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キップ・スティーブン・ソーン （ 1940年6月1日生まれ）は、アメリカの天体物理学者であり作家である。彼はライナー・ワイス、バリー・C・バリッシュと共に2017年のノーベル物理学賞を「 LIGO検出器と重力波の観測への決定的な貢献」により受賞した。[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]
彼はジョン・A・ウィーラーとチャールズ・ミスナーと共に、 1973年に一般相対性理論の教科書『重力』を共著した。また、一般向けの科学書も執筆しており、特に1994年の『ブラックホールとタイムワープ』は、その年のファイ・ベータ・カッパ科学賞を受賞した。 [ 9 ]
ソーンは、1991年から2009年までカリフォルニア工科大学のリチャード・P・ファインマン理論物理学教授を務めた。 [ 10 ]スティーブン・ホーキングとカール・セーガンの長年の友人であり同僚でもあった彼は、セーガンの小説『コンタクト』のためにワームホールの物理学について助言した。彼はクリストファー・ノーラン監督の映画『インターステラー』[ 11 ] [ 12 ]と『テネット』[ 13 ]の科学コンサルタントを務めた。彼は2018年に科学ライティングのルイス・トーマス賞を受賞した。[ 14 ]
ソーンは1940年6月1日、ユタ州ローガンで生まれた。父親のD・ウィン・ソーン（1908年～1979年）はユタ州立大学の土壌化学教授で、母親のアリソン（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だった。[ 15 ] [ 16 ]学術的な環境で育ったソーンの4人の兄弟姉妹のうち2人も教授になった。[ 17 ] [ 18 ]ソーンの両親は末日聖徒イエス・キリスト教会（LDS教会）の会員で、ソーンをLDSの信仰で育てたが、ソーンは現在無神論者だと自認している。母親が亡くなる少し前に、彼女は女性に対する差別を理由にキップと兄弟姉妹にLDS教会を離れるよう促し、彼らは皆それに従った。科学と宗教に関する彼の見解について、ソーンは次のように述べている。「私の最も優秀な同僚の中には、非常に敬虔で神を信じている人が大勢います。科学と宗教の間には根本的な矛盾はありません。たまたま私は神を信じていないだけです。」[ 19 ] [ 20 ]
ソーンは幼い頃から学業に秀でており、ローガン高校の最終学年時にウェスティングハウス科学才能調査で表彰された。[ 21 ]彼は1962年にカリフォルニア工科大学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、円筒システムの幾何力学に関する博士論文で物理学の修士号と博士号を取得した。[ 22 ]
彼は1967年に准教授としてカリフォルニア工科大学に戻り、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正教授の一人となった。 1981年にウィリアム・R・キーナン・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・ホワイト客員教授を務めた。 [ 23 ] 2009年以来、ソーンは名誉ファインマン理論物理学教授である。[ 24 ]
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。ソーンは後に映画プロデューサーとなるリンダ・オブストと物理学者カール・セーガンの紹介でブラインドデートをした。彼らは1979年から1980年にかけて交際し、別れた後も友人関係を続け、後に映画『インターステラー』で協力した。[ 25 ]ソーンは2番目の妻で、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・ワインスタインと1984年に結婚した。[ 26 ] 2015年には、オブストとスティーブン・ホーキングと共同で映画脚本を執筆し、いくつかの草稿を書いた。[ 27 ] [ 28 ]
長年にわたり、ソーンは一般相対性理論の観測的、実験的、または天体物理学的側面に取り組む多くの主要な理論家の指導者および論文指導教官を務めてきた。約50人の物理学者がソーンの個人的な指導の下でカリフォルニア工科大学で博士号を取得している。[ 10 ]
ソーンは、重力や天体物理学における発見の興奮と重要性を、専門家と一般の人々の両方に伝える能力で知られている。ブラックホール、重力波、相対性理論、タイムトラベル、ワームホールといったテーマに関する彼の講演は、アメリカのPBSやイギリスのBBCの番組で取り上げられている。
2017年、ソーンはコロラド大学ボルダー校で「重力波で宇宙の歪んだ側面を探る：ビッグバンからブラックホールまで」というジョージ・ガモフ記念講演を行った。 [ 29 ]
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、特に相対論的恒星、ブラックホール、重力波に重点を置いている。[ 10 ]彼はワームホールがタイムトラベルに利用できる可能性があるという物議を醸す理論で一般に最もよく知られているかもしれない。[ 30 ]しかし、ソーンの科学的貢献は、空間、時間、重力の一般的な性質を中心としており、一般相対性理論のあらゆるトピックに及んでいる。
