物理学への道標

こんにちはコウジです。
半年ごとの既存記事見直しの作業です。
今回は中世19世紀に概念・手法を確立していった偉人を紹介します。
では、ご覧ください。内容を整理し、リンクを見直しました。

↑ Credit ; Wikipedea ↑

ドラえもんの理科面白後略
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H・A・ローレンツ【1853年7月18日生まれ ~ 1928年2月4日没】

ライデン大学のローレンツ

名は Hendrik Antoon Lorentz。オランダのアーネムに生まれ、後に
Leiden University（ライデン大学）で学位を取得し、さらに同大学の理論物理学の教席
(Chair of Theoretical Physics) に就き、長年にわたり研究と教育に携わりました。 ウィキペディア+1

ローレンツの主な業績

• 電気・磁気・光 (電磁気学) を統一的に記述する理論 (当時は “Maxwell–Lorentz 理論”)
  を完成させ、荷電粒子に働く力を記述する式として Lorentz force（ローレンツ力）
  を導入しました。これにより、磁場中を動く電子など荷電粒子の運動を定量的に
  扱えるようになりました。 アストロノー+1

• さらに、1890〜1900年代にかけて、光や電磁現象を記述するため
  異なる慣性座標系間での変換を研究し、時間と空間を変換する現在でいう
  Lorentz transformation を導入。これによって、電磁気学の方程式が
  異なる運動系でも同じ形を保てるようになりました。 ウィキペディア+2PubMed+2

• また、これらの理論 (電子論、電磁気学) は、後の Special Relativity や量子論など、20世紀物理学の土台となる重要な “橋渡し” を果たしました。ローレンツは、電磁気学という “古典理論” の枠組みを整えつつ、相対性や量子といった新しい理論への道を開いた人物の一人です。 PubMed+1

ローレンツの栄誉
彼は 1902 年に Nobel Prize in Physics を Pieter Zeeman と共同で受賞。
これは “磁場が放射 (光) に与える影響 (ゼーマン効果の理論的解釈)”
に関する研究によるものでした。 ウィキペディア+1
その他にも、英国王立協会 (Royal Society) 外国フェロー選出、同協会の
コプリ―・メダル受賞など、多くの栄誉を得ています。 ウィキペディア+1

理論の正確な位置づけ
ローレンツの理論は、当時一般的だった “エーテル (luminiferous ether)” 仮説を
前提にしていました。その上で、ローレンツ変換や「局所時間 (local time)」などの
概念を導入することで、光や電磁現象を異なる運動系でも矛盾なく
説明できるようにしたのです。 ウィキペディア+1
しかし、「光速度不変の原理 (光速はどの慣性系でも同じ)」を理論的な “前提 (公理)”
として定式化したのは主にアルベルト・アインシュタインであり、
ローレンツの理論はその土台または
先行研究の一部と理解するのが歴史的・理論的により正確です。また、
後代の理論物理学者たち、特にアルベルト・アインシュタインは、ローレンツを “

私の人生で出会った最も重要な人物の一人” と評した、という逸話もあります。
PubMed+1

 

ランデン大学では他に、

エンリコ・フェルミ、
西周（日本の哲学者）、
ヘイケ・カメリー・オネス_
アルベルト・アインシュタイン、
クリスティアーン・ホイヘンス 、
フィリップ・シーボルト（博物学者）、
ポール・エーレンフェスト

が学んだり、教えたり、議論をしたりしていました。

他、オランダで個人的に関心があるのは

デルフト工科大学です。そこは現在、

低温物理学で有名な拠点ですので別途、

機会があれば取りあげたいと思います。

ローレンツの主な業績

さて話戻ってローレンツですが、

電気・磁気・光の関係を解きほぐしました。

手法としては座標系の変換を効果的に使います。

特にアインシュタインが特殊相対性理論

を論じる際に起点の一つとして使った、

「光速度不変の定理」はローレンツが導いた

変換に関する考察があって成立しています。

ローレンツの人脈

ローレンツとアインシュタインはエーレンフェストの家でよく語り合っていたと言われています。時間が出来たら寄合って、その時々の関心のある議題について語り合っていたのでしょう。有益な夜の時間が過ごせたはずです。このブログで今ご紹介している写真はそんな中での風景です。きっと。

ローレンツの業績は、電磁気学、電子論、

光学、相対性理論と多岐にわたります。

弟子のゼーマンが電子に起因するスペクトル線

が磁場中で分裂する事実を示した時には

理論的論拠を与えノーベル賞を受けています。

荷電粒子を考えた時には

①静電場からの力が働き
②静磁場からの力が働き
③電場中で速度ｖで働くとき力が働き、

その総和としてローレンツ力が表現されます。

また、ローレンツ変換は相対論を語る時の

基礎になっています。更に、双極子の性質を表

すローレンツ・ローレンツの式などでローレンツは

名前を残しています。その中で

特に印象深い業績はやはり変換に関する物でしょう。

ローレンツの独自性

ローレンツは座標系の変換の中で局所時間
と移動体の長さの収縮を議論していきます。そこから、
「ローレンツ収縮」といった言葉も生まれてます。
理論への要請として、
マイケルソン・モーレの実験を理論から
説明するには光速度普遍の枠組みで
事実を組み立てなければなりません。
これが可能な理論的土台として
ローレンツ変換は秀逸だったのです。

