Juni Ishiwara - Jun Ishiwara

Juni Ishiwara
Geboren	( 1881-01-15 )15. Januar 1881 Tokio , Japan
Ist gestorben	19. Januar 1947 (1947-01-19)(im Alter von 66 Jahren) Präfektur Chiba , Japan
Staatsbürgerschaft	Japan
Alma Mater	Universität Tokio
Wissenschaftlicher Werdegang
Felder	theoretische Physik
Institutionen	Universität Tohoku
Doktoratsberater	Hantaro Nagaoka

Jun Ishiwara oder Atsushi Ishihara (石原 純; 15. Januar 1881 - 19. Januar 1947) war ein japanischer theoretischer Physiker, bekannt für seine Arbeiten zur elektronischen Theorie der Metalle, der Relativitätstheorie und der Quantentheorie. Als einziger japanischer Wissenschaftler, der einen originellen Beitrag zur alten Quantentheorie leistete , formulierte er 1915 unabhängig von anderen Wissenschaftlern Quantisierungsregeln für Systeme mit mehreren Freiheitsgraden.

Biografie

Jun Ishiwara wurde in der Familie des christlichen Priesters Ryo Ishiwara und Chise Ishiwara geboren. 1906 schloss er sein Studium an der Fakultät für Theoretische Physik der Universität Tokio ab , wo er Schüler von Hantaro Nagaoka war . Seit 1908 lehrte Ishiwara an der Army School of Artillery and Engineers und erhielt 1911 die Position eines Assistant Professors am College of Science der Tohoku University . Von April 1912 bis Mai 1914 absolvierte er eine Ausbildung in Europa – an der Universität München , der ETH Zürich und der Universität Leiden , wo er bei Arnold Sommerfeld und Albert Einstein arbeitete . Nach seiner Rückkehr in seine Heimat erhielt Ishiwara einen Professorenposten an der Tohoku-Universität und wurde 1919 für seine wissenschaftlichen Arbeiten mit dem Kaiserlichen Preis der Japan Academy ausgezeichnet .

Seit 1918 begann die wissenschaftliche Aktivität von Ishiwara zu sinken. 1921 musste er sich wegen einer Liebesbeziehung an der Universität beurlauben lassen und ging zwei Jahre später endgültig in den Ruhestand. Nach seiner Pensionierung widmete er sich hauptsächlich dem Schreiben und dem wissenschaftlichen Journalismus (in diesem Bereich war er einer der Pioniere in Japan), verfasste viele populäre Bücher und Artikel über die neuesten Errungenschaften der Wissenschaft. Ende 1922 empfing Ishiwara Einstein während seines Japan-Besuchs; er nahm eine Reihe von Reden Einsteins auf und veröffentlichte sie, darunter seine Kyoto-Ansprache, in der Einstein erstmals seinen Weg zur Entstehung der Relativitätstheorie darlegte. Die zweibändige Monographie von Ishiwara mit dem Titel "Fundamental Problems of Physics" war bei jungen Wissenschaftlern und Spezialisten sehr beliebt; er gab auch die erste vollständige Sammlung von Einsteins Werken heraus, die 1922-1924 in japanischer Übersetzung veröffentlicht wurde. Darüber hinaus war Ishiwara als Dichter bekannt, der Gedichte im Genre Tanka schrieb . Kurz vor Ausbruch des Zweiten Weltkriegs kritisierte er die staatliche Kontrolle über die Wissenschaft.

Wissenschaftliche Errungenschaften

Relativitätstheorie

Ishiwara war einer der ersten japanischen Gelehrten, der sich der Relativitätstheorie zuwandte; er schrieb den ersten wissenschaftlichen Artikel in Japan zu diesem Thema. In den Jahren 1909-1911 untersuchte er im Rahmen dieser Theorie eine Reihe spezifischer Probleme im Zusammenhang mit der Dynamik von Elektronen, der Lichtausbreitung in bewegten Objekten und der Berechnung des Energie-Impuls-Tensors des elektromagnetischen Feldes. 1913 leitete er auf der Grundlage des Prinzips der kleinsten Wirkung einen Ausdruck für diesen Tensor ab, der zuvor von Hermann Minkowski erhalten wurde . Ishiwara nahm an den Diskussionen der ersten Hälfte der 1910er Jahre (dem Jahrzehnt von 1910 bis 1919) teil, die der Entstehung der Allgemeinen Relativitätstheorie vorausgingen . Ausgehend von der skalaren Gravitationstheorie von Max Abraham und der damals populären Idee vom elektromagnetischen Ursprung der Materie entwickelte der japanische Physiker eine eigene Theorie, in der er versuchte, das elektromagnetische und das Gravitationsfeld zu vereinen, oder genauer gesagt, letzteres aus ersterem ableiten. Unter der Annahme, dass die Lichtgeschwindigkeit variabel ist und die Maxwell-Gleichungen entsprechend umgeschrieben wurden , zeigte er, dass eine solche Darstellung zu zusätzlichen Termen im Energie-Impuls-Erhaltungssatz führt, die als Gravitationsbeitrag behandelt werden können. Das Ergebnis stimmte mit Abrahams Theorie überein, aber später entwickelte Ishiwara seine Theorie in eine andere Richtung, um sie mit der Relativitätstheorie in Einklang zu bringen. Der Wissenschaftler unternahm auch Versuche, eine fünfdimensionale Theorie zur Vereinigung der Gravitations- und elektromagnetischen Felder zu erstellen.