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に関するものです。これらの「特徴」は、ソーンが主導的な推進者であった複数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）にとって非常に重要です。1984年、彼は2つ以上の「静止」点間の変動を識別および測定するためにLIGOプロジェクト（ NSFが資金提供した史上最大のプロジェクト[ 31 ]）を共同設立しました。計算によれば、このような変動は重力波の証拠となります。彼の研究の重要な側面は、これらの対象を分析するために必要な数学を開発することです。[ 32 ]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解析アルゴリズムについて助言しています。彼はLIGOの理論的支援を提供しており、LIGOがターゲットとする重力波源の特定、LIGOビームチューブ内の散乱光を制御するためのバッフルの設計、そしてウラジミール・ブラギンスキー（ロシア、モスクワ）の研究グループとの共同研究による、高度な重力波検出器のための量子非破壊設計の発明、および高度な検出器における最も深刻な種類のノイズである熱弾性ノイズを低減する方法などがある。カールトン・M・ケイブスと共に、ソーンは調和振動子の量子非破壊測定のための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可能な技術である。[ 10 ]
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信号を記録したと発表した。この記録された検出は、重力波の一瞬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あった。[ 33 ] [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]
1963年から1964年にかけてプリンストン大学で博士号取得を目指して研究していた際、指導教官のジョン・ホイーラーから、反発する磁力線の円筒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課題を与えられた。数ヶ月間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。[ 38 ]： 262-265
円筒形の磁力線束はなぜ崩壊しないのに、球形の星は自身の重力によって崩壊するのか？ソーンはこの二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、重力が内部のすべての圧力に打ち勝つことができるのは、物体があらゆる方向に圧縮されている場合のみであると結論づけた。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周囲に配置して回転させると、崩壊中の星がブラックホールに変化するというものである。つまり、質量Mの物体の周囲に円周のフープを配置すると、ブラックホールになるということである。回転できるということはブラックホールでなければならない。[ 38 ]： 266–267 [ 39 ]： 189–190
天体物理学と理論物理学の両方の分野で使用できるツールとして、ソーンと彼の学生たちは、ブラックホールの理論に対する「膜パラダイム」と呼ばれる珍しいアプローチを開発し、それを用いて、ブラックホールが一部のクエーサーや活動銀河核にエネルギーを供給する可能性のあるブランドフォード・ズナジェク機構を解明した。[ 38 ]： 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。彼はポスドク研究員のヴォイチェフ・ズレクと共に、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。[ 38 ]： 445-446
イゴール・ノビコフとドン・ペイジと共に、彼はブラックホールの周りの薄い降着円盤の一般相対論的理論を開発し、この理論を用いて、そのような降着によって質量が2倍になると、ブラックホールは一般相対論で許容される最大スピンの0.998まで回転するが、それ以上は回転しないことを推論した。これはおそらく自然界で許容されるブラックホールの最大スピンである。[ 10 ]
ソーンとカリフォルニア工科大学の同僚たちは、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」は存在できるのか？）について科学的研究を行った。 [ 40 ]ソーンはソンウォン・キムと共に、時空が閉じた時間的曲線を発達させるのを常に防ぐ（つまり、逆方向への時間旅行を防ぐ）普遍的な物理的メカニズム（量子場の真空偏極の爆発的増加）を特定した。[ 41 ]