最後に、そのご臨終の話を語りたいと思います。

ローレンツの葬儀当日は追悼の意を込め、

オランダ中の電話が3分間電話が止められました。

英国王立協会会長だったアーネスト・ラザフォードが

お別れの言葉を述べる中で多くの人が

ローレンツを惜しみました。

〆

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最近全て返事が出来ていませんが
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2020/10/24_初版投稿
2025/12/31_改定投稿

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（2021年9月時点での対応英訳）

Lorenz of Leiden University

Its name is Hendrik Antoon Lorentz to be exact. Leiden University is famous for physics in the Netherlands, and Lorenz is from there. Ehrenfest will open the colloquium later, but one of the people who nurtured such a university in terms of theory is Lorenz. Besides at this university

Enrico Fermi,
Nishi Amane (Japanese philosopher),
Heike Kamerlingh Ones_
Albert Einstein,
Christiaan Huygens,
Philipp Siebold (naturalist),
Paul Ehrenfest

Was learning, teaching, and discussing. Another personal interest in the Netherlands is the Delft University of Technology. It is currently a well-known base for cryogenic physics, so I would like to take up it if there is another opportunity.

Lorenz’s main achievements

Now back to Lorenz, I unraveled the relationship between electricity, magnetism, and light. His technique is to effectively use coordinate system transformations.

In particular, the “light velocity invariant theorem” that Einstein used as one of the starting points when discussing special relativity was established with consideration of the transformation derived by Lorenz. Of course, Einstein praised his personality and achievements and described Lorenz as “the most important person he met in his life.”

Lorenz connections

Lorenz and Einstein are said to have often talked at Ehrenfest’s house. When I had time, I would have come together and talked about the agenda of interest at that time. You should have had a good night time. The photos I’m introducing in this blog are the scenery in such a situation.

Lorenz’s achievements range from electromagnetism, electron theory, optics, and theory of relativity. When his disciple Zeeman showed the fact that electron-induced spectral lines split in a magnetic field, he gave a theoretical rationale and received the Nobel Prize. When he thought of charged particles

① Force from electrostatic field works
② Force from static magnetic field works
③ When working at speed v in an electric field, force works,

Lorentz force is expressed as the sum. Lorentz transformations are also the basis for talking about relativity. In addition, Lorentz has left its name in the Lorentz-Lorenz formula, which expresses the properties of dipoles. The most impressive of these is probably the one related to conversion.

Lorenz’s uniqueness

Lorenz discusses the contraction of local time and mobile length in the transformation of the coordinate system. From there, the word “Lorentz contraction” is also born. As a request to his theory, to explain Michaelson Moret’s experiment from theory, we must construct the facts in the framework of universal light velocity. The Lorentz transformations were excellent as the theoretical basis for this.

Finally, I would like to tell you the story of the end.

On the day of Lorenz’s funeral, telephone calls throughout the Netherlands were suspended for three minutes in memory. Many missed Lorenz as Ernest Rutherford, president of the Royal Society, said goodbye.

こんにちはコウジです。
半年ごとの既存記事見直しの作業です。
今回は中世19世紀に概念・手法を確立していった偉人を紹介します。
では、ご覧ください。内容を整理し、リンクを見直しました。
現時点での英訳も考えています。
（以下原稿です）

（Oliver Heaviside, 1850年5月18日- 1925年2月3日）

出展：Wikimedia Commons「Oliver_Heaviside2」

オリヴァー・ヘヴィサイド（1850–1925）は、
大学にも研究機関にも属さず独学で活躍した
イギリスの電気技師・物理学者です。
後に名誉博士号を受けたのでゲッチンゲン大学の写真
を使っています。イングランドで研究をした学者です。

難聴を抱えながら、インピーダンスや演算子法の導入、
マクスウェル方程式の再構成など、電気通信と物理数学に
進展をもたらしました。彼は生涯の大半で、科学の権威と
戦い続けたのです。その中で電気通信、数学、科学の
あり方を変えた人物でした。

ヘヴィサイドは、電磁気論において次のような造語を行った^[45]。

• コンダクタンス：アドミタンスの実数部、抵抗の逆数（1885年9月）
• 透磁率(permeability)（1885年9月）
• エラスタンス：パーミタンスの逆数、キャパシタンスの逆数（1886年）
• インダクタンス（1886年2月）
• インピーダンス（1886年7月）
• パーミタンス：現在のキャパシタンス（1887年6月）
• 誘電率(permittivity)（1887年6月）
• アドミタンス：インピーダンスの逆数（1887年12月）
• リラクタンス（1888年5月）
• エレクトレット：永久磁石の電気的類似体。強誘電体など準永久的な電気分極を示す物質

ヘヴィサイドは、サセプタンスとリアクタンスを造語した人物
として誤って扱われることがあります。しかし、前者は
チャールズ・プロテウス・スタインメッツの造語
によるものであり、後者はM. ホスピタリエによるものです。

ヘヴィサイドを考えてみたら、きっとガッツと粘り強さ
に長けた人物だったのだろうと思えます。
出来ることなら彼と語ってみたい。イギリスには
そうした人物が昔から居るのでしょう。ファラデー然り。
ヘビサイトはロンドンのカムデン・タウン、
キングス・ストリート55番地（現在のプレンダー・ストリート）
に生まれました。

