シュウィンガー：昼間は隠れ、夜になると出てくるQED批判者

シュウィンガーは控えめな天才物理学者でした。楊振寧はかつて彼についてこう評した。「内気で博学、洗練された流暢な英語を話すシュヴィンガーは、文化的完璧主義者の象徴であり、非常に内向的な巨匠だった。」シュウィンガーはファインマンほど有名ではありませんでしたが、二人ともその時代を代表する物理学者でした（二人は同じ年に生まれました）。彼らは量子電磁力学の創始者として、1965年にノーベル賞を共同受賞した。シュウィンガーはまた、4 人のノーベル賞受賞者を含む多数の優秀な学生を育てました。もちろん、彼は非常に個性的な人物でもあり、昼間は隠れて夜に出てくる日々の中で、物理学に少しの正確さをもたらしています。

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1948年1月、アメリカ物理学年次会議がコロンビア大学で開催されました。きちんとした髪をとかし、フォーマルなスーツを着た若い男性が、会議で「量子電気力学の最新動向」と題する報告を行った。

明らかに、聴衆は、このような素晴らしい学術報告を一度だけ行うという考えに同意しませんでした。 「もう一度」という叫び声が響く中、その若者は物理学科で一番大きな教室に移動して、先ほど言ったことを繰り返すように言われた。間もなく、アメリカ物理学会は、この若者がコロンビア大学最大の講堂で講演できるように手配した。会場には多くの聴衆が訪れ、講堂は満員となった。この熱狂的な雰囲気の中で、若者は再び報告をしなければならなかった。

この物理学イベントで「ハットトリック」を達成した若者は、量子電磁力学（QED）の創始者の一人であるジュリアン・シュウィンガーでした。

シュウィンガー氏のスピーチ

天才児と指導者

1918 年 2 月 12 日、ジュリアン・シュウィンガーはニューヨークのユダヤ人家庭に生まれました。彼の両親はポーランドからアメリカに移住した衣料品商人だった。ジュリアンには、7歳年上で後に弁護士になったハロルドという兄がいました。シュウィンガーは子供の頃から兄を尊敬していた。おそらくジュリアンの穏やかで寡黙な性格のせいか、二人の兄弟を知る人々は、一般的にハロルドの方がジュリアンより賢いと信じています。ノーベル賞を受賞した後もこの見解は変わらなかった。

1929年にアメリカで起きた大恐慌はシュウィンガー一家に大きな打撃を与え、かつては裕福だった一家は衰退し始めた。かつて、幼いジュリアンはバスに乗るお金がなかったため、路上で大声で泣いたことがありました。結局、彼は親切な人によって家に帰されました。

シュウィンガーは非常に若い頃から驚くべき才能を発揮しました。シュウィンガーは飛び級し、1932年にタウンゼント・ハリス公立高校に入学した。どうやら、ニューヨークのクイーンズにある人民大学付属高校は、「一生懸命勉強しないなら、隣の学校へ行け」という伝統を守っているようだ。ニューヨーク市立大学はタウンゼント・ハリス高校の卒業生全員を受け入れ、全額奨学金を支給している。こうして、シュウィンガーは1934年に高校を卒業した後、ニューヨーク・シティ・カレッジに入学した。やがて、シュウィンガーは17歳のときに最初の学術論文を発表しました。

シュウィンガーが伝統的な意味で優秀な学生だと想像しているなら、それは大きな間違いです。実際、大学に入学するとすぐに、シュウィンガーは昼夜逆転の生活を送り始めました（このスケジュールは生涯にわたってシュウィンガーに付きまといました）。シュウィンガーはほとんど授業に出ず、学業成績もトップクラスとは言えなかったが、少なくとも散々だった。もちろん、シュウィンガーが夜更かししたのはゲームをするため（当時はそんなものはなかった）でも、楽しむためにバーに行ったためでもなく、最先端の物理学の論文を研究するためだった。やがて、シュウィンガーは彼の人生に影響を与える指導者に出会った。

シュウィンガーの兄ハロルドにはロイド・モッツというルームメイトがいた。当時、モッツはコロンビア大学で博士号取得を目指して勉強しており、ニューヨーク市立大学シティーカレッジで教えることで副収入を得ていた。モッツは後に天文学者になった。モッツは兄の紹介でシュウィンガーと出会った。モッツはシュウィンガーが並外れた才能を持っていることに気付いていたので、コロンビア大学での学術講義に出席する際にはシュウィンガーを連れて行くことがよくありました。

