ジョージ・ストークス卿、初代準男爵

お客様 ジョージ・ストークス BtFRS ​
1860年代のストークス
王立協会第35代会長
在任期間 1885–1890
先行	トーマス・ヘンリー・ハクスリー
後継者	ケルビン卿
個人情報
生まれる	ジョージ・ガブリエル・ストークス ( 1819-08-13 )1819年8月13日アイルランド、スライゴ州、 スクリーン
死亡	1903年2月1日（1903-02-01）（83歳）イギリス、 ケンブリッジ
休憩所	ミルロード墓地、ケンブリッジ
母校	ペンブルック・カレッジ、ケンブリッジ
知られている	ストークスの法則 ストークスの音の減衰の法則 ストークス数 ストークスパラメータ ストークス現象 ストークス問題 ストークス関係 ストークスシフト ストークスの定理 ストークス波 ナビエ・ストークス方程式 エーテル抗力仮説 蛍光
配偶者	メアリー・スザンナ・ロビンソン ​ ​ （ 1857年生まれ）
子供たち	5
親族	トーマス・ロムニー・ロビンソン（義父）
受賞歴	スミス賞(1841) FRS (1851) ランフォードメダル（1852） プール・ル・メリット（1879） NAS の国際会員(1883) アクトニアン賞(1886) 準男爵位（1889年） コプリーメダル（1893）
科学者としてのキャリア
フィールド	数学 物理学
機関	ケンブリッジ大学
学術アドバイザー	ウィリアム・ホプキンス
著名な学生	ホレス・ ラム レイリー卿
第13代ルーカス数学教授
在任期間 1849–1903
先行	ジョシュア・キング
後継者	ジョセフ・ラーモア
サイン

ジョージ・ガブリエル・ストークス卿、初代準男爵（/ s t oʊ k s /、1819年8月13日 - 1903年2月1日）は、アイルランドの数学者、物理学者。アイルランドのスライゴ州に生まれ、ケンブリッジ大学でキャリアのすべてを過ごし、 1849年から1903年に亡くなるまで同大学のルーカス数学教授を務めた。物理学者として、ストークスは、ナビエ-ストークス方程式を含む流体力学、および偏光と蛍光に関する著名な研究を含む物理光学に独創的な貢献をした。数学者として、彼はベクトル解析における「ストークスの定理」を普及させ、漸近展開の理論に貢献した。ストークスは、フェリックス・ホッペ・ザイラーとともに、ヘモグロビンの酸素輸送機能を初めて実証し、ヘモグロビン溶液の通気によって生じる色の変化を示しました。

ストークスは1889年に英国君主から準男爵に叙せられた。 1893年には当時世界で最も権威のある科学賞であった王立協会のコプリー賞を「物理科学における研究と発見」に対して受賞した。1887年から1892年まで保守党議員としてケンブリッジ大学を代表して英国下院に出席した。また1885年から1890年まで王立協会会長を務め、短期間ケンブリッジ大学ペンブルック・カレッジの学長も務めた。ストークスは膨大な書簡と王立協会の書記長としての活動により、ヴィクトリア朝科学の門番と呼ばれ、その貢献は自身の発表論文を上回っている。^[1]

ジョージ・ストークスは、アイルランド国教会の牧師でスライゴ州スクリーンの教区牧師を務めたガブリエル・ストークス牧師（1834年死去）と、ジョン・ホートン牧師の娘であるエリザベス・ホートンの末息子であった。ストークスの家庭生活は、父の福音主義プロテスタントの影響を強く受けていた。3人の兄弟が教会に入り、その中で最も著名なのはアーマー大司教のジョン・ホイットリー・ストークスであった。^[2]生涯にわたるプロテスタント信仰に加え、ストークスのスクリーンでの幼少時代は、後に流体力学を研究分野として追求するという決断に強い影響を与えた。^[3]娘のイザベラ・ハンフリーズは、父が「スライゴ沖で少年の頃水浴びをしていた時に、この大波にさらわれそうになったと私に話してくれた。これが波への関心を最初に引き付けた」と書いている。^[4]

