宇宙旅行や生命の起源から、量子基盤や地球外の巨大構造物まで。 数理物理学者 フリーマンダイソン 急進的な科学者だった。 に基づいて 新しい伝記, ハミッシュ・ジョンストン 100年前に生まれた型破りな天才の人生と科学的遺産を掘り下げる
有名な物理学者の殿堂で、故 フリーマンダイソン 特別な位置を占めています。 異端者、急進的、先駆的な科学者としてよく言われるダイソンは、現代物理学の基礎に多大な貢献をしました。 彼はキャリアの膨大な部分を、宇宙探査から生命の起源に至るまで、幅広い分野にわたる高度に思索的なプロジェクトに費やしました。 ダイソンは生涯にわたって権威に対して嫌悪感を抱いていたにもかかわらず、米国の軍産複合体に居場所を見つけた。 彼はまた、科学に関する人気の高い書籍を数多く執筆し、注目に値する科学的遺産を残しました。
ダイソンは28年2020月96日にXNUMX歳で死去そしてその直後、 マサチューセッツ工科大学の物理学者、作家、歴史家デイビッド・カイザー 彼の並外れた人生を探求する本の執筆を打診された。 偶然にも、カイザーはすでに 2009 年の著書でダイソンについて書いていました。 理論を区別する。 彼はこの本のために彼に詳しくインタビューしており、ダイソンがキャリアの初期に両親に宛てて書いた手紙にもアクセスすることができました。その手紙には、幼い頃からのダイソンについての素晴らしい洞察が含まれています。
しかし、ダイソンの人生の多面的な性質を考えると、カイザーは、そのような伝記を自分で書くことがいかに難しいかにすぐに気づきました。 代わりに、カイザーは 10 人の寄稿者からなるチームを集め、その結果、次のタイトルの徹底的に面白くて魅力的なエッセイ集が完成しました。 「まあ、Doc、あなたはいる」:フリーマン・ダイソンの宇宙の旅。 ちょうど休暇中に飛行機で出発するときにこの本を開き、すぐに夢中になってしまいました。 ダイソンは最も優れた科学者たちと協力しており、各寄稿者がダイソンの人生の一面を生き生きと描いているため、科学史や影響力のある科学者に興味がある人にとっては真の休暇中の読書です。
若き反逆者
ダイソンは、15 年 1923 月 XNUMX 日にバークシャーの南部イギリス村クロウソーンで生まれました。 彼の子供時代は、少なくとも物質的な欲求という点では快適でした。 彼の母親は法律の学位を取得しており、ダイソンが生まれた後はソーシャルワーカーとして働いていました。 彼の父親はある著名な作曲家であり、大学で教鞭をとっていました。 ロイヤルカレッジオブミュージック とで ウィンチェスターカレッジ。 ウィンチェスター校は 1382 年に設立され、国内で最も名門の私立学校の XNUMX つであり、後にダイソン自身もそこの生徒となることになります。
フリーマン・ダイソン:最後まで型破り
幼い頃から数学の天才だったダイソンは、ベビーベッドに横たわりながら無限の数学級数の概念を考え出したと冗談を言ったことがある。 彼は貪欲な読書家でもあり、幼い頃から科学に強い関心を抱いていました。 サイエンスライター アマンダ・ゲフターに一章を寄稿した人 「まあ、ドクター、入っていますね」 ダイソンの形成期について、科学への愛情は、彼が人生の早い段階で培った権威に対する健全な軽蔑によって強化されたと述べています。
若きダイソンにとっての問題は、ウィンチェスターに行く前に通っていた予備校では科学が教えられていなかったということでした。 イギリスではそのような 「予備校 一般に、エリート中等学校への入学に向けて子供たちを準備するように設計された私立機関です。 しかし、ダイソンが子供の頃、優れた教育はまだ数学を含む古典に焦点を当てており、科学は実用的すぎて次世代の紳士には役に立たないと見なされていました。 ダイソンはひるむことなく、数人のクラスメートとともに科学協会を設立しました。科学協会は後にダイソンが迫害された少数派と呼んだグループです。 クラブのメンバーは科学に関する本を読み、その概念を互いに説明しました。これは、教室では学べないとダイソンが感じた教訓です。
彼は予備校に通っていた時期を人生最悪だったと語る。政権は残忍で、追い打ちをかけるように下宿した学校は実家から歩いてすぐの距離だった。 しかし、彼が科学の中で見つけた慰めが、素晴らしいキャリアの火花を散らしました。 「科学は無知に対する頭脳の陰謀であり、科学は抑圧者に対する復讐であり、科学は圧政と憎悪の真っただ中での自由と友情の領域である」と彼は後に書いた。