かつて、アイザック・ラビ（1944年ノーベル物理学賞受賞者）は、最後列で黙って座っているシュウィンガーを見て、好奇心からモッツに尋ねた。「いつも最後列で居眠りしているこの子供を連れてきたのですか？」モッツは「そうだ、この子は才能がある」と言った。

（ちなみに、ラビのことはよく知らないかもしれませんが、病院にあるMRIの基本原理はラビが発見したものだと聞いたことがあるはずです。）

ラビ (イシドール・アイザック・ラビ、1898-1988)

偶然にも、ラビは廊下で他の人たちとアインシュタインが発表したばかりのEPRパラドックスについて議論しており、数人が物理量の1つが正しく計算されていないことに気づいた。たまたま通りかかったシュウィンガーは立ち止まり、しばらく耳を傾けた後、ラビにこう言った。「これは簡単です。量子力学の完全性を使えば解決できます。」数人がシュウィンガーの指示に従って正しい結果を計算しました。才能を見抜く鋭い目を持つラビは、シュウィンガーが稀有な才能の持ち主であることをすぐに見抜いた。彼は才能をとても愛していたので、シュウィンガーをシティカレッジからコロンビア大学に転校させることを決心した。しかし、別の学校に転校したとき、ラビは問題に直面しました。

ラビが直面した問題は単純だった。シュウィンガーの成績証明書があまりにもひどかったため、シティ・カレッジの関係者は彼を卒業させることに同意したが、コロンビア大学は彼を受け入れようとしなかったのだ。ラビはコロンビア大学の入学事務局と議論するしか選択肢がなかった。彼は入学事務局に説教し、シュウィンガーを野球部員とし​​て採用するよう説得しようとしたが、うまくいかなかった。絶望したラビは、シュウィンガーを連れて、当時コロンビア大学を訪れていたハンス・ベーテ（1967年ノーベル物理学賞受賞者）のもとへ行き、シュウィンガーの未発表論文を見せた。すぐにベーテはシュヴィンガーのために長い推薦状を書いた。手紙の最後で、ベーテはシュヴィンガーが将来優れた物理学者になるだろうと予言した。物理学界におけるベーテの名声と権威のおかげで、シュウィンガーは転校の機会を得て奨学金を受け取った。

コロンビア大学時代

こうして、1935 年 9 月、シュウィンガーはコロンビア大学での研究生活を開始しました。ラビはシュウィンガーに3つのルールを与えた。一生懸命勉強すること、授業をさぼらないこと、そして「3つの良い生徒」になるよう努力することだ。最初の数週間、シュウィンガーは従順だった。しかし、すぐにシュウィンガーはラビのアドバイスを忘れ、元の体内時計に戻ってしまいました。

シュウィンガーは実験物理学や無関係な授業を嫌っており、それらは物理学の勉強を妨げる退屈なものだと考えていた。授業をもっと簡単にさぼるために、シュウィンガーは起床時間を何度も延期し、ついには授業がすべて終わった午後6時に起きるようになった。

シュウィンガーが大学を卒業したとき、ラビは彼にファイ・ベータ・カッパ賞（アメリカの学部生にとってほぼ最高の栄誉）を獲得するよう強く勧めたが、彼の成績がひどかったため誰もが反対した。ラビが学者のグループと議論しているとき、学部長は「あなたたちの中で、過去2年間にシュウィンガーより多くの論文を発表したのは誰ですか？」という一言で議論を止めた。結局、全員がシュウィンガーに賞を与えることに同意した。

コロンビア大学に入学してから2、3年後、シュウィンガーは博士論文審査の申請書を提出したが、大学から拒否された。十分な数や質の高い論文を発表できなかった多くの博士課程の学生とは異なり、シュウィンガー氏はすでに10本以上の学術論文を発表しており、博士論文もずっと前に完成していた。大学はシュウィンガーが必要な単位を修得していなかったため、博士号の取得を拒否した。実際、コロンビア大学在学中、シュウィンガーは授業を欠席するどころか、期末試験も受けなかった。シュヴィンガーの窮状の知らせはジョージ・ウーレンベックに届いた。

ウーレンベックは電子スピンの概念の創始者の一人です（彼はノーベル賞に何度もノミネートされましたが、残念ながら受賞しませんでした）。 1938年、彼はオランダから米国ニューヨークに招かれ、コロンビア大学の客員教授となり、統計力学を教えた。シュウィンガーは（単位を取得するために）そのコースを受講したが、いつものように授業には一度も出席しなかった。ウーレンベックはシュヴィンガーの才能を賞賛した。シュウィンガーが博士号を取得できないことを知った後、彼は率先してラビを探し出し、こう言った。「とにかく私はそのクラスを教えているんだから、シュウィンガーにAを与えて単位を取得できるようにしてあげてください。」ラビが才能を愛しているというのは本当だが、彼はまた自身の信念を貫き、ウーレンベックの提案に同意しなかった。彼はウーレンベックにこう言った。「彼だけのために口頭試験を準備してください。彼は最も難しい質問にも答えることができます。」口頭試験は当初午前8時に予定されていたが、シュウィンガー氏がベッドから起き上がれなかったため午前10時に延期された。口頭試験の後、ウーレンベックは驚いた。シュウィンガーはすべての質問に答えただけでなく、まるで授業を一度も欠席したことがないかのように、ウーレンベックと同じ方法を使ったのだ。

