①JJトムソン
②バーディン
③クーパー
④シュリーファー
⑤平賀源内
⑥パウリ
⑦ゾンマーフェルト
【①JJトムソンの原稿】
その名は正確にはジョゼフ・ジョン・トムソン
【Sir Joseph John Thomson】。
イギリスのＪ・J・トムソンは同位体の発見者です。
指導者としてはラザフォード、
オッペンハイマー、ボルンの師であり
物理学の発展に大きく貢献しました。
また、電子の実在を形にしていった
一人でもあります。電子を発見したか
については異論があるかも知れませんが
いくつかの洗練された実験で、
トムソンは電子の単位量を決めて
特定原子の同位体をしめしました。
そして今、いくつもの偉業を遂げ
Ｊ・J・トムソンの亡骸は
ニュートンの墓のすぐ近くに眠っています。
英国の生んだ偉人として。
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2020/09/14_初回投稿
2020/12/19_改訂版投稿
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【②バーディンの原稿】
本稿は何度か追記する事になるでしょう。
とても関心のある低温電子物性だからです。
さて、バーディンは二回のノーベル賞を受けています。
一回目はトランジスタの発明、二回目は以下に記載する
BCS理論です。
前述したカメリー・オネスの発見以後、
色々な考えが試みられたでしょうが、
イリノイ大学のバーディンを中心とした
3人がBCS理論を確立します。
バーディン、クーパー、シュリーファ
3人の頭文字を使いBCS理論と呼ばれます。
このコンビの始まりはバーディンが
クーパーを招聘する事から始まります。
そこにバーディン研究室の大学院生、
シュリーファが加わり研究が進みます。
その中身はフォノンを介した電子対が
スピンを打ち消し合って結合する
という理論でした。相転移温度を
その理論で説明し、今日の超伝導理論の
基礎となっています。
そもそも、金属中を移動する電子を単純な
質点のモデルで考えると正の荷電をもった
原子核の間を負の電荷が自由自在に
動き回る事は到底出来ません。何らかの相互作用
が起きて抵抗に繋がります。ところが、
電子の波動関数を考え、波動的側面が顕著に
現れる状態を作っていくのが超伝導現象
と言えます。その条件として大事な尺度
の一つが温度だったのです。
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nowkouji226@gmail.com
2020/09/15_初稿
2020/12/21_改定
【③クーパーの原稿】
初めに、本稿は関連用語の解説が
中心となリます。今後も含め、
分かり易い内容にしたいので
超伝導現象を明らかにした方が良い
と感じたからです。既に内容を
ご承知の方にはしつこく感じるかと。
そうでしたらごめんなさい。
クーパーはバーディン等と共に
BCS理論を確立しました。
クーパーはユダヤ系です。
賢い人種ですね。
そもそもBCS理論の大事な考え方
であるクーパー対をクーパーは
26歳の時に纏めています。
さて、本題。1911年のカメリー・オネス
の発見により通常の伝導性とは異なる
超伝導状態が存在すると明らかになりました。
定量的には絶対零度近くの
マイナス273℃＝ゼロ・ケルビン(k)に近づくと
超伝導現象が起きます。その時は抵抗値ゼロです。
例えばニオブ（Nb）は9.22ケルビンで
超伝導状態になります。超伝導状態への
転移を上手く説明した理論がBCS理論で
あってそこでのCはクーパーの名前に
由来します。
ここで別の側面から超伝導状態を考えます。
温度を下げ相転移温度で超伝導現象が起きると
電流を流した時に抵抗値がゼロになりますが
同時に相転移温度で磁界に対して
変化が生じます。現時点での応用として
リニアモーターカーがあげられます。
細かくは超伝導体の内部で内部磁場が
ゼロになり、外部からの磁界を遮断します。
超伝導状態になった時に磁石が浮かぶ
写真は有名な例えですね。更に磁石は
極性を持ちますから、ラダーと呼ばれる
軌道で極性を切り替えていく事で
リニアモーターカーは進むのです。
この完全反磁性またはマイスナー効果
と呼ばれる現象は超伝導現象での
特徴の一つです。
ここで関連して磁力線について
整理したいと思います。
ご存知の通り磁石はNとSからなり
磁力を持ちます。一般的に模式図で
示される様に磁力線は片方から他方へ
ゆったりした曲線で繋がっていきます。
所が超伝導現象では内部へ磁力線が
侵入出来ない様な現象が起きます。
相転移の前後で形が突然変わります。
更には変化の違いで第一種超伝導体
と第二種超伝導体に物質によって分かれます。
これらの現象を理解する為にクーパー等
が確立したBCS理論が役立つのです。
この考えが発展していき、現代では相転移の温度が
どんどん高くなっています。実用上は常圧化で相転移を
起こすことが大事になっていますので
液体ヘリウムよりも安価な液体窒素で冷やせる
事が望ましいのです。実際、液体窒素の沸点は－196℃
ですので現在は、液体窒素で冷やす事で
相転移を実用出来る素材を中心に研究が行われて居ます。
さらなる進展に期待しましょう。
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2020/09/16_初稿
2020/12/21_改定
【④シュリーファーの原稿】
BCS理論を作った3人のなかで
SはシュリーファのSです。
シュリーファはもともとMITで