ジョンとジョージはいつも仲が良く、ジョージはダブリンの学校に通っていた間、ジョンと一緒に住んでいた。家族の中では、ジョージは妹のエリザベスと最も仲が良かった。家族の中で、母親は「美しいが非常に厳しい」人として記憶されている。ストークスは、スクリーン、ダブリン、ブリストルの学校に通った後、1837年にケンブリッジのペンブルック・カレッジに入学した。4年後、彼はシニア・ラングラーとして卒業し、スミス賞第一位を獲得した。その功績により、彼はカレッジのフェローに選ばれた。^[5]

大学の規則により、ストークスは1857年に結婚したためフェローを辞任しなければならなかった。12年後、新しい規則に基づいてフェローに再選され、1902年までその地位を保持し、83歳の誕生日の前日に大学の学長に選出された。ストークスはその地位を長く保持することはなく、翌年の2月1日にケンブリッジで亡くなり、^[6]ミルロード墓地に埋葬された。ウェストミンスター寺院の北側廊にも彼の記念碑がある。^[7]

1849年、ストークスはケンブリッジ大学のルーカス教授に任命され、1903年に死去するまでその職を務めた。1899年6月1日、この任命の記念式典がそこで開催され、ヨーロッパとアメリカの大学から多数の代表者が出席した。大学総長からストークスに記念の金メダルが贈られ、ハモ・ソーニクロフト作のストークスの大理石の胸像がケルビン卿からペンブルック・カレッジと大学に正式に寄贈された。ルーカス教授としてのストークスの在職期間は54年で、史上最長であった。

1889年に準男爵に叙せられたストークスは、1887年から1892年にかけてケンブリッジ大学選挙区の2人の議員のうちの1人として国会に代表として出馬し、大学のためにさらに尽力した。1885年から1890年にかけては、1854年以来書記を務めていた王立協会の会長も務めた。このときストークスはルーカス財団の教授でもあったため、3つの役職を同時に務めた最初の人物となった。ニュートンも、同時ではないものの、同じ3つの役職を務めた。^[6]

ストークスは、ジェームズ・クラーク・マクスウェルとケルビン卿とともに自然哲学者の三人組の中で最年長であり、特に19世紀半ばのケンブリッジ数理物理学学派の名声に貢献した。

ストークスのオリジナルの研究は1840年頃に始まり、その量と質で際立っています。王立協会の科学論文目録には、1883年までに出版された100以上のストークスの回顧録のタイトルが掲載されています。これらの中には短いメモや、短い論争や訂正の声明もありますが、多くは長くて精巧な論文です。^[8]

ストークスの研究は広範囲にわたる物理学の研究をカバーしていたが、マリー・アルフレッド・コルニュが1899年のレーデ講演で述べたように、^[9]その大部分は波と、波が様々な媒体を通過する際に波に生じる変化に関するものであった。^[10]

ストークスの最初の論文は1842年と1843年に発表され、非圧縮性流体の定常運動といくつかの流体運動の例に関するものであった。^{[11] [12]}これに続いて1845年には、運動中の流体の摩擦と弾性固体の平衡と運動に関する論文が発表され、^{[13] 1850年には流体の内部摩擦が}振り子の運動に与える影響に関する論文が発表された。^[14]ストークスは、音の理論に対して、風が音の強さに与える影響についての議論^[15]や、音が生成されるガスの性質が音の強さにどのように影響するかの説明など、いくつかの貢献をした。^{[16]これらの研究により、}流体力学の科学は新たな基盤を築き、空気中の雲の浮遊や水中の波紋や波の沈下など多くの自然現象の説明だけでなく、河川や水路の流れや船の船体抵抗などの実際的な問題の解決にも鍵が与えられました。^[10]

ストークスの流体運動と粘性に関する研究は、粘性媒体中を落下する球の終端速度の計算につながりました。これはストークスの法則として知られるようになりました。彼は、レイノルズ数が極めて小さい球状物体に働く摩擦力（抗力とも呼ばれる）の式を導き出しました。^[17]