もちろん、すべての教師がウーレンベックほどシュヴィンガーの才能を評価したわけではない。ビクター・ラメールという化学者がいました。彼は独自に考案した記号体系をすべての授業と試験で使用していました。一度も授業に出席したことのなかったシュウィンガーさんは大きな損失を被り、F（不合格）の評価を受けた。 1948年のアメリカ物理学会議でシュウィンガーが有名になった後、ラビは同僚と歩いているときにラーモアと出会った。ラビ氏は同僚にわざとこう言った。「本当にすごい人がいるんだ。同じレポートを3回も書くように頼まれたんだ。」最後に、ラーモア教授は「この人は誰ですか？」と尋ねました。ラビはその機会を捉えて、すぐにこう言いました。「ああ、この人はご存知ですね。彼の名前はシュウィンガーで、あなたがF評価をした生徒です。」

シュウィンガー氏は、厳格な単位制度に対する嫌悪感からか、コロンビア大学時代を振り返って、そこではほとんど何も学ばず、入学前にすでに十分な知識を身に付けていたと語った。

1939年、シュウィンガーは（ようやく十分な単位を取得した）「中性子の磁気散乱について」と題する論文の審査に合格し、21歳で博士号を取得した。驚くことではないが、シュウィンガーの博士課程の指導教官はラビであった。

平和主義者

博士号を取得した後、シュウィンガーはカリフォルニア大学バークレー校に進学し、JRオッペンハイマーの下で研究を行った。 1941 年、シュウィンガーはパデュー大学に入学しました。

1941年末にアメリカが第二次世界大戦に巻き込まれると、アメリカ国民の生活はさまざまな影響を受け、シュウィンガーも例外ではありませんでした。シュウィンガーの博士論文のタイトルから、コロンビア大学でのシュウィンガーの研究が主に原子核物理学に焦点を当てていたことが分かる。 1941年から1945年にかけて、米国では物理学に関係する人は基本的に全員、原子爆弾の開発に携わるためにロスアラモスに集められ、シュウィンガーのような適切な専門的背景を持つ人々も関与すべきだった。しかし、マンハッタン計画が「破壊的な兵器を作っている」ことを知ったとき、平和を愛するシュウィンガーは、マサチューセッツ工科大学（MIT）放射線研究所に行き、レーダーを研究することを決意した。結局のところ、レーダーは防衛技術であり、平和主義者のシュウィンガーにとっては安心材料である。シュウィンガー自身がおそらく予想していなかったのは、この選択が彼の人生を変えたということである。レーダー研究所で働いていたときに複雑なアンテナ システムを計算するために開発した数学的手法は、量子電気力学の再正規化に大きな役割を果たしたのである。

MIT放射線研究所在籍中、シュウィンガーは確かな数学と物理学の知識を活かして理論グループのリーダーとなった。しかし、リーダーになったからといって、昼間は屋内にいて、夜は外出するというシュウィンガーの習慣が変わることはなかった。彼は相変わらず午後6時に起きて、夕食をとりながら同僚といくつかの問題について話し合い、その後研究室に行って一人で仕事をしていました。日中、同僚が研究室に来ると、彼は家に帰って寝ていた。

同僚たちはシュウィンガー氏にめったに会わなかったため、質問したい人は「メモを残す」ことしかできなかった。つまり、質問を付箋に書いてシュウィンガー氏の席に置いておくだけだった。そして、質問した同僚たちは翌朝必ず満足のいく回答を受け取ることができたのだ。

伝説によると、かつてある若者がベッセル関数の特性について質問するメモを残したそうです。数日後、彼は自分のワークステーションにシュウィンガーからの返事を受け取った。それは40ページを超える草稿だった。若者は非常に落ち込んでいましたが、それでも少しずつ努力を続けました。途中で、彼は自分の計算結果がシュウィンガーが書いたものと異なっていることに気づいた。シュウィンガーは数学が得意なことで有名だったが、その若者は計算を間違えたと思った。さらに1週間計算を続けた後も、若者の計算結果は原稿の内容と一致しなかった。その後、若者は勇気を出してシュウィンガーを探しに行った（おそらくシュウィンガーが夜に研究室に来るまで待たなければならなかったのだろう）、そしてシュウィンガーは自分が間違って書いたことに気づいた。彼は舌を出して恥ずかしそうに言った。「この文章はある本からコピーしたものです。本は信用できないようです。もっと早く知っていたら、自分で押し通していたのに。」