オリヴァー・ヘヴィサイドは製図技師で木版画家の父トーマスと母レイチェルのもと、3人兄弟の末っ子として生まれた。幼少期に猩紅熱で聴覚障害を負い、13歳で一家はカムデンに移住、グラマースクールに進学。成績優秀だったが、16歳で退学し、その後は独学で学び続けました。

叔父チャールズ・ホイートストン卿（電信の共同発明者）は彼の教育に関心を持ち、1867年に甥を電信会社に送り出しました。彼はその後、グレート・ノーザン・テレグラフ社でケーブル敷設に従事し、電気技師としての経験を積みました。

22歳までに科学雑誌に論文を発表し、ウィリアム・トムソンやマクスウェルらから注目を集めたのです。また、英国電気工学会への入会を拒否されるも、トムソンの推薦により入会が認められました。1873年、彼はマクスウェルの『電気磁気論』と出会い、その後の研究に大きな影響を受けることとなるのです。

老年になってヘヴィサイドはこう回想しています：

私が若かった頃、マクスウェルの偉大な論文を
初めて見たときのことを覚えている...。
私はこの本が偉大で、より偉大で、最も偉大
(it was great, greater, and greatest)で、その力には
計り知れない可能性があることを知った...。
私はこの本をマスターしようと決心し、
作業に取り掛かった。私はとても無知だった。
数学的解析の知識はまったくなく
（学校の代数学と三角法しか習っておらず、
ほとんど忘れていた）、そのため私の作業は
私のためだけにあるようなものだった。

可能な限り理解できるようになるまで、
数年かかった。その後、私はマクスウェルの論文を
脇に置き、自分の道を歩んだ。そして、
私はもっと早く前進した......。
私が私なりのマクスウェルの解釈に従って
福音を宣べ伝えていることは
ご理解いただけるだろう
【Sarkar, T. K.; Mailloux, Robert; 
Oliner, Arthur A.;Salazar-Palma, M.; 
Sengupta, Dipak L. (30 January 2006).】

ヘヴィサイドの中年期：自宅研究と技術革新

1874年に電信技師の仕事を辞め実家へ戻った
ヘヴィサイドは、被雇用者としての唯一の期間
を経て自宅で研究に没頭。彼は伝送線路理論や
表皮効果の解明、マクスウェル方程式の
ベクトル解析への再定式化、そして微分演算子法の開発
などで電気通信技術に革新をもたらしました。

自宅での研究生活と伝送線路理論

1874年以降、実家で独学を続けたヘヴィサイドは、電信線路における「インダクタンス」が減衰や歪みを抑え、すべての周波数の電流伝搬速度を均一化することを数学的に示しました。この成果は、電信回線の無歪み伝送に大きく寄与しました。

業界紙への執筆と理論の基礎形成

1882年から1902年にかけ、業界紙『The Electrician』に
定期的に記事を寄稿し、わずかな報酬ながらも
慎ましい生活を送りつつ、後の『電磁気理論』や
『電気論文』の基礎となる研究成果を積み上げました。

発明と数理手法の革新

1880年、表皮効果の研究と同軸ケーブルの特許取得
に始まり、1884年にはマクスウェル方程式を20の方程式から
4つの微分方程式に再定式化。さらに、微分演算子を用いた
演算子法を確立し、微分方程式の直接解法を提案しました。

後に、厳密さに欠けるとして同提案は
大きな論争を引き起こしました。ヘヴィサイドは
この問題について有名な言葉を残しています。

Mathematics is an experimental science, 
and definitions do not come first, but
 later on. They make themselves, when 
the nature of the subject has developed itself.

（数学は実験科学であり、定義は最初に来るのではなく、
後から来るのである。定義というものは、
対象の本質そのものが明らかになったときに、
自ずと生まれるものなのである。）

Shall I refuse my dinner because I do not fully
 understand the process of digestion?

（消化のプロセスを十分に理解していない
からといって、夕食を断ろうか？）

ヘヴィサイドの革新的研究とその試練

オリヴァー・ヘヴィサイドは、兄アーサーと共に取り組んだ
「電話のブリッジシステム」の論文で、電信線に
コイルを加える提案を行いましたが、上司である
ウィリアム・ヘンリー・プリースにより阻止され、
激しい対立を生みました。

その後、彼の研究は
長らく評価されず、AT&Tの科学者たちによって
検証・発展され、特許申請の対象とされるも、
彼自身は自身の業績が正当に認められるまで
金銭的な補償を拒否しました。この挫折を契機に、
ヘヴィサイドは電磁放射に関する研究へと舵を切り、
移動する電荷の周囲で起こる現象の解明や、
ローレンツ力の正しい導出、さらに
電磁質量の概念の確立に取り組みました。

対立と評価：電話ブリッジシステムの試み

1887年、ヘヴィサイドは兄アーサーと共に
「電話のブリッジシステム」について論文を執筆しましたが、
その一部提案、すなわち電話線と電信線にコイルを
追加して自己インダクタンスを増大させる案は、
当時の伝送理論において自己インダクタンスを
伝送の大敵とみなしていたウィリアム・ヘンリー・プリース
によって阻止されました。ヘヴィサイドは、プリースが
自身の業績を守るために研究を抑圧していると考え、
両者の間には長い敵対関係が生じました。

電磁放射と運動量変化の先駆的研究

その後、ヘヴィサイドは1888年と1889年の論文で、
移動する電荷の周囲で生じる電場と磁場の変形、
さらに密度の高い媒質に入った際の影響を計算し、
現代でいうチェレンコフ放射やローレンツ力の
磁気成分の正しい導出に成功しました。
これらの研究は、電磁気学の新たな展開に大きな影響を与え、
後の物理学の進歩に寄与しました。

