性、相対性、統計物理学、2017 年 (プリンストン: プリンストン大学出版局)。

• ウィキメディア・コモンズのキップ・ソーンに関連するメディア
• IMDbのキップ・ソーン
• カリフォルニア工科大学のホームページ
• 数学系譜プロジェクトのキップ・ソーン
• 危機一髪
• 相対性理論の創始者
• Nobelprize.org の Kip S. Thorne 氏