1936 年にダイソンがウィンチェスターに到着すると、科学がカリキュラムに組み込まれました。 しかし、それがうまく教えられなかったため、ダイソンはスター生徒であるにもかかわらず、アウトサイダーとしての地位を維持することができました。 1941 年に彼は大学で数学を学び続けました。 ケンブリッジ大学、第二次世界大戦によって大学が空になったことを発見するだけでした。 彼はわずか XNUMX 年で卒業し、友人たちと大学の古い建物の外壁を密かに登って何夜も過ごしました。
戦争はダイソンの人生の次の段階を支配しました。これについては、「計算と計算: 科学、戦争、そして罪悪感を乗り切る」の章で説明されています。 ウィリアムトーマス、アメリカ物理学研究所の科学政策アナリスト。 ケンブリッジを去った後、ダイソンはイギリス空軍爆撃機司令部の運用研究を行いました。カイザーは、これを軍司令官が見落とした可能性のあるパターンを探す「洗練された統計分析」と表現しました。 とりわけ、彼は爆撃機が緊密な編隊で飛行するときに互いに衝突する確率を計算しました。この構成は、任務が成功する敵の攻撃の影響を受けにくくなることが知られています。
権威に対する軽蔑を考えれば、ダイソンが爆撃機司令部の「混乱と欺瞞」を非難したのも不思議ではない。 おそらくダイソンは、発見の多くが行動に移されなかったことに極度の不満を抱き、最善の努力にもかかわらず命が失われたことに罪悪感を感じていたと考えられます。 トーマスは、この無能さは当時のイギリス支配層内部の重要な問題の兆候であり、イギリスの科学者を評価していないようだった、と示唆している。
アメリカ行き
この科学の無視が、ダイソン氏が米国に定住するという決断の中心にあるようだ。米国は当時好景気に沸き、科学技術を成長の原動力として受け入れていた国だ。 この動きはカイザーの「最初の弟子」と題された章で説明されており、この章は戦後のイギリスでダイソンが数学から物理学に転向する決断をしたことから始まる。
カイザーによれば、ダイソンは長い間数学と物理学の間で悩んでおり、爆撃機司令部に在籍中に数論の予想を証明するという課題を自らに課したという。 成功したら数学者になれると自分に言い聞かせた。 もし失敗したら、彼は物理学のキャリアを追求するだろう。 ダイソンは失敗し、1946年に物理学者になるためにケンブリッジに戻った。
ケンブリッジ大学に適切な博士顧問がいなかったことも、ダイソンをアメリカへ駆り立て、1947 年に博士課程に到着したことによるものでした。 コモンウェルスフェロー コーネル大学で博士号を取得するためです。 彼の上司は理論物理学者でした ハンス・ベーテナチスの迫害により1930年代半ばにドイツを離れ、マンハッタン計画で核兵器の開発に取り組んだ。
ダイソンはコーネル大学でXNUMX年を過ごし、もうXNUMX年をコーネル大学で過ごしました。 プリンストン高等研究所 (IAS)、そこで彼はそのディレクターと一緒に仕事をしました ロバート·オッペンハイマー 量子電気力学 (QED) について。 彼はまた、緊密に協力しました リチャード·ファインマン、当時コーネル大学にいたダイソンは、ファインマンの有名な図表の初期のユーザーでした。 実際、カイザーはファインマンをダイソンの「家庭教師」と表現している。 ダイソンは、ベーテが 1947 年に発表した QED に関する「大まかな準備ができた」計算を改良する任務を与えられました。 彼はベーテの計算を悩ませていた厄介な相違点に行き詰まり、簡単に作業を終えました。 ダイソンはこの分野に新たな命を吹き込んだが、カイザー氏によれば「ダイソンが到着する前にその分野は停止していた」という。
バスに48時間乗り続けた後のような一種の半昏睡状態になり、私は物理学、特に[ジュリアン]シュウィンガーとファインマンのライバルとなる放射線理論について真剣に考え始めました。
