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ルイス・フライ・リチャードソン、FRS [ 1 ]（1881年10月11日 - 1953年9月30日）は、イギリスの数学者、物理学者、気象学者、心理学者、平和主義者であり、天気予報の現代的な数学的手法を開拓し、同様の手法を戦争の原因の研究や予防方法の研究に応用した。
リチャードソンは、フラクタルに関する先駆的な研究や、修正リチャードソン反復法として知られる連立一次方程式を解く方法でも知られている。[ 2 ]
ルイス・フライ・リチャードソンは、キャサリン・フライ（1838年 - 1919年）とデイビッド・リチャードソン（1835年 - 1913年）の7人の子供のうち末っ子だった。彼らは裕福なクエーカー教徒の家族で、デイビッド・リチャードソンは皮なめしと皮革製造業を営んでいた。[ 3 ]
12歳の時、ヨークにあるクエーカー教徒の寄宿学校、ブーサム・スクール[ 4 ] [ 5 ]に送られ、そこで科学教育を受け、自然史への強い関心を抱くようになった。1898年、ダラム大学のダラム・カレッジ・オブ・サイエンスに進学し、数理物理学、化学、植物学、動物学のコースを受講した。1900年にはケンブリッジ大学キングス・カレッジに進み、自然科学トライポスでJJトムソンらから物理学を学び、1903年に首席で卒業した[ 6 ]。47歳でロンドン大学から数理心理学の博士号を取得した[ 7 ]。
リチャードソンの仕事人生は、彼の多岐にわたる興味を反映していた。[ 8 ]
1926年、彼は王立協会のフェローに選出された。[ 1 ] [ 9 ]
リチャードソンのクエーカー教徒としての信仰は熱烈な平和主義を伴い、第一次世界大戦中は良心的兵役拒否者として兵役を免除されたが、その後、このことが彼をいかなる学術職にも就く資格を失わせた。リチャードソンは1916年から1919年まで、フランス第16歩兵師団に所属するフレンズ救急隊で働いた。戦後、彼は気象局に復帰したが、 1920年に同局が航空省に統合された際に良心上の理由で辞任を余儀なくされた。その後、彼は学術界の周辺でキャリアを積み、1940年に退職して自身のアイデアの研究に専念した。彼の平和主義は彼の研究関心に影響を与えた。トーマス・ケルナー[ 10 ]によると、彼の気象研究が化学兵器設計者にとって価値があることが発覚したことで、彼はこの分野での努力を放棄し、まだ発表していない研究結果を破棄した。
リチャードソンは気象学への関心から、微分方程式を解くことで天気を予測する手法を提案した。これは現在でも用いられている方法だが、彼が1922年に『数値計算による天気予報』を出版した当時は、適切な高速計算手段は存在しなかった。彼は自身の考えを次のように説明している。
あれこれ考えを巡らせた後なら、少しばかり空想にふけってもいいだろうか？劇場のような大きなホールを想像してみてほしい。ただし、舞台があるはずの空間を、客席とギャラリーがぐるりと一周しているのだ。このホールの壁には地球儀の地図が描かれている。天井は北極圏を表し、ギャラリーにはイギリス、上階のサークルには熱帯地方、ドレスサークルにはオーストラリア、そしてピットには南極大陸が位置している。
多数のコンピューター（計算を行う人々）が、それぞれが配置されている地図上の地域の気象計算に取り組んでいるが、各コンピューターは1つの方程式、あるいは方程式の一部のみを処理する。各地域の作業は、上位の役人によって調整される。多数の小さな「夜間標識」が瞬時の値を表示し、隣接するコンピューターがそれを読み取ることができる。このように、各数値は地図上の南北間の通信を維持するために、隣接する3つのゾーンに表示される。
劇場の床から、ホールの半分の高さまで伸びる高い柱がそびえ立っている。その頂上には大きな説教壇があり、そこに劇場全体の責任者が座っている。彼は数人の助手や使者に囲まれている。彼の任務の一つは、世界各地で一定の速度で物事が進むようにすることである。この点において、彼は計算尺や計算機を楽器とするオーケストラの指揮者に似ている。しかし、指揮棒を振る代わりに、彼は他より先に進んでいる地域にはバラ色の光線を、遅れている地域には青い光線を放つ。
中央の説教壇に立つ4人の上級事務員は、計算された未来の天気をできる限り迅速に収集し、空気圧搬送装置で静かな部屋に送っている。そこでデータは暗号化され、無線送信局に電話で送信される。使用済みの計算用紙の山は、使い終わった使いかけ用紙を地下の倉庫に運び下ろす。
隣の建物には研究部門があり、そこで改良が考案されている。しかし、複雑な計算室のルーチンに何らかの変更を加える前に、小規模な実験が数多く行われる。地下室では、ある熱心な研究者が巨大な回転ボウルの内壁を流れる液体の渦を観察しているが、今のところ算術計算の方が優れていることが証明されている。別の建物には、通常の財務、通信、管理部門のオフィスがすべて入っている。外には運動場、家々、山々、湖が広がっている。天候を計算する者は、自由にその空気を吸うべきだと考えられていたからだ。（リチャードソン 1922）
