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原子の渦理論は、ウィリアム・トムソン（後のケルビン卿）が19世紀に、化学者によって発見されたばかりの原子が比較的少数の種類しかなく、それぞれの種類が非常に多く存在する理由を説明しようとした試みでした。エーテルまたはエーテル内の安定した絡み合った渦という考えに基づいており、重要な数学的遺産を残しました。
説明
原子の渦理論は、流体を端のないリングにすることで、安定した渦を生成できるという観察に基づいています。このような渦は、当時は宇宙全体に浸透していると考えられていた仮想の流体である光伝導エーテル内で維持できます。原子の渦理論では、化学原子はエーテル内のこのような渦によってモデル化されます。
このような渦の中心には結び目があり、各化学元素は異なる種類の結び目に対応するという仮説が導き出されました。円形の「結び目なし」0 1で表される単純なトロイダル渦は、水素を表すと考えられていました。多くの元素がまだ発見されていないため、次の結び目である三つ葉結び目3 1は炭素を表すと考えられていました。
しかし、さらに多くの元素が発見され、その特性の周期性が元素周期表で確立されるにつれて、結び目の合理的な分類では説明できないことが明らかになりました。これは、電子などの亜原子粒子の発見と相まって、この理論が放棄されるきっかけとなりました。
歴史
1870年から1890年にかけて、原子はエーテル内の渦であると仮定する渦原子理論がイギリスの物理学者や数学者の間で人気を博した。ケルビン卿としてよく知られるようになったウィリアム・トムソンは、原子は空間に広がるエーテル内の渦である可能性があると初めて推測した。その後、約25人の科学者によって約60本の科学論文が執筆された。
起源
17 世紀、デカルトは渦運動の理論を発展させ、光があらゆる方向に放射され、惑星が円軌道を描いて動く理由などを説明しました。彼は真空は存在せず、動く物体は必ず別の動く物体が残した隙間に入っていくと考えました。彼は、そのような物体が互いに入れ替わる円形の連鎖によって、そのような動きが可能になることを理解しました。したがって、あらゆる動きは、あらゆる規模で無限の円形の渦から構成されていました。しかし、彼の『光論』は未完のままでした。[1]
ヘルマン・ヘルムホルツは19 世紀半ばに、ハリケーンの目と似た渦の中心は、他のフィラメントと絡まって解けない輪状の結び目になる線状のフィラメントであることに気づきました。デカルトモデルのように中心が循環する必要はありません。ヘルムホルツはまた、渦が互いに力を及ぼし、その力が電線間の磁力に似た形をとることも示しました。
その間に、化学者ジョン・ドルトンは物質の原子論を展開しました。残された課題は、2 つの発見の糸を結び付けることでした。
ウィリアム・トムソン（ケルビン卿）
ウィリアム・トムソン（のちのケルビン卿）は、ドルトンの化学元素の性質に関心を抱くようになった。その元素の原子は、わずかな形しか持たないが、膨大な数で存在する。トムソンはヘルムホルツの研究結果に触発され、当時は全空間に浸透していると仮定されていたエーテルという物質は、このような安定した渦を形成できるはずだと推論した。ヘルムホルツの定理によれば、これらの渦は異なる種類の結び目に対応する。トムソンは、結び目の各種類が異なる化学元素の原子を表しているのではないかと示唆した。さらに、結び目が複数集まると、安定性がいくぶん低い 分子になるのではないかとも推測した。
彼は1867年にエディンバラ王立協会紀要に論文「渦原子について」を発表した。[2]
ピーター・テイト
トムソンの同僚であるピーター・ガスリー・テイトは、渦原子理論に魅了され、結び目に関する先駆的な研究に着手し、最大 10 の交差を持つ結び目を体系的に分類し、さまざまな要素を体系化することを望みました。
JJトムソン
JJトムソンは1883年の修士論文「渦輪の運動に関する論文」でこの課題に取り組みました。[3] [4] この論文でトムソンはウィリアム・トムソンとピーター・テイトの原子の運動の数学的処理を開発しました。[5]
トムソンは後に電子を発見し（これによりノーベル賞を受賞した）、渦原子理論に基づく「星雲原子」仮説を放棄し、プラムプディングモデルを支持した。
遺産
特にテイトの研究は結び目理論と呼ばれる位相幾何学の一分野を確立し、JJ トムソンは初期の数学的進歩をもたらしました。
ケルビンの洞察は新しい数学にインスピレーションを与え続け、このテーマを科学史に永続させることにつながっています。[6] [7] [8]
参照
- ループ量子重力
- 磁気スキルミオン、渦状の磁気準粒子
- 量子渦、量子化された磁束循環
- 素粒子のトロイダルリングモデル
参考文献
引用
- ^ クラグ（2002）
- ^ Wm. Thomson (1867) 渦状原子について、エディンバラ王立協会紀要6: 94–105
- ^ JJ Thomson. 1883. A Treatise on the Motion of Vortex Rings: An essay to the Adams Prize was adjudged in 1882, in the University of Cambridge . London: Macmillan and Co., pp. 146. 最近の再版: ISBN 0-543-95696-2 .
- ^ 「JJトムソン - 伝記」。1906年ノーベル物理学賞。ノーベル財団。 2015年2月11日閲覧。
- ^ キム・ドンウォン（2002年）。リーダーシップと創造性：キャベンディッシュ研究所の歴史、1871-1919年。ドルドレヒト：クルーワーアカデミー出版。ISBN 978-1402004759. 2015年2月11日閲覧。
- ^ シリマン、ロバート H. (1963)ウィリアム・トムソン: 煙の輪と 19 世紀の原子論、Isis 54(4): 461–474。JSTOR リンク
- ^ Kragh, Helge (2011). Higher speculations: grand theory and failed Revolutions in physics and cosmology. Oxford. ISBN 9780198726371。
{{cite book}}: CS1 メンテナンス: 場所が見つかりません 発行者 (リンク) - ^フォルス、ヘンリー（2014年1月 2日）。「高次の思索：物理学と宇宙論における大理論と失敗した革命」。Annals of Science。71（1）：123–127。doi ： 10.1080 /00033790.2011.627461。S2CID 123430798 。（「物理学と宇宙論における高等思索、大理論、失敗した革命」のレビュー）