Quantenphysik

In der ersten Arbeit über die Probleme der Quantenphysik (1911) leitete Ishiwara das Plancksche Gesetz ab und versuchte die Welleneigenschaften von Strahlung auf der Grundlage der Annahme, dass sie aus Lichtquanten besteht, zu begründen . Damit nahm er bestimmte Ideen von Louis de Broglie und Satyendra Nath Bose vorweg . Im selben Jahr unterstützte er die Hypothese von Lichtquanten als mögliche Erklärung für die Natur von Röntgen- und Gammastrahlen .

1915 war Ishiwara der erste nicht-westliche Wissenschaftler, der sich in einer veröffentlichten Arbeit auf die Bohrsche Atomtheorie bezog . Am 4. April 1915 legte er der Tokyo Mathematico-Physical Society den Artikel "Universelle Bedeutung des Wirkungsquantums" vor, in dem er versuchte, die Ideen von Max Planck über Elementarzellen zu vereinen im Phasenraum , die Idee der Quantisierung des Drehimpulses im Bohrschen Modellatom und die Hypothese von Arnold Sommerfeld über die Änderung des Wirkungsintegrals bei Quantenprozessen. Ishiwara schlug vor, dass die Bewegung eines Quantensystems mit Freiheitsgraden die folgende durchschnittliche Beziehung zwischen den Werten der Koordinaten ( ) und den entsprechenden Impulsen ( ) erfüllen sollte : , wobei die Planck-Konstante ist . Ishiwara zeigte, dass sich mit dieser neuen Hypothese einige damals bekannte Quanteneffekte reproduzieren lassen. So gelang es ihm, einen Ausdruck für die Quantisierung des Drehimpulses im Bohrschen Atom zu erhalten, der auch die Elliptizität der Elektronenbahnen berücksichtigt, obwohl aus seiner Theorie die Notwendigkeit folgte, die Ladung des Kerns des Wasserstoffatoms gleich anzunehmen auf zwei Elementarladungen. Als zweite Anwendung der vorgeschlagenen Hypothese betrachtete Ishiwara das Problem des photoelektrischen Effekts und erhielt eine lineare Beziehung zwischen der Elektronenenergie und der Strahlungsfrequenz gemäß der Einstein-Formel. Später im selben Jahr stellte Ishiwara eine weitere Hypothese auf, nach der das Produkt aus der Energie des Atoms und der Elektronenbewegungsdauer im stationären Zustand gleich der ganzen Zahl der Planck-Konstanten sein sollte. 1918 verband er das drei Jahre zuvor vorgeschlagene Postulat mit der Theorie der adiabatischen Invarianten . ${\displaystyle j}$${\displaystyle q_{i}}$${\displaystyle p_{i}}$${\displaystyle {\frac {1}{j}}\sum _{i=1}^{j}\int {p_{i}dq_{i}}=h}$${\displaystyle h}$

Ungefähr zur gleichen Zeit wurden von William Wilson und Sommerfeld unabhängig voneinander analoge Regeln zur Quantisierung von Systemen mit vielen Freiheitsgraden erhalten, die üblicherweise als Sommerfeld-Quantenbedingungen bezeichnet werden. Der Grund für den Fehler von Ishiwara, der sich in der Berechnung des Wasserstoffatoms manifestierte, war offenbar eine überflüssige Mittelung über die Anzahl der Freiheitsgrade (Dividieren durch vor der Summe). Gleichzeitig ermöglichte seine Quantenbedingung, die sich durch die Summation von der von Sommerfeld unterschied, unabhängig von der Wahl der Koordinaten korrekte Ergebnisse zu erhalten. Darauf hat Einstein 1917 hingewiesen, der, ohne die Arbeit von Ishiwara zu kennen, die gleiche Beziehung herleitete und zeigte, dass sie im Fall von trennbaren Koordinaten die Bedingungen von Wilson und Sommerfeld angibt. ${\displaystyle j}$