カイザーは、ダイソンの手紙が、QED でのひらめきに至る思考プロセスの重要な理解を提供してくれることに気づきました。このひらめきは、彼が長いバス旅行中に起こったことで有名です。 彼は、ダイソンが QED の 48 つの競合する処方の同等性を思いついたとき、どのようにして「グレイハウンド バスの中で照明のフラッシュ」を感じたかについて語ります。 「旅のXNUMX日目に驚くべきことが起こりました。 バスにXNUMX時間乗り続けた後にある種の半昏睡状態に陥ったとき、私は物理学、特に[ジュリアン]シュウィンガーとファインマンの対立する放射線理論について真剣に考えるようになった」とダイソンは書いた。 「徐々に私の考えは一貫性を増し、自分がどこにいるのかがわかる前に、この一年頭の片隅にあった問題、つまり XNUMX つの理論が同等であることを証明する問題が解決されました。 さらに、XNUMX つの理論はそれぞれ特定の特徴において優れているため、同等性の証明により、両方の利点を組み合わせた新しい形式のシュヴィンガー理論が提供されました。」 ダイソンは、この作品は「難しいものでも、特別に巧妙なものでもなかった」と主張したにもかかわらず、「シカゴに到着し、勝利を知らせる手紙をベースに送ったとき、この作品に非常に興奮した」と述べている。
米国で 1949 年間過ごした後、ダイソンは英国連邦奨学金により英国に戻る必要があったため、XNUMX 年にバーミンガム大学に移りました。しかし、そこでは長くは続かなかったのです。 カイザー氏は、ダイソン氏はコーネル氏が「アイデアを持って生きている」ことを発見し、コーネル氏が滞在中に広範囲を旅行したと述べ、家族に宛てた手紙の中でその旅を「ほぼ人類学的な詳細」で説明したと述べた。 ダイソンがすぐに米国に戻る道を見つけたのはおそらく驚くことではないでしょう。
終身教授職
1951年までにファインマンはコーネル大学から カリフォルニア工科大学(Caltech) そしてカイザーによれば、ベースはコーネルに対し、ファインマンの代わりになれるのはダイソンだけだと説得したという。 そのため、ダイソンは博士号を取得していないにもかかわらず、コーネル大学の教授の職を与えられました。ダイソンはそれを生涯楽しみました。
1952 年にダイソンは再び移り、IAS で終身教授職を受け入れ、約 70 年後に亡くなるまでそこに留まりました。 その長い在職期間は、「鳥の中のカエル」の章で説明されています。 ロベルト・ダイクラーフ数理物理学者で、2012年からオランダの教育・文化・科学大臣に就任するために辞任するまで、IASを運営していた。
偶像破壊者のキャリア
ダイソン氏の IAS への到着は、数学と理論物理学との間の亀裂の拡大に対応していたとダイクグラーフ氏は書いています。 研究者が自然を記述するために理論を限界点にまで押し上げたため、理論物理学はますます混乱してきましたが、一方で数学はより抽象的かつ厳密になりました。 ダイクグラーフ氏は、ダイソンは両方の世界の一員であることに満足していたと示唆しています。 ダイソンは「数学者の中には鳥のような数学者もいるし、カエルのような数学者もいる」と言っていたが、これは、ある者は高く飛んで自分の分野の全体像を把握している一方で、ある者は特定の問題の泥沼に深くハマって、別の問題に移る前にそれを解決しているということを意味している。 ダイソンは自分自身を、知的な池から別の池へと飛び回るカエルだと考えていました。
安全な原子炉と宇宙船
おそらく、ダイソンが泳いだ最も魅力的な池は、米国の急成長する軍産複合体の池だろう。 1950 年代に、彼は新しく設立されたゼネラル・アトミックス社に入社し、IAS から休暇を取って夏の間はカリフォルニアにある同社で働いていました。 カイザー氏によると、ゼネラル・アトミックスは核技術の非軍事利用を開発するために設立され、ダイソン氏は工学的問題の解決に数学的才能を応用できることに「興奮」していたという。
「土星へのシングルステージ」という章では、 ダイソンの息子ジョージ は、父親の最初の貢献が、人間や機械の介入なしにすぐに停止する、本質的に安全な小型の核分裂炉の設計を支援することであったことを説明しています。 これは、 訓練、研究、同位体、ゼネラル・アトミックス(TRIGA)炉これは驚くべき成功を収め、世界中で 66 台が製造され、その一部は現在も稼働しています。
しかし、ゼネラル・アトミックスにおけるダイソンの最も興味深いプロジェクトは、決して軌道に乗りませんでした。 これは。。。でした オリオン計画、連続した核爆発を動力源とする宇宙船の建造を目的としていました。 ジョージ・ダイソンによれば、オリオン計画は、同年1957月にソ連がスプートニク衛星の打ち上げに成功したことへの対応として、XNUMX年末に開始された。 彼の父親は、原子力パルス推進が太陽系探査の実行可能な方法であると考えていたため、オリオン計画に取り組むために IAS を XNUMX 年間休暇を取りました。 カイザー氏は、ダイソン氏も同世代の多くの人々と同様に、ジュール・ヴェルヌなどの作家からインスピレーションを得て、幼少期に宇宙旅行の空想を抱いていたのではないかと示唆している。