電磁質量と数理手法の革新

1880年代後半から1890年代前半にかけ、ヘヴィサイドは
電磁質量の概念に取り組み、物質質量として
電磁的効果を捉える理論を提案しました。
彼の数理手法は、微分演算子を用いた直接解法
（後のラプラス変換法の先駆け）としても知られ、
後にヴィルヘルム・ヴィーンによって低速領域で
検証されるなど、現代の理論物理学に多大な影響を与えました。

---

ヘヴィサイドの主要成果まとめ

• 電話ブリッジシステムの提案と対立

  • 電信線にコイル追加の提案が上司によって阻止

  • プリースとの激しい敵対関係が形成

• 電磁放射の先駆的研究

  • 移動電荷周囲の電場・磁場変形を理論的に解明

  • チェレンコフ放射、ローレンツ力の正しい導出に寄与

• 電磁質量の概念と数理手法の革新

  • 電磁質量を物質質量として取り扱う理論を提案

  • 微分演算子を用いた解法の確立で
    後の理論物理学に影響を与えた

1891年、英国王立協会はヘヴィサイドの電磁気現象の
数学的記述への貢献を認め、王立協会フェローに任命しました。
翌年には同協会のPhilosophical Transactionsの
50ページ以上を彼のベクトル手法と電磁気論に割きました。

1896年春、フィッツジェラルドとジョン・ペリーは、
以前に王立協会からの援助申し出を断っていました
ヘヴィサイドを説得し、年間120ポンドの
下賜年金を受け取ることを承諾させました。

伝えられるところによると、優秀な科学者たちが
彼の隠れ家を脅かし、
年金受給を強制させたという逸話があります。1896年に父の死去を機に
初めて一人暮らしとなり、1897年にペイントンから
ニュートン・アボットへ移住しました。
1902年には、後に「ケネリー・ヘヴィサイド層」
と呼ばれる電離層の存在を提唱し、
その後の電波伝播理論に大きな影響を与えたのです。

孤独と移住の始まり

以下年代順に項目にまとめご説明致します。

• 1896年、父の死後、初めて一人暮らしとなる。
• 1897年、ペイントンからニュートン・アボットへ移住し、
  新たな生活を開始。

科学的提案と栄誉

• 1902年、電離層の存在（ケネリー・ヘヴィサイド層）を提唱し、
  電波が地球の曲率に沿って伝達されることを示唆。
• 1905年、ゲッティンゲン大学から名誉博士号を授与。
• 1912年、ノーベル物理学賞の最終候補に7回ノミネート（1904～1914）。
• 1922年、創設されたファラデー・メダルの初受賞者となります。

最期の悲劇と遺産の保存

• 1908年、ニュートン・アボットからトーキーへ移住。
• 1924年、屋根修理中に11フィートの梯子から落下し
  重傷を負い、1925年2月3日に亡くなる。
• 彼はペイントン墓地に父母とともに埋葬され、
  2005年に墓石が匿名の篤志家により修復された。

ヘヴィサイドの墓。【出典：Wikipedia】

英国工学技術学会が称えるヘヴィサイドの偉業

電磁気学や通信理論の発展に大きく貢献したオリヴァー・ヘヴィサイドは、その生前・没後にわたり英国の工学界から高く評価されてきました。彼の功績は、英国工学技術学会（IET）による顕彰や記念アーカイブの保存に見ることができます。この章では、彼の業績がいかに後世に評価され、学術的にも記録され続けているかを詳しく見ていきます。

IETアーカイブセンターに残るヘヴィサイドの軌跡

ロンドンにあるIET（The Institution of Engineering and Technology）アーカイブセンターは、ヘヴィサイドに関する豊富な一次資料を所蔵しています。

具体的には、数式ノート、草稿、通信文、そして彼の主著『電磁気理論（Electromagnetic Theory）』の原稿などが保管されており、研究者はこれを通じて彼の思考の軌跡を辿ることが可能です。特に、ベル電話研究所のオリヴァー・E・バックリーによる1950年の追悼音声もデジタル化されており、IETのバイオグラフィーアーカイブから視聴できます。

名誉会員とファラデー・メダル授与による生前の評価

1908年、当時の電気技術者協会（IEE、後のIET）は、ヘヴィサイドに名誉会員資格を授与しました。これは同会が選定する最も名誉ある称号のひとつであり、彼の理論的業績がいかに高く評価されていたかを物語っています。さらに、1922年には、IEE創設のファラデー・メダル第1回受賞者として選ばれました。この賞は、電気・電子工学における最高の栄誉のひとつとされています。

ヘヴィサイド・プレミアム賞による永続的な記念

1950年、IETはヘヴィサイドの功績を恒久的に称えるため、「ヘヴィサイド・プレミアム賞（The Heaviside Premium）」を創設しました。

この賞は、毎年もっとも優れた数学論文に対して授与されるもので、彼の理論的影響が現在も研究者にインスピレーションを与えている証です。賞金額は当初10ポンドとされていましたが、その意義は金額を超えて、ヘヴィサイドという存在を後世に伝える役割を担っています。