1950年、リチャードソンは最初の近代的なコンピュータであるENIACによる最初の天気予報のニュースを受け取ったとき、それを「途方もない科学的進歩」と呼んだ。24時間予報の最初の計算には、ENIACがほぼ24時間かかった。[ 11 ]
リチャードソンは、大気乱流にも関心を持ち、多くの地上実験を行った。乱流理論の無次元パラメータであるリチャードソン数は、彼にちなんで名付けられた。彼は、『数値処理による天気予報』（66ページ）の中で、乱流を韻を踏んだ詩で要約したことで有名である。 [ 12 ]
大きな渦には、その速度を糧とする小さな渦があり、
- そして小さな渦にはさらに小さな渦があり、それが粘性へと繋がっていく。
[オーガスタス・ド・モーガンの詩「ノミ」の2行をもじったもの。「大きなノミの背中には小さなノミがいて、それを噛む。／そして小さなノミにはもっと小さなノミがいて、こうして無限に続く。」（『パラドックスの予算』 、1915年）。ド・モーガンの詩自体は、ジョナサン・スウィフトの1733年の風刺詩「詩について：ラプソディ」の2行を言い換えたものである。]
リチャードソンの最も有名な業績の 1 つは、1910 年 5 月 20 日の天気を直接計算によって遡及的に予測しようとした試みです。当時、気象学者は主に記録から類似の気象パターンを探して外挿することによって予報を行っていました。リチャードソンは、大気の主要な特徴の数学的モデルを使用し、特定の時刻 (午前 7 時) に取得したデータを使用して、6 時間後の天気を最初から計算しようとしました。気象学者のピーター・リンチが明らかにしているように、[ 13 ]リチャードソンの予報は劇的に失敗し、気圧が実際にはほぼ一定であったにもかかわらず、6 時間で145 ヘクトパスカル (4.3 inHg)もの大きな気圧上昇を予測しました。しかし、リンチによる詳細な分析では、原因は非物理的な気圧の急上昇を排除する平滑化技術をデータに適用しなかったことにあることが示されています。これらの要素を適用すると、リチャードソンの予測はほぼ正確となる。リチャードソンがフランスでクエーカー教徒の救急隊員として勤務していた際に、計算を手作業で行ったことを考えると、これは驚くべき成果である。
リチャードソンは、平和主義の原則、特に国際紛争の根源を理解するために、数学のスキルを応用した。このため、彼は現在、紛争の科学的分析の創始者、あるいは（クインシー・ライトやピティリム・ソローキン、ケネス・ボールディング、アナトール・ラパポート、アダム・カールといった人々と共に）共同創始者とみなされている。紛争の科学的分析とは、戦争の原因と平和の条件を体系的に調査することを目的とした、定量的かつ数学的な社会科学の学際的な分野である。彼は気象の場合と同様に、主に微分方程式と確率論を用いて戦争を分析した。2つの国の軍備について、リチャードソンは理想化された方程式系を提唱し、国の軍備増強率は、ライバル国が保有する兵器の量と、ライバル国に対する不満に正比例し、既に保有している兵器の量に反比例するとした。この連立方程式の解は、国家間で起こりうる様々な仮想的な状況の性質、安定性、あるいは不安定性について、洞察に満ちた結論をもたらす。
リチャードソンはまた、二国間の戦争傾向は両国の国境の長さに比例するという理論を提唱した。そして、『軍備と不安』（1949年）と『致命的な争いの統計』（1960年）において、戦争の原因を統計的に分析しようと試みた。彼が評価した要因には、経済、言語、宗教などが含まれる。後者の序文で彼は次のように書いている。「世の中には、明快で機知に富んだ政治論争が数多く存在するが、確固たる結論には至らない。私の目的はそれとは異なる。すなわち、信頼できる答えにたどり着くことを期待して、いくつかの概念を定量的な手法で検証することである。」
リチャードソンは著書『致命的な争いの統計』の中で、1815年から1950年までのほぼすべての戦争に関するデータを提示し、紛争によって生じた戦闘死者の数に基づいて、 10を底とする対数スケールを使用して分類した。このようにして、戦争の規模は、比較的小規模な紛争はよく見られるものの、非常に大規模な紛争は「典型的な」紛争よりも桁違いに大きい、右に大きく偏ったパレート分布に従うように見えることを初めて観察した。紛争の規模は事前に予測できるが、リチャードソンは、1年あたりの国際戦争の数がポアソン分布に従うことを示した。[ 14 ]より小規模なレベルでは、シカゴと上海でのギャング殺人の同様のパターンを示し、すべての「致命的な争い」の頻度と規模を結びつける普遍的な法則があると仮説を立てた。
21世紀初頭、リチャードソンの紛争に関する研究は紛争研究者の間で再評価された。彼のべき乗則分布パターンは、テロリズムや暴徒など、他のいくつかの種類の紛争の統計にも見られ、彼の研究は1946年以降の「長期平和」の持続性に関する議論に影響を与えた。現代の統計学者は、リチャードソンの分析は現代の基準からすると厳密ではないものの、彼の統計的結論は概ね妥当であることを示している。武力紛争の規模と頻度はべき乗則パターンに従う可能性が高く、新たな戦争の発生率はポアソン分布でうまくモデル化できる。[ 15 ]