当初の計画では、4000 発の核爆弾を搭載した 2600 トンの宇宙船で、1600 トンのペイロードを地球周回軌道に運ぶことができました。 このアイデアは、宇宙船の下で爆弾が爆発し、宇宙船を上方に飛ばすというものでした。 宇宙船が後退する前に、別の爆弾が宇宙船から投下され、爆発することになります。 このような計画は今では驚くべきことのように聞こえるが、ダイソンはこの計画を「実際の物理学と実際の工学」の観点から評価する多数の技術レポートを作成したとカイザー氏は言う。
ダイソンと同僚が答えなければならなかった主な疑問は、そのような宇宙船が粉々に吹き飛ばされることなく運用できるだろうかということでした。 そして、もし船の構造が生き残ることができたなら、乗組員は繰り返される放射線の爆風からどのようにして守られるのでしょうか? そこでダイソンの計算が登場しました。ダイソンと彼の同僚は、爆発する爆弾が推進剤を気化し、比較的タイトなジェットで宇宙船に向かって上向きに噴射するシステムを設計しました。 ジェット中の物質が宇宙船の底に衝突すると、太陽の表面よりも高い温度に達するプラズマが生成されます。
設計上の重要な考慮事項は、爆弾からの運動エネルギーを吸収する宇宙船上のプレートでした。 プラズマによる繰り返しの攻撃に耐えられるでしょうか? もう 1959 つの重要な問題は、ジェット内の放射線がプレートに衝突したときにどのように動作するか、つまり直進するのか、吸収されるのか、反射するのかということでした。 これらの両方に関して、ダイソンと同僚は自分たちの設計が健全であることを示すことができました。 ゼネラル・アトミックス社は、XNUMX 年に通常の爆発を使用してテストされた直径 XNUMX メートルのプロトタイプさえ製造しました。
愚かな決断を防ぐ
彼らの取り組みにも関わらず、プロジェクト オリオンは、いくつかのことが陰謀を企てたため、最終的には 1965 年に終了しました。 一つは、 アメリカ航空宇宙局(NASA)、原子力宇宙には興味がありませんでした。 もう一つは、 1963 年の核実験禁止条約、そのため、Project Orion のテストは不可能になりました。 サイエンスライターとして アン・フィンクバイナー 彼女は「ダイソン、戦争、そしてジェイソン家」の章で指摘していますが、ダイソンは当初実験禁止に反対していました。おそらく、それはオリオン計画の進行の終わりを意味するからでしょう。 しかし、検査数の増加は持続不可能であると認識したため、1963年までに考えを変え、禁止を支持した。
ジェイソン防衛諮問委員会 米国国防総省に科学的および技術的なアドバイスを提供するために 1960 年頃に集められた科学者のグループで構成されています。 ダイソンは最初に参加し、亡くなるまでメンバーでした。 最初、私は、イギリス空軍の爆撃機司令部が与えられた科学的助言にどのように対応したかについてのダイソンのひどい評決を見て、これは驚くべきことであると感じた。 しかし、ジェイソン委員会でカイザー氏が「世界の専門家」と評するフィンクバイナー氏は、ダイソン氏の爆撃機司令部での経験が、軍司令官が致命的な結果をもたらす愚かな決定を下すのを防ぐための「生涯にわたる取り組み」を決意するきっかけになったと指摘する。
ダイソン氏は、委員会の顧問として200年間にXNUMX以上の研究に取り組みました。 彼の仕事のほとんどは機密のままだが、フィンクバイナー氏によれば、その多くは実験禁止、ミサイル防衛、潜水艦戦争に関連したものであったという。 彼女が楽しんだ仕事の XNUMX つは、悪いアイデアを見つけてその実行を阻止する「レモン検出」だったという。 有名な例としては、「ニュートリノ検出入門 、原子力潜水艦が原子炉から放出される大量のニュートリノによって検出される可能性があることを示唆した人に渡されたパネル報告書。 実際、ダイソン氏は、この諮問グループがそのような不発プロジェクトを回避するのに役立ち、米国政府を数千億ドル節約したと考えている。