---

革新をもたらしたヘヴィサイドの発明と理論

電磁気理論、微分方程式、信号伝送、関数解析など、多くの分野においてオリヴァー・ヘヴィサイドは革新的なアイデアを提唱し、理論と実用の橋渡しを行いました。本章では、彼が生み出した代表的な発明・理論的業績をピックアップし、現代にも通じるその影響力を探ります。

マクスウェル方程式の再定式化とベクトル解析の普及

マクスウェルの元の電磁気方程式は20個のスカラー式で構成され、非常に複雑でした。ヘヴィサイドはベクトル解析の演算子「回転（curl）」や「発散（divergence）」を導入し、これを4つのベクトル方程式に再構成しました。

これにより、電磁気学の理解と教育は格段に効率化され、現代の「マクスウェル方程式」の原型となっています。物理学と工学の間の橋渡しとなったこの業績は、彼の最大の功績のひとつといえるでしょう。

ヘヴィサイド階段関数・デルタ関数の導入

ヘヴィサイド階段関数は、電気回路のオン/オフ切り替えを数学的に表現するために考案されたもので、制御工学や信号処理に欠かせないツールです。

さらに彼は、現在「ディラックのデルタ関数」として知られる単位インパルス関数を、応用的に使用した最初の人物でもあります。ディラックが物理的解釈を与える以前から、ヘヴィサイドは工学的な直感によってこの関数を扱っていたのです。

信号伝送理論と通信工学への応用

ヘヴィサイドは、電信ケーブルを通じて信号をより速く・正確に伝えるための「伝送線路理論」を構築しました。これは、後に「電信者の方程式（telegrapher’s equations）」と呼ばれ、通信工学の基礎理論として今なお使われています。

彼の理論によって、当時は1文字の伝送に10分かかっていた大西洋横断電信ケーブルの速度が、1分間に1文字にまで向上しました。また、彼はインダクタンス（コイル）をケーブルに直列に挿入することで信号損失を軽減できることも示し、実用的改善をもたらしました。

〆

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[2025年4月時点での対応英訳]

Oliver Heaviside
(May 18, 1850 – February 3, 1925)

Oliver Heaviside (1850–1925) was a British electrical engineer and physicist who made significant contributions through self-study, without being affiliated with any university or research institution. Although he was later awarded an honorary doctorate, a photograph from the University of Göttingen is often used in association with him. He conducted his research in England.

Despite suffering from hearing loss, Heaviside advanced the fields of electrical communication and mathematical physics by introducing concepts such as impedance and the operational calculus, and by reformulating Maxwell’s equations. Throughout most of his life, he stood in opposition to the scientific establishment, yet he transformed the fields of electrical communication, mathematics, and science itself.

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Heaviside’s Achievements and Inventions

Reformulation of Maxwell’s Equations and the Evolution of Vector Analysis

Heaviside’s most renowned achievement was his reformulation of James Clerk Maxwell’s complex system of equations in electromagnetism into a modern, simplified form. The original framework consisted of 20 variables and 20 equations, forming a highly intricate structure. Heaviside utilized vector analysis—specifically, operations such as curl and divergence—to reduce these to just four equations.

This reformulation significantly enhanced compatibility with the later developments in quantum physics. Additionally, he found the negative squares in quaternions intuitively uncomfortable, which led him to influence the development of hyperbolic quaternions as an alternative.

Prediction of Gravitational Waves and Pioneering Use of Step Functions

Based on his knowledge of electromagnetism, Heaviside discussed the possibility that gravity, like light, could propagate as waves—a visionary insight more than 20 years before Einstein’s general theory of relativity.
He also devised Heaviside’s step function, used to describe the behavior of current when a switch is activated in an electrical circuit. Furthermore, he was the first physicist to introduce what is now known as the Dirac delta function (unit impulse function) into practical use in physics.

Revolutionary Contributions to Communication Technology and Mathematical Methods

Heaviside independently developed the operational calculus method to solve differential equations, which was later formalized mathematically in connection with the Laplace transform and Bromwich integrals.
He developed the transmission line theory to suppress signal degradation in telegraph lines. Most notably, for the transatlantic cable, his innovations improved communication efficiency more than tenfold—from one character every 10 minutes to one per minute.

This breakthrough was based on the idea of connecting coils (inductors) in series with the line.
Heaviside also independently discovered the Poynting vector, which describes the flow of electromagnetic energy.

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Summary of Heaviside’s Major Contributions

✅ Reformulated Maxwell’s equations and introduced vector analysis
✅ Predicted the existence of gravitational waves (prior to Einstein)
✅ Practical application of step functions and delta functions
✅ Developed operational calculus to solve differential equations
✅ Greatly improved communication efficiency via transmission line theory
✅ Independently derived the Poynting vector (electromagnetic energy flow)
✅ Predicted the existence of the Kennelly–Heaviside layer (ionosphere)

---

Terminology Introduced by Heaviside in Electromagnetism

Heaviside coined several terms in electromagnetism, including the following:

• Conductance: The real part of admittance, inverse of resistance (September 1885)

• Permeability (1885)

• Elastance: Inverse of permittance, or inverse of capacitance (1886)

• Inductance (February 1886)

• Impedance (July 1886)

• Permittance: Now known as capacitance (June 1887)

• Permittivity (June 1887)

• Admittance: Inverse of impedance (December 1887)

• Reluctance (May 1888)

• Electret: Electrical analog of a permanent magnet; materials like ferroelectrics that exhibit quasi-permanent electric polarization

It is sometimes mistakenly stated that Heaviside coined the terms susceptance and reactance, but in fact, susceptance was coined by Charles Proteus Steinmetz, and reactance by M. Hospitalier.