リチャードソンは、2つの国が戦争になる確率と、それらの国の共通国境の長さとの関係を調べた。データを収集する中で、彼は国際国境の長さについて公表されている様々な数値にかなりのばらつきがあることを発見した。例えば、スペインとポルトガルの間の国境は987kmまたは1,214kmと様々に引用され、オランダとベルギーの間の国境は380kmまたは449kmと様々に引用されていた。[ 16 ]
これらの矛盾の原因は「海岸線のパラドックス」です。イギリスの海岸線を200kmの定規で測り、定規の両端が海岸線に接するようにするとします。次に、定規を半分に切って測定を繰り返し、さらに次の測定を繰り返します。
定規が小さいほど、結果として得られる海岸線は長くなります。これらの値は海岸線の真の長さを表す数値に収束すると考えられるかもしれませんが、リチャードソンはそうではないことを実証しました。海岸線やその他の自然地形の測定された長さは、測定単位が小さくなるにつれて際限なく増加します。[ 17 ]これはリチャードソン効果として知られています。[ 18 ]
当時、科学界はリチャードソンの研究を無視していた。今日では、それはフラクタルの現代研究の始まりの一要素と考えられている。ブノワ・マンデルブロは、 1967年の論文「イギリスの海岸線はどれくらい長いか？」の中でリチャードソンの研究を引用している。リチャードソンは、特定の海岸線の観測された複雑さの変化（測定の詳細度が増すにつれて）を表す値（1から2の間）を特定した。この値はフラクタル次元の概念のモデルとして機能した。[ 19 ]
1912年4月、タイタニック号の沈没直後、リチャードソンは空気中の音響エコーロケーションを用いた氷山探知の特許を登録した。1か月後、彼は水中での音響エコーロケーションに関する同様の特許を登録し、6年後にポール・ランジュバンとロバート・ボイルによってソナーが発明されるのを先取りした。[ 20 ]
リチャードソンの架空の人物であるウォレス・ライマンは、ジャイルズ・フォーデンの小説『タービュランス』で重要な役割を担っている。[ 21 ]
リチャードソンはジョン・ブルナーの著書『ザンジバルに立つ』の中で言及されており、同書では「致命的な争いの統計」が戦争は避けられないという論拠として用いられている。
リチャードソンの作品は、ポール・アンダーソンのスペキュラティブ・フィクションの中編小説『死ぬ王たち』にも言及されている。
リチャードソンは、チャーリー・カウフマンの2020年の小説『アントカインド』に登場する。
リチャードソンの二行詩「大きな渦には、その速度を糧とする小さな渦があり、小さな渦にはさらに小さな渦があり、粘性へと続いていく」は、ルペ・フィアスコの曲「Dots & Lines」の中で言及されている。
1909年、リチャードソンは数学者で物理学者のウィリアム・ガーネットの娘であるドロシー・ガーネットと結婚した。[ 22 ]血液型の不適合のため子供を授かることはできなかったが、1920年から1927年の間に2人の息子と1人の娘を養子に迎えた。[ 23 ]
リチャードソンの甥のラルフ・リチャードソンは著名な俳優となった。彼の大甥（妻ドロシーの長兄（ジェームズ・クラーク）マックスウェル・ガーネットを通じて）のジュリアン・ハントは気象学者となり、1992年から1997年まで英国気象庁の長官兼最高経営責任者を務めた。[ 24 ]同じ血筋の大姪は、元政治家で現在はボトムリー男爵夫人のヴァージニア・ボトムリーである。[ 25 ] [ 26 ]
1997年以来、ルイス・フライ・リチャードソン・メダルは、欧州地球科学連合によって「非線形地球物理学全般への卓越した貢献」に対して授与されている（2003年まではEGS [ 27 ]、2004年以降はEGU [ 28 ] ）。
受賞者は以下の通りです。
1959年以来、ランカスター大学にはリチャードソン研究所という平和研究センターがあり、リチャードソンの精神に基づき平和と紛争に関する学際的な研究を行っている。[ 30 ]
{{cite web}}: CS1メンテナンス: アーカイブサービスは非推奨になりました (リンク){{cite book}}ISBN /日付の不一致（ヘルプ）そうでなければ有望な理論を無効にするほど複雑であるかどうかについて、困惑する疑問が生じた。この問題を解決するために特別な調査が行われた。いくつかの奇妙な特徴が注目されたが、それでも全体的な一般的な修正が可能であることが判明した。その結果を今報告する。厳密に決定論的であると考えていた世界において、偶然がどのように生じるかを説明するために、ヘリ・ポアンカレ*（生没年不明）は、非常に顕著な結果を生み出す些細な原因に注目した。海岸線は、その適切な例である。
{{cite journal}}: CS1メンテナンス: 場所 (リンク)