Publikationen auswählen

• Ishiwara, Juni (1909). "Zur Optik der bewegten ponderablen Medien". Tokyo Sugaku Buturi-gakkakiwi Kizi [Proceedings of Tokyo Mathematico-Physical Society] . 5 : 150–180. doi : 10.11429/ptmps1907.5.10_150 .
• Ishiwara, Juni (1912). "Beiträge zur Theorie der Lichtquanten". Wissenschaftliche Berichte der Universität Tohoku . 1 : 67–104.
• Ishiwara, Juni (1912). „Bericht über die Relativitätstheorie“. Jahrbuch der Radioaktivität und Elektronik . 9 : 560–648.
• Ishiwara, Juni (1912). "Zur Theorie der Gravitation". Physikalische Zeitschrift . 13 : 1189–1193.
• Ishiwara, Juni (1913). "Über das Prinzip der kleinsten Wirkung in der Elektrodynamik bewegter ponderabler Körper" . Annalen der Physik . 42 (15): 986–1000. Bibcode : 1913AnP...347..986I . doi : 10.1002/andp.19133471505 .
• Ishiwara, Juni (1914). „Die elektronentheoretische Begründung der Elektrodynamik bewegter Körper“. Jahrbuch der Radioaktivität und Elektronik . 11 : 167–186.
• Ishiwara, Juni (1914). "Die Grundlagen einer relativistischen und elektromagnetischen Gravitationstheorie". Physikalische Zeitschrift . 15 : 294–298, 506–510.
• Ishiwara, Juni (1915). „Zur relativistischen Theorie der Gravitation“. Wissenschaftliche Berichte der Universität Tohoku . 4 : 111–160.
• Ishiwara, Juni (1915). "Universelle Bedeutung des Wirkungsquantums". Tokyo Sugaku Buturi-gakkakiwi Kizi . 8 : 106–116. doi : 10.11429/ptmps1907.8.4_106 .
  • Kommentierte englische Übersetzung: Ishiwara, Jun (2017). „Die universelle Bedeutung des Wirkungsquantums“. Europäische Physikalische Zeitschrift H . 42 (4–5): 523–536. arXiv : 1708.03706 . Bibcode : 2017arXiv170803706P . doi : 10.1140/epjh/e2017-80041-1 . S2CID  59937705 .
• Ishiwara, Juni (1915). "Über den Fundamentalsatz der Quantentheorie". Tokyo Sugaku Buturi-gakkakiwi Kizi . 8 : 318–326. doi : 10.11429/ptmps1907.8.10_318 .
• Ishiwara, Juni (1918). „Ryoshi-ron I, II, III [Quantentheorie I, II, III]“. Tokio Butsuri-gakko Zasshi . 27 : 147–158, 183–195, 221–230.
• Ishiwara, Juni (1921). Sōtaisei Genri [Prinzip der Relativität] . Tokio.
• Ishiwara, Juni (1926). Butsuri-gaku no Kisoteki Sho-mondai [Grundprobleme der Physik] . Tokio: Iwanami-shoten.

Verweise

Quellen

• Abiko, Seiya (2015). "Ishiwaras Beiträge zur frühen Quantentheorie und zur Rezeption der Quantentheorie in Japan" : 1–8. Cite Journal erfordert |journal=( Hilfe )
• Hirosige, Tetu (1981). "Ishiwara, Jun". Wörterbuch der wissenschaftlichen Biographie . 7 . New York: Charles Scribners Söhne. P. 26–27.
• Mehra, Jagdisch; Rechenberg, Helmut (1982). Die historische Entwicklung der Quantentheorie. vol. 1, Teil 1: Die Quantentheorie von Planck, Einstein, Bohr und Sommerfeld: Ihre Grundlage und der Anstieg ihrer Schwierigkeiten, 1900-1925 . Springer.
• Nishio, S. (2011).科学ジャーナリズムの先駆者――評伝 石原純 [Pionier des Wissenschaftsjournalismus: Biographie von Jun Ishiwara] . Iwanami.
• Pelogia, Karla; Brasilien, Carlos Alexandre (2017). "Analyse des Jun Ishiwara's "Die universelle Bedeutung des Quantums der Aktion " ". Europäische Physikalische Zeitschrift H . 42 (4–5): 507–521. arXiv : 1708.04676 . Bibcode : 2017EPJH...42..507P . doi : 10.1140/epjh/e2017-80034-x . S2CID  119208278 .