半導体の研究をしていました。
半導体表面での電子の振る舞いを
研究していて、後に超伝導に移ります。
シュリーファがBCS理論をまとめた後、
世界での研究は常温での超伝導実現
に向けた研究が進んでいます。
高圧環境下で現象を起こしたりして
マイナス百数十ケルビン程度まで
転移温度は近づいてきています。
私が研究していた時代には
青学の秋光先生や東工大の細野先生
が挑んでいました。それぞれご存命
かと思われますので詳細は控えます。
科学史と言うより最前線に近いかと。
話し戻って、シュリーファは
晩年に自動車事故を起こし
人を殺めてしまい、懲役を課されています。
晩年に残念な事です。
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2020/09/17_初稿
2020/12/21_改定
【⑤平賀源内の原稿】
少し時代が古いです。
平賀源内は江戸時代、田沼意次が老中
を努めていた時代で多彩な能力を発揮
しています。物理学関係に留まらない。
そもそも、平賀源内は讃岐の国
に生まれます。家祖は信濃源氏の平賀氏。
平賀氏は武田氏に敗れ、一度、改姓して
源内の時代に平賀姓に復姓しています。
平賀源内が手掛けた分野は医学、薬学、
漢学、浄瑠璃プロデュース、鉱山の採掘、
金属精錬、オランダ語、細工物の販売、
油絵、俳句と多岐にわたりました。
その一つが発明で平賀源内は
物理現象の啓蒙に一役買っているのです。
所謂、エレキテルの紹介ですね。
エレキテルは不思議な箱で
内部にガラスによる摩擦起電部、
蓄電池を持っています。
実の所、平賀源内が発明したというより
オランダ製の物を平賀源内が紹介した
訳ですが江戸時代の庶民達には
摩訶不思議な魔法に見えたでしょうね。
また、平賀源内の現象理解は現在の学問体系
とは大きく異なっていたようです。
バイト探しは【プチジョブ】
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2020/09/18_初稿投稿
2020/12/19_改定投稿
【⑥パウリの原稿】
パウリの排他率律で有名です。
排他律を排他率と書いてしまいがちですが排他律です。
またはパウリの原理と呼ばれています。
1945年にアインシュタインの推薦でノーベル物理学賞を受けています。
ミドルネールのエルンストはパウリが尊敬するマッハに由来します。
父方はユダヤ人で有名な出版社を経営していたようです。
さて、排他律の具体的な内容に関してですが、
ナトリウムの分光実験から話が始まります。
再現性の高い事実として磁場付加時の分光は
電子の自転に由来するという仮説を立て、
後にそれをスピンと呼ばれます。新しい量子的自由度です。
後に行列力学を基盤とした定式化を行い数学的に表現します。
個人的に興味を引くのはミュンヘン大学でパウリが
ゾンマーフェルトの師事を受けている点です。
私が薫陶を受けた先生がゾンマーフェルトを研究していて
マッハの名前もその先生から教えてもらいました。
そして、マッハ・ゾンマーフェルト・パウリとつながったのです。
私の頭の中での奇妙な三角関係はさておき、
パウリは人間的にも面白いところがあります。
博士号を習得した直後、パウリはゾンマーフェルトに
独逸語での百科事典の記事執筆を依頼されます。
内容は相対性理論で二か月ほどをつかって完成させました。
結果はアインシュタインの査読にかなう見事なもので
今日においても読み応えのあるものとなっているそうです。
更に妙な繋がりは心理学者C・G・ユングとの関連です。
パウリは離婚後に精神を病んでいた時期がありました。
今や、夢分析の世界で有名なユングに完璧主義者のパウリ
が出合ったのです。先生と生徒という関係を築き、
生徒としてユングにパウリは科学的な批評を加えます。
互いに有益な関係だったのでしょう。
そして、パウリは最後まで愛したものを愛し続けました。
戦争での苦難の時代の後に帰国して、病床でも完璧主義者として
見舞客と議論を続けました。その中で語り継がれている話ですが、
もし、パウリが神に謁見したら、
神に微細定数 1/137.036...の
理論的根拠を尋ねたとしたら、
神様は物凄い速度で計算式書き連ねるだろう。その後、
きっとパウリは「違う！」と唱え話し続けるであろう。
よもや、神様さえも「あ！」と唱えるのではないか、
と不遜にも想像してしまいました。
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2020/09/19_初稿投稿
2020/12/19_改定投稿
【⑦ゾンマーフェルトの原稿】
ゾンマーフェルトは
パウリとハイゼンベルクの指導をして
育て上げた事で有名です。
個人的な印象では積分の経路に
工夫を凝らす人だという印象です。
そこがまさに電子軌道の自由度を
考える事に繋がっていたかと。
ゾンマーフェルトの考えは
単純な円軌道で電子が運動しないで
楕円の軌跡を描く筈だと言う物です。
こういった話をしていて感じるのは
どうやっても見えない世界に
何とか形を与える事は素晴らしい、
と云うことですね。
実際に形を与える事は文化的発展
に繋がり世界を変えていくのです。
ダイナミックな世界かと。
日々の暮らしでは
感じられない世界です。
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2020/09/20_初稿投稿
2020/12/19_改定投稿
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