Oliver Heaviside’s Early Life

When thinking about Heaviside, one might imagine a man full of grit and perseverance. If possible, I’d love to have a conversation with him. Perhaps England has long been a land of such individuals—Michael Faraday comes to mind. Heaviside was born at 55 King’s Street (now Prender Street) in Camden Town, London.

Oliver Heaviside was the youngest of three brothers, born to Thomas, a draftsman and wood engraver, and his wife Rachel. In his early childhood, he contracted scarlet fever, which left him partially deaf. At age 13, his family moved to Camden, where he entered a grammar school. Though he performed well academically, he left school at 16 and continued his studies through self-education.

His uncle, Sir Charles Wheatstone—a co-inventor of the telegraph—took an interest in Oliver’s education and, in 1867, arranged for him to work at a telegraph company. There, Heaviside gained practical experience as an electrical engineer, working on cable installations at the Great Northern Telegraph Company.

By the age of 22, he had already published papers in scientific journals, attracting the attention of prominent figures like William Thomson (Lord Kelvin) and James Clerk Maxwell. Although he was initially rejected by the Institution of Electrical Engineers, he was later admitted through Thomson’s recommendation. In 1873, Heaviside encountered Maxwell’s Treatise on Electricity and Magnetism, a discovery that would profoundly influence his future research.

In his old age, Heaviside reflected:

“I remember when I was young and first came across Maxwell’s great paper…
I realized that this book was great, greater, and greatest, and that its power had unimaginable potential…
I resolved to master it and began my work. I was very ignorant.
I had no knowledge of mathematical analysis (I had only learned school algebra and trigonometry, and had mostly forgotten them),
so my work was essentially for myself alone.
It took me years to understand it as far as possible.
Afterward, I put Maxwell’s paper aside and went my own way.
And then, I progressed more quickly…
You may understand that I have been preaching the gospel according to my own interpretation of Maxwell.”
(Sarkar, T. K.; Mailloux, Robert; Oliner, Arthur A.; Salazar-Palma, M.; Sengupta, Dipak L. – 30 January 2006)

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Heaviside’s Middle Years: Home-Based Research and Technical Innovations

In 1874, Heaviside resigned from his position as a telegraph engineer and returned to live with his family. This marked the end of his only period of formal employment, after which he immersed himself in home-based research.

He brought groundbreaking innovations to telecommunications technology through developments such as transmission line theory, analysis of the skin effect, the reformulation of Maxwell’s equations using vector analysis, and the creation of his operator method for solving differential equations.

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Home Research and Transmission Line Theory

From 1874 onward, while continuing to study independently at home, Heaviside mathematically demonstrated that inductance in telegraph lines reduced attenuation and distortion, and equalized current propagation speeds across all frequencies. This work significantly contributed to distortionless signal transmission over telegraph lines.

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Contributions to Industry Journals and Theoretical Foundations

Between 1882 and 1902, Heaviside regularly contributed articles to the trade journal The Electrician. Despite earning only modest compensation, he lived a frugal life and steadily built the foundation for what would later become his major works: Electromagnetic Theory and Electrical Papers.

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Innovations in Invention and Mathematical Methods

In 1880, he began studying the skin effect and obtained a patent for coaxial cables. By 1884, he had reformulated Maxwell’s original 20 equations into four differential equations. He also established the operator method using differential operators, proposing a direct solution technique for differential equations.

Though his approach initially lacked mathematical rigor and sparked considerable controversy, Heaviside famously commented on this issue:

“Mathematics is an experimental science,
and definitions do not come first, but later on.
They make themselves, when the nature of the subject has developed itself.”

And he added:

“Shall I refuse my dinner because I do not fully understand the process of digestion?”

Conflict and Recognition: The Telephone Bridge System Attempt

In 1887, Oliver Heaviside, along with his brother Arthur, wrote a paper on the “telephone bridge system.” Part of their proposal—namely, increasing the self-inductance by adding coils to telephone and telegraph lines—was blocked by William Henry Preece, who at the time considered self-inductance the main enemy of transmission theory. Heaviside believed that Preece was suppressing research to protect his own achievements, leading to a long-standing antagonistic relationship between the two.

Pioneering Studies on Electromagnetic Radiation and Momentum Change

Later, in his 1888 and 1889 papers, Heaviside calculated the deformation of electric and magnetic fields around moving charges and their behavior upon entering dense media. He successfully derived the magnetic component of what is now known as the Lorentz force, and his work anticipated Cherenkov radiation. These studies had a profound impact on the development of electromagnetism and contributed significantly to the advancement of modern physics.

Electromagnetic Mass and Innovation in Mathematical Methods

From the late 1880s to the early 1890s, Heaviside developed the concept of electromagnetic mass, proposing a theory in which mass could be interpreted as an electromagnetic phenomenon. His mathematical approach, known for its use of differential operators, served as a precursor to the Laplace transform method. His theories were later verified at low speeds by Wilhelm Wien and have greatly influenced modern theoretical physics.