彼の研究は、流体が垂直のガラス管内で静止している落球粘度計の基礎となった。サイズと密度が既知の球が液体の中を落下する。正しく選択されていれば、球は終端速度に達し、これは管上の 2 つのマークを通過するのにかかる時間で測定できる。不透明な流体には電子センシングを使用できる。終端速度、球のサイズと密度、および液体の密度がわかれば、ストークスの法則を使用して流体の粘度を計算できる。古典的な実験では、計算の精度を向上させるために、通常、異なる直径の一連の鋼製ボールベアリングが使用される。学校の実験では、流体としてグリセリンが使用され、この技術は、プロセスで使用される流体の粘度を確認するために産業的に使用されている。^[要出典]

同じ理論は、小さな水滴（または氷の結晶）が臨界サイズに成長して雨（または雪や雹）として降り始めるまで、空気中に浮遊したまま（雲として）いられる理由を説明しています。この方程式は、水やその他の液体中の微粒子の沈殿にも同様に使用できます。^{[引用が必要]}

動粘性率のCGS単位である「ストークス」は、彼の功績を称えて命名されました。

おそらく彼の最もよく知られている研究は、光の波動理論を扱ったものである。彼の光学研究は、科学者としてのキャリアの早い時期に始まった。光の収差に関する最初の論文は1845年と1846年に発表され、^{[18] [19] 、1848年には}スペクトルに見られる特定のバンドの理論に関する論文が続いた。^{[20] [10]}

1849年に彼は回折の力学理論に関する長い論文を発表し、その中で偏光面は伝播方向に対して垂直でなければならないことを示した。^[21] 2年後、彼は厚板の色について論じた。^{[22] [10]}

ストークスはジョージ・エアリーの虹の数学的記述も研究した。^[23]エアリーの発見は評価が難しい積分に関するものだった。ストークスはその積分を発散級数として表現したが、これはほとんど理解されていなかった。しかし、級数を巧みに切り捨てる（つまり、級数の最初の数項以外を無視する）ことで、ストークスは積分そのものよりもはるかに評価しやすい正確な近似値を得た。^[24]ストークスの漸近級数に関する研究は、そのような級数に関する基本的な洞察につながった。^[25]

1852年、光の波長の変化に関する有名な論文で、ケルビン卿は蛍石やウランガラスが示す蛍光現象について説明しました。これらの物質は、目に見えない紫外線をより長い波長の目に見える放射線に変換する力があるとケルビン卿は考えました。^[26]この変換を説明するストークスシフトは、ストークスにちなんで名付けられました。ストークスの説明の動的原理を示す機械モデルが示されました。このストークス線から派生したのが、ラマン散乱の基礎です。1883年、王立研究所での講演で、ケルビン卿は、何年も前にストークスからこの話を聞いており、何度も出版するよう頼んだが無駄だったと述べました。^[27]

同じ年、1852年には、さまざまな光源からの偏光ストリームの構成と解像度に関する論文が発表され、^[28] 1853年には特定の非金属物質が示す金属反射の研究が発表されました。 ^{[29]この研究は、}光の偏光現象を強調するためのものでした。1860年頃、彼はプレートの山から反射または透過する光の強度に関する調査に従事しました。^{[30]そして1862年には、}英国協会のために、複屈折に関する貴重なレポートを作成しました。^[10]これは、特定の結晶が異なる軸に沿って異なる屈折率を示す現象です。^[31]おそらく最もよく知られている結晶は、透明な方解石の結晶であるアイスランドスパーです。

電灯の長波長スペクトルに関する論文も同じ日付で発表されており^[32] 、その後に血液の吸収スペクトルに関する調査が行われた^{[10] [33] 。}

1864年に、光学的性質による有機体の化学的識別が扱われた。 ^[34]その後、ウィリアム・ヴァーノン・ハーコート牧師と共同で、透明度の条件とアクロマート 望遠鏡の改良に関連して、さまざまなガラスの化学組成と光学的性質の関係を調査した。^[35]さらに後の、光学機器の構造に関する論文では、顕微鏡の対物レンズの開口部の理論的限界について議論した。^{[36] [10]}

1849年、ストークスは乱視を検出するためにストークスレンズを発明した。^{[37]これは、同じだが反対のパワーを持つ}円筒形レンズを互いに回転できるように接続したレンズの組み合わせである。 ^[38]