シュウィンガーが同僚ともっとコミュニケーションを取れるように、放射線研究所の所長は毎週午後4時30分にセミナーを開催することを定めた。セミナーに出席するために、シュウィンガーさんは2時間早く起きなければなりませんでした。毎週午後4時半になると、シュウィンガーが息を切らして会議室に走って入ってくるのを誰もが目にした。これはレーダー研究所のユニークな光景でした。

1945年に第二次世界大戦が終結した後、シュウィンガーはパデュー大学に戻ることを選択しませんでした。彼はハーバード大学に来て、新たな研究キャリアをスタートさせました。シュヴィンガーは教職を求めてハーバード大学へ行き、彼のために推薦状を書いたハンス・ベーテと競争していたと言われている。結局、シュウィンガーが勝利した。ベスがそのとき何を感じていたのかはわかりません（ちょっとベスがかわいそうに思います）。

QEDノッカー

1947 年 6 月、ニューヨーク州ロングアイランドの東端にあるシェルターアイランドという小さな町に、スーツを着た一団の人々が集まり、この地で長く失われていた静けさを破った。ここに来た人々のほとんどがマンハッタン計画に参加していたため、町の住民は米軍がまた何か大きなことをしようとしているという噂を広めていた。

実のところ、彼らは量子力学の基本的な問題を議論する会議の準備のためにここに来たのであり、それは兵器製造とはまったく関係がない。シュウィンガー氏はこの会合について冗談交じりにこうコメントした。「物理学者が監視されることなく自由に問題を議論できるのは（太平洋戦争以来）５年ぶりだ。」

シェルターアイランド会議参加者の集合写真。真ん中で右手で左手を握っているのがシュウィンガーです。

量子力学の発展の歴史において、シェルター アイランド会議は、量子電磁力学 (QED) の出現に直接つながった非常に有名なソウェル会議と同じくらい重要です。

具体的には、この会議では、2つの重要な実験結果が理論物理学者の注目と注目を集めました。最初の研究者はウィリス・ラムで、彼は重要な実験結果を報告しました。

エネルギーの違い。ディラックの理論によれば、これら 2 つのエネルギー レベルは厳密に縮退しています (この実験結果は「ラム シフト」と呼ばれます)。 2つ目は、ラビが実験で新たに発見した電子磁気モーメントのランデg因子が2.0011597であると報告したが、ディラック理論では電子磁気モーメントに対応するランデg因子は正確に2に等しいことが示されたことです。この現象は後に電子の異常磁気モーメントと呼ばれるようになりました。

会議の後、シュウィンガーは研究を始めず、3か月間の新婚旅行に出かけました（シェルター島の会議はシュウィンガーが結婚する1週間前に開催されました）。新婚旅行の後、シュウィンガーは長く複雑な計算に専念し、電荷と質量を再定義する方法（この方法は今日「再正規化」と呼ばれています）を使用して、実験と非常に一致するラムシフトと電子の異常磁気モーメントの結果を得ました。

現代の場の理論の観点から見ると、シュウィンガーの計算の本質はファインマン図の円に対応します。今日では、円グラフの計算は、量子場の理論を学ぶ高エネルギー物理学の大学院生にとってほぼ必須科目となっている。シュウィンガーはファインマン図を持っていませんでした。彼は摂動法に頼ってすべての項を一つずつ計算しました。人々はシュウィンガーの計算能力に驚嘆した。これほど長い計算でも間違いは一つもなかったのだ。

シュウィンガーの最も象徴的な写真。写真のキャプションは「彼の研究室は彼のボールペンだ」です。

もう一つの議論の余地のない事実は、シュウィンガーの方法が物理学の世界では正統な考え方であるということです。ファインマンは当時すでにファインマン図法を発表していたが、質問の答えを推測するために描かれた落書きのようなこれらの落書きを当時の人々は受け入れることができなかった。ファインマン自身でさえ、ファインマン図の計算規則（つまりファインマン則）の起源を説明することはできませんでした。

この恥ずかしい状況は、1948 年 10 月まで解消されませんでした。フリーマン ダイソン (絶対的なタフガイ) が「朝永、シュウィンガー、ファインマンの放射線理論」を完成させ、シュウィンガー、朝永振一郎 (1906-1979)、ファインマンの理論の同等性を証明したのです。そのとき初めて、人々は奇妙に見えるファインマン図を徐々に受け入れ始めました。