Summary of Heaviside’s Key Contributions

• Telephone bridge system proposal and conflict
  Suggested adding coils to telegraph lines, which was blocked by superiors
  Intense antagonism developed with Preece

• Pioneering electromagnetic radiation studies
  Theoretically clarified deformation of electric and magnetic fields around moving charges
  Contributed to correct derivation of Cherenkov radiation and Lorentz force

• Concept of electromagnetic mass and innovation in methods
  Proposed a theory treating electromagnetic mass as physical mass
  Established solution techniques using differential operators
  Greatly influenced future theoretical physics

In 1891, the Royal Society of London recognized Heaviside’s mathematical contributions to electromagnetism and appointed him as a Fellow. The following year, over 50 pages of the Royal Society’s Philosophical Transactions were dedicated to his vector methods and electromagnetic theory.

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Heaviside’s Later Years and Recognition

In the spring of 1896, George FitzGerald and John Perry persuaded Heaviside—who had previously declined financial aid from the Royal Society—to accept an annual civil pension of £120.

According to anecdotes, some excellent scientists “threatened” his seclusion, effectively forcing him to accept the pension. After his father’s death in 1896, Heaviside began living alone for the first time and relocated from Paignton to Newton Abbot in 1897. In 1902, he proposed the existence of what would later be known as the “Kennelly–Heaviside layer,” a theorized ionosphere that profoundly impacted the understanding of radio wave propagation.

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Beginnings of Solitude and Migration

The following timeline summarizes key events:

• 1896: Began living alone for the first time after his father’s death

• 1897: Moved from Paignton to Newton Abbot and began a new phase of life

Scientific Proposals and Honors

• 1902: Proposed the existence of the ionosphere (Kennelly–Heaviside layer), suggesting that radio waves could travel along the Earth’s curvature

• 1905: Received an honorary doctorate from the University of Göttingen

• 1904–1914: Nominated seven times as a finalist for the Nobel Prize in Physics

• 1922: Became the first recipient of the newly established Faraday Medal

Final Tragedy and Preservation of Legacy

• 1908: Moved from Newton Abbot to Torquay

• 1924: Suffered a serious injury after falling from an 11-foot ladder while repairing his roof

• February 3, 1925: Passed away from his injuries
  He was buried with his parents in Paignton Cemetery, and in 2005, an anonymous benefactor restored his gravestone

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A Solitary Genius: Eccentricity in His Final Years and the Struggles Behind It
— His Eccentric Daily Life and Inner Conflicts as a Scientist —

Oliver Heaviside, known as a solitary theorist, was in fact quite health-conscious and active in his middle years. He was also a “sportsman” captivated by the cycling boom, possessing wide-ranging interests that went beyond the realm of science. However, in his later years, his life drastically changed. He cut off contact with society, and his behavior was increasingly seen as eccentric or even insane.

This chapter explores the bizarre behaviors of his final years, his religious beliefs, and ideological opposition to Einstein, offering a glimpse into the mind of a brilliant but tormented scientist.

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An Active Theorist Enchanted by Bicycles

In late 19th-century Britain, a “cycling craze” swept the nation, and bicycles became explosively popular among both the upper and working classes. Heaviside was no exception; records show that he regularly enjoyed cycling.

Despite leading a quiet life of research, he also had a strong interest in outdoor exercise and health. Especially during middle age, he was said to be quite concerned about his physical condition. His younger brother Charles was a physician, which may have also influenced his outlook.

Looking at his life as a whole, Heaviside was never a reclusive crank; he was originally a balanced and energetic individual.

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Eccentric Behaviors in Old Age: Signing “Devil” and Granite Furniture

From the 1920s onward, Heaviside’s behavior became increasingly erratic. One of the most well-known examples is that he began signing letters with an anagram of his name: “O! He is a very Devil.” He also started using the acronym “W.O.R.M.” as a title in his signature—possibly a form of dark humor or self-deprecation.

There are also stories of him using granite blocks as furniture, carrying them into his home. (This is referenced in exhibition records from the Royal Institution.) It is also said he painted his fingernails pink, and many around him began to see him as a madman or recluse.

One anecdote tells of Heaviside depositing a manuscript at a grocery store and expecting the journal editor to retrieve it from there, highlighting how limited and unusual his social interactions had become.

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Science, Religion, and Intellectual Rift with Einstein

Heaviside was known to be a Unitarian, a religious denomination that rejects the doctrine of the Trinity and emphasizes belief in a single rational God. However, he reportedly had a weak sense of religion and even looked down on those who relied on faith. This suggests a deeply rooted rationalist and materialist worldview.

He also strongly opposed Einstein’s theory of relativity, a highly unusual stance at a time when many scientists were embracing it. According to mathematical historian Howard Eves, “He was perhaps the only top-level physicist of the time who openly criticized Einstein,” and his criticism was sometimes described as bordering on absurd.

Behind this opposition was Heaviside’s own electromagnetic-based worldview and likely frustration over the lack of recognition for his own achievements.

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Reevaluation of a Forgotten Genius – The Heaviside Memorial Project Begins

Once hailed as a solitary genius, Oliver Heaviside lived out his final years in obscurity, and for a long time, even his grave was neglected. However, in 2014, researchers from Newcastle University and local residents launched the “Heaviside Memorial Project” to preserve and promote his legacy. Public donations were collected, and the gravestone was successfully restored.

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The Founders and Their Mission

In July 2014, electromagnetic researchers at Newcastle University were troubled by the deteriorated state of Heaviside’s gravestone in Torbay (near Paignton, Devon). Together with the Newcastle Electromagnetics Interest Group, they initiated a restoration project, concerned that “despite his theories forming the foundation of modern communication, physics, and engineering, Heaviside is barely known to the public.” The project solicited public donations and reached its funding goal within a few weeks.