物理学の他の分野では、結晶中の熱伝導に関する論文（1851年）^[39]やクルックス放射計に関する調査^[40]、空を背景にした暗い物体の輪郭のすぐ外側に写真で頻繁に見られる光の境界の説明（1882年）^{[41] 、さらに後期には、} X線理論が挙げられます。X線は規則的な列ではなく、無数の孤立波として伝わる横波である可能性があると彼は示唆しました。^[42] 1849年に発表された2本の長い論文、1本は引力とクレローの定理について、^[43]もう1本は地球表面の重力の変化（1849年）であるストークスの重力公式^[44]についてであり、周期級数の和の臨界値（1847年）^{[45]とある種の定}積分と無限級数の数値計算（1850年）^[46]に関する数学的回想録、鉄道橋の破壊に関する微分方程式の議論（1849年） ^{[47] 、 [10] 1847年の}ディー橋の惨事の後に鉄道構造物への鉄の使用に関する王立委員会に提出した証拠に関する研究も注目に値する。

ストークスの発見の多くは出版されず、口頭講義の中でのみ触れられた。その一例が分光学の理論に関する研究である。^[10]

1871年に英国協会 で行われた会長演説で、ケルビン卿は、 1852年の夏より前にケンブリッジ大学でストークスから教わったとき、光のプリズム分析を太陽や恒星の化学に応用するという提案は、直接的にも間接的にも他の誰からも提案されていなかったと確信していると述べ、当時ストークスから学んだ理論的かつ実践的な結論を述べ、その後グラスゴーでの公開講義で定期的に発表した。^[48]

これらの記述は、分光学の物理的基礎と、分光学が太陽や星に存在する物質の特定にどのように応用できるかを述べているため、ストークスがグスタフ・キルヒホフより少なくとも 7 ～ 8 年先んじていたように思われる。しかし、この演説から数年後に発表された手紙の中で、ストークスは、議論において重要な一歩を踏み出せなかった、つまり、特定の波長の光を放出すると、同じ波長の光を吸収できるだけでなく、吸収が必要になることを認識していなかった、と述べた。彼は控えめに「キルヒホフの素晴らしい発見の一部」を否定し、友人の中には彼の主張に熱心すぎる者もいたと付け加えた。^{[49]しかし、英国の科学者たちはこの否定を完全に受け入れておらず、分}光学の基本原理を最初に発表したのはストークスだと今でも思っていると言わざるを得ない。^[10]

ストークスは別の面でも、数理物理学の進歩に大きく貢献した。ルーカス教授に選出されて間もなく、彼は、数学の勉強で困難に遭遇する大学のメンバーを助けることが自分の職務の一部であると表明した。そして、その助けは実に現実的で、生徒たちは同僚になった後でも、数学や物理学の問題で困ったときに喜んで彼に相談した。その後、王立協会の事務局長を務めた30年間、彼は数学と物理学の進歩に、目立たないながらも多大な影響を与えた。それは、自身の研究によって直接的にだけでなく、研究すべき問題を提案して人々にその問題に取り組むよう促すこと、そして、励ましと援助を惜しまない姿勢によって間接的にも行われた。^[10]

ストークスは、鉄道事故、特に 1847 年 5 月のディー橋の惨事に関するいくつかの調査に携わり、その後の鉄道構造物における鋳鉄の使用に関する王立委員会の委員を務めた。彼は、動く機関車が橋に及ぼす力の計算に貢献した。この橋が崩壊したのは、通過する列車の荷重を支えるために鋳鉄製の梁が使用されていたためである。鋳鉄は引っ張りや曲げに対して脆く、同様の橋の多くは取り壊されるか補強されなければならなかった。

彼はテイ橋の惨事に専門家証人として出廷し、橋にかかる風荷重の影響について証言した。橋の中央部分（ハイガーダーとして知られる）は1879年12月28日の嵐で完全に破壊され、急行列車がその部分を走行中だったため、乗っていた全員が死亡した（犠牲者75人以上）。調査委員会は多くの専門家証人の話を聞いた後、橋は「設計が悪く、建設が悪く、維持管理が悪かった」と結論付けた。^[50]

