2020年8月6日木曜日

亀淵氏のハイゼンベルクと湯川に関するエッセイを読んで -6- (On Reading Kamefuchi's Essay about Heisenberg and Yukawa -6-)

[The main text of this post is in Japanese only.]

本記事の文献 [25–28]
References [25–28] of this article.

4 理論物理学研究の相異なる方式

 亀淵氏はハイゼンベルクや湯川の晩年の研究が未完のままに終わった理由を説明するために、理論物理学研究の方式を "上昇的" と "下降的" に分けている。"上昇的" 方式は、「理論を基礎から積み上げてゆく」もの、"下降的" 方式は「既存の理論体系を遥かに越える高所に原理的な仮説を措定し、そこから下降して諸々の物理法則を演繹しようと試みる遣り方」で、「直感とか類推に頼る他はなく、客観性・必然性を欠き失敗する場合が多い」と説明している。そして、ハイゼンベルクも湯川も、研究経歴の前半は "上昇的" によって成果を挙げたが、後半には "下降的" に転じたと見る。

 理論物理学研究方式の同様な分類は南部陽一郎も述べている [25, 26]。亀淵氏が一人の研究者に対しても前半と後半で方式が変わり得るという見方であるのに対し、南部の場合は各方式が研究者に固有であるかのように、方式名に研究者の固有名詞が当てられている。ただし、これは各研究者の代表的成功研究の方式という意味と解釈すべきであろう。南部の分類は [25] においては "Yukawa mode" と "Dirac mode" であった。その説明としては、この分類を紹介しているミチオ・カクとジェニファー・トンプソンによる本 [27] の、簡潔な表現を紹介する。
The Yukawa mode is deeply rooted in experimental data. Yukawa was led to his seminal idea of the meson as the carrier of the nuclear force by closely analyzing the data available to him. The Dirac mode, however, is the wild, speculative leap in mathematical logic that led to astonishing discoveries, such as Dirac's theory of antimatter or his theory of the monopole [...]. Einstein's theory of general relativity would fit into the Dirac mode. ([27] p. 85)

 のちに南部はこれを修正して、三つの型に分けた [26]。それぞれについての説明は次の通りである。
  1. アインシュタイン型(上から下へ、top down):「自然はこういう原理に従う筈だ」と仮定して理論を創る。例:アインシュタインの重力理論(一般相対性理論)「一般に空間は曲がっていてもよい」と仮定。
  2. 湯川型(下から上へ、bottom up):「新しい現象の背後には、深い理由は別にして、何か新しい場や粒子がある」という作業仮定から出発する。例:湯川の中間子論、パウリのニュートリノ仮説。
  3. ディラック型(天下り型):数学的に美しい理論は真であるとする。例:ディラックのモノポール理論、現在探究されている超対称性理論や超弦理論。
文献 [25] の段階ではディラック型の一例だったアインシュタインの一般相対性理論が、独立の型に昇格した。その結果、アインシュタイン型(top down)と湯川型(bottom up)は、亀淵氏の "下降的" と "上昇的" に符号することになった。ディラック型の例について、南部はモノポールの存在は場の量子論の自然な帰結であることが分かったが、まだ実証されていないと述べ、また、超対称性理論や超弦理論の研究が目下盛んであることから、「現在はまさにディラック・モードの全盛期」といっている。しかし、その成否もまだ不明であり、素粒子・高エネルギー物理学理論の将来はどうなるのか、なかなか目が離せない。

 ところで、アインシュタインの一般相対性理論が完全に top down 型といえるかどうか、私は疑問に思う。彼が一般相対性理論を創ることを思いつく出発点には、「例えば屋根から、自由落下する観察者を考えれば、彼にとっては、少なくともその近傍には、落下中、重力場は存在しない」という思考実験のあったことが知られている ([28], p. 78) からである。亀淵氏も、研究経歴の「後半に至って下降的に転ずる」ことについて、「アインシュタインも同様であった」として、重力場と電磁場の統一を目標に晩年の 30 年を浪費したことを述べてはいるが、一般相対性理論の時から下降的であったと記してはいない。

 ちなみに、カクとトンプソンの本 [27] には、南部による最初の 2 分類を合わせた型が、南部の 65 歳の誕生日(1985 年)を記念して、仲間たちから「南部モード」と名づけられたという話がある。その説明の一部を引用しておく。
 [...] This mode combines the best features of both modes of thinking and tries carefully to interprete the experimental data by proposing imaginative, brilliant, and even wild mathematics. The superstring theory owes much of its origin to the Nambu mode of thinking.
 Perhaps some of Nambu's style can be traced to the clash of Eastern and Western influences represented by his grandfather and father. [...] ([27] p. 85)

 謝辞
 豊田直樹・東北大名誉教授から、2.5 節で引用した、パウリの講演に対してボーアが批判した話が文献 [10] にあることの教示を得たほか、本稿の話題についてのメール交換で、いろいろ有益な示唆を受けた。ここに記して感謝申し上げる。

 文献
  1. Y. Nambu, "Direction of particle physics," in Proc. Kyoto Int. Symp.: The Jubilee of the Meson Theory, Kyoto, Aug. 15–17, 1985, edited by M. Bando, R. Kawabe, and N. Nakanishi; Prog. Theor. Phys. Suppl. No. 85, 104 (1985).
  2. 南部陽一郎, 素粒子物理学の 100 年 (国際高等研, 京都府相楽郡, 2000).
  3. M. Kaku and J. Thompson, Beyond Einstein: The Cosmic Quest for the Theory of the Universe (Oxford University Press, Oxford, N. Y., 1997; first edition, Bantam, 1987).
  4. G. Holton, "What, precisely, is "thinking"? ...Einstein's answer," in Einstein, History, and Other Passions (AIP Press, Woodbury, 1995) p. 74. [See also "On trying to understand scientific genius," in Thematic Origins of Scientific Thought: Kepler to Einstein, Revised edition (Harvard University Press, Cambridge, Mass., 1988) p. 371.]
(完)

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