マイク・モリスとウルヴィ・ユルツェバーと共に、彼は、通過可能なワームホールは、平均ヌルエネルギー条件に違反する量子状態の量子場によって貫通されている場合にのみ、時空構造内に存在できることを示した（つまり、十分に大きな領域にわたって負の再規格化エネルギーが広がっている）。[ 42 ]このことから、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探求する研究が始まった。ソーンによる最近の計算では、通過可能なワームホールを通過する単純な質量は決してパラドックスを生み出すことはないことが示されている。つまり、タイムトラベルが導入されると、パラドックスにつながる初期条件は存在しない。彼の結果が一般化できるとすれば、タイムトラベル物語で定式化されたとされるパラドックスのどれも、実際には正確な物理レベルで定式化できないことを示唆している。つまり、タイムトラベル物語のどの状況も、多くの整合性のある解決策を許容することが判明する。
ソーンはアンナ・ジトコフと共に、中性子星の核を持つ赤色超巨星（ソーン・ジトコフ天体）の存在を予言した。 [ 43 ]彼は相対論的星の脈動とそれらが放出する重力波の理論の基礎を築いた。ジェームズ・ハートルと共に、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、それらの多重極モーメントと近傍天体の時空曲率との結合の影響も示した。[ 44 ]また、ゆっくりと剛体的に回転する静止した軸対称天体の外部を記述する近似解であるハートル・ソーン計量を書き記した。
ソーンはまた、宇宙の膨張速度を加速させ、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、時間的測地線自由浮遊「ワープドライブ」を機能させ続け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た。クリフォード・ウィル[ 45 ]や他の教え子たちと共に、彼は相対論的重力理論の実験的検証の理論的解釈の基礎を築き、ウィルらはその後その基礎の上に研究を進めた。2005年現在ソーンは、量子重力理論の量子的な泡から古典的な空間と時間の起源を探求することに興味を持っていた。
1973年、ソーンはチャールズ・ミスナーとジョン・A・ウィーラーと共著で『重力』を出版した。[ 46 ]ジョン・C・バエズとクリス・ヒルマンによれば、これは史上最高の科学書の1つであり、2世代の学生に影響を与えた。[ 47 ] 1994年、彼はジョン・ミッチェルからスティーブン・ホーキング、そしてそれ以降のブラックホールの軌跡をたどる一般向け科学書『ブラックホールとタイムワープ』を出版した。少なくとも12の言語で出版されている。英語、ドイツ語（1994年）、スペイン語（1995年）、フランス語と日本語（1997年）、ギリシャ語（1999年）、チェコ語（2004年）、ポーランド語、中国語と韓国語（2005年）、タイ語（2008年）、イタリア語（2013年）[ 48 ] 2014年、彼はクリストファー・ノーランの映画の背後にある科学を解説した『インターステラーの科学』を出版した。ノーランは序文を書いている。ソーンは著書の中で、架空のブラックホールであるガルガンチュアの重要な役割について論じている。「まず奇妙な主張をしよう。ブラックホールは歪んだ空間と歪んだ時間からできている。それ以外には何もない。何があってもだ。」[ 49 ]
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『現代古典物理学：光学、流体、プラズマ、弾性、相対性理論、統計物理学』を出版した。 [ 50 ]ソーンはアーティストのリア・ハロランと共に、詩とイラストを用いて天体物理学を探求した『宇宙の歪んだ側面』を出版した。[ 51 ]
ソーンは学術誌に150以上の論文を発表している。[ 52 ]彼の論文は、 『サイエンティフィック・アメリカン』[ 53 ] 、 『マグロウヒル科学技術年鑑』 [ 54 ] 、『コリアーズ百科事典』 [ 55 ]などの出版物に掲載されている。
ソーンは、アメリカ芸術科学アカデミー（1972年）[ 56 ] 、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[ 57 ]に選出されている。
彼は数々の賞を受賞しており、その中には以下のような賞も含まれる。
彼はウッドロー・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・フェローを務めたことがある。また、クレアモント大学院大学から人文科学名誉博士号、テッサロニキ・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。[ 66 ]ソーンは2026年にロチェスター工科大学から理学名誉博士号を授与された。[ 67 ]
彼は2009年にライデン大学のローレンツ講座教授に選出された。
ソーン氏は以下の役職を務めたことがある。
キップ・ソーンは、 2016年にタイム誌が毎年発表するアメリカ世界で最も影響力のある100人のリストに選ばれた。[ 68 ]
ソーンはユタ州の学者一家のモルモン教徒として育ったが、現在は無神論者である。「私の優秀な同僚の中には、非常に敬虔で神を信じている人がたくさんいます。抽象的なヒューマニズムの神から、非常に具体的なカトリックやモルモンの神まで様々です。科学と宗教の間には根本的な矛盾はありません。たまたま私は神を信じていないだけです。」
はNSFが手がける最大の単一事業であり、設備投資額は約3億ドル、運営費は年間3000万ドル以上である。
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