彼の証言により、彼はその後、風圧が構造物に与える影響について調査する王立委員会の委員に任命されました。当時、強風が大型構造物に与える影響は無視されていましたが、委員会は嵐の際の風速と、それが露出した表面に及ぼす圧力を理解するために、英国全土で一連の測定を実施しました。

ストークスは一般的に保守的な宗教的価値観と信仰を持っていた。1886年、彼はヴィクトリア研究所の所長となった。この研究所は、新科学、特にダーウィンの生物進化論からの挑戦に対して福音主義キリスト教の原理を守るために設立された。彼は1891年に自然神学に関するギフォード講演を行った。^{[51] [52]彼はまた、}英外聖書協会の副会長でもあり、宣教活動に関する教義上の議論に積極的に関与した。^{[53]しかし、彼の宗教的見解はおおむね正統派であったが、地獄での永遠の罰を拒否し、}キリスト教の条件付き信仰を主張した点でヴィクトリア時代の福音主義者の中では異例であった。^[54]

ヴィクトリア研究所の所長として、ストークスは次のように書いている。「自然の書と黙示録はどちらも神から出たものであり、したがって正しく解釈すれば両者の間には実際の矛盾はあり得ないことは、われわれ全員が認めている。科学と黙示録の規定は、大部分において非常に異なるため、衝突する可能性はほとんどない。しかし、明らかな矛盾が生じた場合、われわれには原則として、どちらか一方を排除して他方を優先する権利はない。なぜなら、われわれが黙示録の真実性にどれほど固く確信していたとしても、明らかにされたことの範囲や解釈に関して誤りを犯す可能性を認めなければならないからである。また、ある理論を支持する科学的証拠がどれほど強力であったとしても、われわれが扱っている証拠は、その性質上、可能性に過ぎず、より広範な科学的知識によって意見が変わる可能性もあることを忘れてはならない」^[55]

ストークスは、アイルランドの天文学者トーマス・ロムニー・ロビンソン牧師の一人娘メアリー・スザンナ・ロビンソンと、 1857年7月4日にアーマーのセント・パトリック大聖堂で結婚した。2人の間には5人の子供がいた。アーサー・ロムニーは準男爵の位を継承した。スザンナ・エリザベスは幼少時に亡くなった。イザベラ・ルーシー（ローレンス・ハンフリー夫人）は、「故ジョージ・ガブリエル・ストークス準男爵の回想録と科学書簡」で父親の個人的な回想録を寄稿した。ウィリアム・ジョージ・ガブリエル医師は、一時的に精神異常をきたし、30歳で自殺した問題児で、医師だった。そしてドラ・スザンナは幼少時に亡くなった。彼の男系、したがって準男爵の位はその後絶えた。

• ケンブリッジ大学ルーカス数学教授
• 1851年に王立協会の会員となり、1852年に光の波長に関する研究が認められてランフォードメダルを受賞、その後1893年にコプリーメダルを受賞した。
• 1869年に彼は英国協会のエクセター会議を主宰した。
• 1874年に彼はアメリカ芸術科学アカデミーの国際名誉会員に選出された^[56]
• 1883年に彼は米国科学アカデミーの国際会員に選出された^[57]
• 1883年から1885年までアバディーン大学のバーネット講師を務め、1884年から1887年にかけて出版された光に関する講義では光の性質、研究手段としての利用、そして光の有益な効果について論じた。^[10]
• 1888年4月18日、彼はロンドン市の自由民として認められた。^[58]
• 1889年7月6日、ヴィクトリア女王は彼をレンズフィールド・コテージのジョージ・ガブリエル・ストークス卿としてイギリス準男爵に叙した。この称号は1916年に廃止された。^[59]
• 1889年、彼はアメリカ哲学協会の国際会員に選出された。^[60]
• 1891年、ギフォード講師として、彼は自然神学に関する本を出版した。
• プロイセン 功労勲章受章者
• 彼は多くの大学から名誉学位を授与されており、その中には
  • 1902年9月6日、ロイヤル・フレデリック大学で数学者 ニールス・ヘンリック・アーベル生誕100周年を記念して、アーベルは名誉数学博士号を授与された。^{[61] [62]}
• 動粘性率の単位であるストークスは彼にちなんで名付けられました。
• 1909年、ペンブルック・カレッジのストークス協会は、大学全体の学部生科学者のための学術拠点として設立されました。2023年現在も活動を続けています。^[63]
• 2017年7月、ダブリン市立大学は物理学と数学への貢献を称え、ストークスの名を建物に付けた。^[64]