ダイソンは化学者でありサイエンスライターでもあったため、生命の起源に大きな関心を持っていました。 アシュトシュ・ジョガレカール 彼は「暖かい小さな池」の章で「代謝第一」仮説について説明しています。 分子がどのように自分自身のコピーを作成できるかを理解することに焦点を当てた、よりよく知られているレプリケーターファースト仮説とは異なり、代謝ファースト仮説では、化学反応のネットワーク(生命にとって不可欠なものなど)がどのように出現し、時間の経過とともに複雑さが増していくのかに注目します。
本物の物理学者のように、ダイソンは生命の出現を熱力学的状態の間の相転移として捉えました。この場合、その状態を彼は「エデンの園」と名付け、別の状態を彼は「熱い硫化物スープ」と呼びました。 ジョガレカール氏によると、ダイソンは自己複製に必要な精度を必要としないため、代謝第一主義の提唱者でした。 自分の研究の数学的正確さで有名な科学者にとっては皮肉なことですが、おそらくダイソンは、自然が自分ほど正確であることは決してあり得ないと認識していたのでしょう。
地球外エネルギー
ダイソンの生涯の説明は、おそらく彼の最も有名な概念であるダイソン球に関する章なしには完成しません。 これについては、宇宙生物学者で作家の「宇宙の予見者」という章で説明されています。 ケイレブ・シャーフ.
フリーマン ダイソン: 反抗的な物理学者の並外れた人生を探る
ダイソンは 1960 年に、技術的に高度な社会の進化について熟考しながら、自分の領域のアイデアを開発しました。 同氏は、そのような文明のエネルギー消費量は、その惑星が受ける恒星からの総放射量を上回るまで増加すると予想した。 そこで彼は、そのような文明はその星をダイソン球と名付けた巨大構造物で囲うことでエネルギーへの欲求を満たすだろうと結論づけた。 ダイソンは最初に球体について書いた 科学 1960年の雑誌、星のエネルギーをすべて取り込む、星を囲む中空の殻について説明します。
この球体はもともとダイソンが読んだ 1937 年の SF 小説にインスピレーションを得たものですが、このアイデアは宇宙開発に携わる天文学者によって非常に真剣に受け止められています。 地球外知的生命体の探索 (SETI)。 ダイソン氏が指摘したように、球体の存在は、私たちが観測する星から来る光に重大な影響を与え、その出力を地球から観測できる赤外線にシフトさせます。
ダイソンを科学の英雄として尊敬する多くの人々にとって、彼の人生には不可解な側面が一つあります。それは、気候変動に関する科学的合意からの彼の逸脱です。 2006年にダイソンが出版した 反逆者としての科学者その中で、人類が地球温暖化にどのように対応すべきかについての彼の見解は、科学的なコンセンサスとは異なっていた。 カイザーは序文の中でこの厄介な問題に正面から取り組んでいます。 カイザー氏は、ダイソン氏はこのテーマに50年間取り組んできたが、その間に彼の立場は大きく変わったと語った。
ダイソンは 1970 年代初頭に気候変動への取り組みを開始し、二酸化炭素レベルの上昇による潜在的な影響を特定し、植林や控えめな炭素税などの解決策を提案しました。 彼は 1990 年代までこのテーマに取り組み続けましたが、温室効果ガス排出削減のためのコンピュータ シミュレーションやトップダウンの政府政策の重視が強まることに反対し始めました。 2000年代に話が進むと、カイザー氏は、ダイソン氏は気候科学の研究から離れ、主に傍観者としてコメントしていたと述べた。 同氏が地球温暖化への懸念は「著しく誇張されている」と述べ、世界の国民は気候モデルの専門家に騙されていると言い始めたのはこの時だった。
カイザー氏は、ダイソン氏の敵意は、気候変動に対する現在の対応は人間第一ではなく自然第一であるという彼の見解から生じたと示唆している。 「彼は最後まで技術楽観主義者で、人類の創意工夫によってこの状況から抜け出せると考えていました」とカイザーは私に語った。 同氏はまた、「気候変動を真っ向から否定する人たち」がダイソン氏の見解を誤って伝えたにもかかわらず、ダイソン氏は記録を訂正しなかったとも述べている。
気候変動に関するダイソンの後者の見解は、ダイソンを大いに尊敬している人々にとっては残念に見えるが、ダイソンは権威に挑戦し、反対の見解を擁護するという最も得意なことを行っていたとカイザーは指摘する。
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