1965年のノーベル物理学賞は、量子電磁力学への基礎的貢献が認められ、シュウィンガー、リチャード・ファインマン、日本の物理学者朝永振一郎に授与されました。

公平に言えば、シュウィンガーのノーベル賞は確実であり、ファインマンと朝永はノーベル賞を本当にダイソンに感謝していた。将来の世代の物理学者もダイソンに感謝しなければならない。ファインマン図がなければ、場の理論に関する本は現在の少なくとも 3 倍の厚さになっていたでしょう。

テレビシリーズ「ビッグバン・セオリー」の静止画：数人がファインマン・ダイアグラムで覆われたトラックを運転している。

シュウィンガー自身は、発表した論文でファインマン図を使用したことはなく、また、自身の研究グループで学生がファインマン図を使用することも許可しなかったが、学生たちはシュウィンガーが密かにファインマン図を使用していたことを一度発見した（「真の香りの定理」）。

シュウィンガーは1940年代から1950年代にかけてのヨーロッパとアメリカの物理学研究の中心人物であったと言っても過言ではありません。シュウィンガーは生涯を通じて70人以上の博士課程の学生を指導し、そのうち4人が後にノーベル賞を受賞しました。そのうち3人は物理学賞、1人は化学賞受賞者です。受賞者は、ロイ・ジェイ・グラウバー（2005年ノーベル物理学賞）、ベン・ロイ・モッテルソン（1975年ノーベル物理学賞）、シェルドン・グラショー（1979年ノーベル物理学賞）、ウォルター・コーン（1998年ノーベル化学賞）です。

非主流派の物理学者

量子電磁力学で大きな成功を収めた後、シュウィンガーはQED理論を書き直すというアイデア、いわゆるソース理論を思いつきました。しかし、シュウィンガーのアイデアは結局実現しなかった。

1972年、シュウィンガーはハーバード大学を辞職し、カリフォルニア大学ロサンゼルス校 (UCLA) に教職に就いた。ハーバード大学を去った後、シュウィンガーの研究は物理学界の主流からどんどん遠ざかっていった。

1989年、シュウィンガーは常温核融合に魅了されました。彼は常温核融合に関する研究について論じる論文を一度に 8 本執筆したが、その論文は掲載を拒否された。査読者は却下通知書の中で率直にこう書いた。「核物理学者なら誰も、論文で言及されている効果を信じることはないだろう。」シュウィンガーは直接、「私は原子​​物理学者だ！」と言い返した。

侮辱的な拒否通知を受けて、シュウィンガーは学問の自由の精神はもはや存在しないと確信し、怒りのあまりアメリカ物理学会を脱退した。

シュヴィンガーの墓碑銘

1994年7月16日、シュウィンガーは膵臓癌のためロサンゼルスで76歳で亡くなった。彼の墓石には、電子の異常磁気モーメントに対応する式α/2πが刻まれており、ここに埋葬された人物がこのような正確な計算結果を示した最初の人物であったことを示している。

生涯を通じて数学を愛したシュウィンガーにとって、このような簡潔な墓碑銘は生涯最高の脚注となるかもしれない。

参考文献

[1] Wikipedia: シュウィンガー、
https://en.wikipedia.org/wiki/Julian_Schwinger

[2] ノーベル賞公式サイトにおけるシュウィンガーの紹介：

https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1965/schwinger/biographical/

[3] ジュリアン・シュウィンガーの伝記 - 幼少期、人生の功績とタイムライン

[4] 台湾の中原大学の高崇文教授はシュウィンガーを偲んで次のように書いている。「21歳で14本の論文を提出し、昼夜を問わず研究に励んだ天才物理学者徐文閣は、
https://www.thenewslens.com/article/91852

[5] http://scihi.org/julian-schwinger/

この記事はもともとZhihuに掲載されたもので、著者の許可を得て若干の修正を加えてFanpuに転載されました。

著者について

文字列。彼は中関村文理大学の優秀な卒業生ではない。博士課程在学中、彼の主な仕事は原子核の集団励起状態の理論を開発することであり、副業はゴシップニュースを調べることだった。首都の住宅価格の高さとIT業界の高給の噂の誤解から、彼は誤ってプログラマーになり、北京からエンターテイメントの首都、杭州へと逃げました。彼はフルタイムの仕事に加えて、Zhihu では「A String」というニックネームで、Bilibili では「A String Fat Er」というニックネームで物理学者を発見し、それについて書くことを楽しんでいます。

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