ストークスの数学的および物理学的論文（外部リンクを参照）は、全5巻の論文集として出版された。最初の3巻（ケンブリッジ、1880年、1883年、1901年）はストークス自身の編集で、最後の2巻（ケンブリッジ、1904年、1905年）はジョセフ・ラーモア卿の編集で、ラーモア卿は1907年にケンブリッジで出版されたストークスの回想録と科学書簡の選集と編集も行った。^[65]

• 
  数学および物理学論文第 4 巻(1880-1905)
• 
  数学と物理学の論文第 1 巻の表紙(1880 年)
• 
  数学と物理学論文第 1 巻の目次(1880)
• 
  数学と物理学の論文第 1 巻の最初のページ(1880 年)

• ストークスフロー
• 王立協会会長一覧

•  この記事には、現在パブリック ドメインとなっている出版物のテキストが組み込まれています: ヒュー・チザム編 (1911)。「ストークス卿ジョージ・ガブリエル」。ブリタニカ百科事典。第 25 巻 (第 11 版)。ケンブリッジ大学出版局。951 ～ 953 ページ。

• ウィルソン、デイビッド・B.、ケルビンとストークス ビクトリア朝物理学の比較研究、(1987) ISBN 0-85274-526-5 
  • ロッシュ、ジョン (1988 年 5 月 26 日)。「デイビッド・ウィルソン著『ケルビンとストークス』のレビュー」。ニューサイエンティスト: 73。
• Craik, ADD (2005)、「ジョージ・ガブリエル・ストークスの水波理論」、流体力学年次レビュー、37 (1): 23–42、Bibcode :2005AnRFM..37...23C、doi :10.1146/annurev.fluid.37.061903.175836
• ピーター・R・ルイス『銀色のテイ川の美しい鉄道橋：1879年のテイ橋災害の再調査』テンパス（2004年）。ISBN 0-7524-3160-9 
• Lewis , Peter R.; Gagg, Colin (2004). 「美学対機能: 1847 年のディー橋陥落」。Interdisciplinary Science Reviews。29 (2): 177–191。Bibcode : 2004ISRv ...29..177L。doi : 10.1179/030801804225012563。S2CID 17907426  。
• PR ルイス『ディー川の惨事：ロバート・スティーブンソンの1847年の宿敵』テンパス出版（2007年）ISBN 978-0-7524-4266-2 
• ジョージ・ガブリエル・ストークス：人生、科学、信仰マーク・マッカートニー、アンドリュー・ウィテカー、アラステア・ウッド編、オックスフォード大学出版局、2019年。ISBN 0-19-882286-3 

ウィキメディア・コモンズには、ジョージ・ガブリエル・ストークスに関連するメディアがあります。

Wikisource には、サー・ジョージ・ストークス、初代準男爵に関する原著作品があります。

• 数学系譜プロジェクトの初代準男爵、サー・ジョージ・ストークス
• オコナー、ジョン J.、ロバートソン、エドマンド F.、「サー ジョージ ストークス、第 1 代準男爵」、マクチューター数学史アーカイブ、セントアンドリュース大学
• ダブリンシティ大学のウェブサイトの経歴
• ジョージ・ガブリエル・ストークス (1907)。故ジョージ・ガブリエル・ストークス卿の回想録と科学書簡...大学出版局。（1907）、J.ラーモア編
• インターネット アーカイブの数学および物理学論文第 1 巻と第 2 巻
• ミシガン大学デジタルコレクションの数学および物理学の論文、第 1 巻から第 5 巻。
• ストークスの生涯と業績
• 自然神学（1891）、アダムとチャールズ・ブラック（1891–93ギフォード講義）
• インターネット アーカイブのサー ジョージ ストークス (第 1 代準男爵) の著作またはサー ジョージ ストークスに関する著作
• ハンサード1803–2005: ジョージ・ストークス卿の議会での発言