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Gravestone Restoration and Commemorative Ceremony

The unveiling ceremony of the restored gravestone was held on August 30, 2014…

Design and Structure of the Restored Gravestone

During the restoration project, the original stonework—damaged and eroded over time—was reinforced and replaced with new materials that preserved the original design while offering improved visibility and durability.

The gravestone, modestly Gothic in style, bears the inscription “Oliver Heaviside, Mathematician and Physicist” at its center, along with his birth and death years (1850–1925) and the phrase: “He gave the world new ways to see the unseen.”

A Place Symbolizing the Dignity and Solitude of a Scientist

During his lifetime, Heaviside experienced friction with academic institutions and suffered from poor health, leading to a lonely later life. As a result, his grave was long neglected. However, the restored gravestone has now taken on new meaning—as a “site of narration” that simultaneously tells the story of a scientist’s social isolation and intellectual contributions. Visitors standing before it can quietly feel the weight of the equations and ideas he left behind.

Preserving and Passing On Scientific Heritage

The gravestone restoration project is more than a beautification effort. It serves as a powerful reminder to society of the importance of physically preserving the legacies of scientists. While science and technology constantly advance, the footprints of those who laid the foundations must also be passed on as cultural heritage.

Today, Heaviside’s gravestone has become a place of dialogue for researchers, citizens, and students—a new starting point for learning.

Heaviside’s Grave. [Source: Wikipedia]

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The Institution of Engineering and Technology (IET) Honors Heaviside’s Achievements

Oliver Heaviside made significant contributions to the development of electromagnetism and communication theory. His work has long been highly esteemed by the British engineering community, both during his life and after his death.

His achievements are recognized through awards and memorial archives maintained by the Institution of Engineering and Technology (IET). This section explores how his legacy continues to be valued and academically documented.

Traces of Heaviside in the IET Archive Centre

The IET Archive Centre in London holds a rich collection of primary materials related to Heaviside. These include notebooks filled with equations, manuscripts, correspondence, and original drafts of his major work Electromagnetic Theory.

Researchers can trace the evolution of his thinking through these documents. Notably, a 1950 memorial audio recording by Oliver E. Buckley of Bell Telephone Laboratories has been digitized and is available in the IET’s biographical archive.

Honorary Membership and the Faraday Medal: Recognition During His Lifetime

In 1908, the Institution of Electrical Engineers (IEE), the predecessor of the IET, awarded Heaviside honorary membership—one of its highest honors—highlighting the great value of his theoretical contributions.

Furthermore, in 1922, Heaviside was selected as the very first recipient of the Faraday Medal, the most prestigious award in the field of electrical and electronic engineering.

The Heaviside Premium: A Lasting Tribute

In 1950, the IET established The Heaviside Premium to permanently honor Heaviside’s achievements. This annual award is given to the most outstanding mathematical paper, serving as a testament to how his theoretical influence continues to inspire researchers today.

While the original prize money was £10, the true value of the award lies in its role of passing down the legacy of Heaviside to future generations.

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Heaviside’s Innovative Inventions and Theories

Oliver Heaviside introduced groundbreaking ideas across numerous fields—including electromagnetic theory, differential equations, signal transmission, and functional analysis.

This section highlights some of his most influential inventions and theories, exploring their enduring relevance in modern science and engineering.

Reformulation of Maxwell’s Equations and the Popularization of Vector Analysis

Maxwell’s original electromagnetic equations consisted of 20 scalar equations—highly complex and difficult to work with. Heaviside introduced vector analysis operators such as “curl” and “divergence,” reformulating the equations into four vector equations.

This significantly simplified both the understanding and teaching of electromagnetism and laid the foundation for what we now know as Maxwell’s Equations. This achievement, which bridged physics and engineering, stands as one of Heaviside’s greatest contributions.

Introduction of the Heaviside Step Function and Delta Function

The Heaviside step function, devised to mathematically represent the on/off switching of electrical circuits, is an essential tool in control engineering and signal processing.

Moreover, Heaviside was the first to apply what is now known as Dirac’s delta function as a unit impulse, long before Dirac provided a formal physical interpretation. Heaviside’s use of the function was based on engineering intuition rather than formal mathematics.

Signal Transmission Theory and Its Application to Telecommunications

Heaviside developed transmission line theory to enable faster and more accurate signal transmission through telegraph cables. These principles, later known as the telegrapher’s equations, remain fundamental in communication engineering.

His theory improved transatlantic cable performance dramatically—from requiring 10 minutes to transmit a single character to achieving a rate of one character per minute. He also demonstrated that inserting inductance (coils) in series with cables could reduce signal loss, offering practical and lasting improvements.

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ミルスペック真空管
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ジョン・A・フレミング【1849年11月29日 ~ 1945年4月18日】

マクスウェル仕込みのフレミング

まず、イギリスに生まれたフレミングはケンブリッジで

マクスウェルの師事を受けました。フレミング曰く、

マクスウェルの講義は

「逆説的で暗示的な言い方」（Wikipediaより引用）

を含んでいて非常に分かり辛くて不明瞭であったそうです。

当然、そんな講義は学生に不人気で時には

講義を聴いていたのはフレミング一人の時もあったそうです。

物理屋さんにありがちな、とぼけた類のエピソードですね。

酷いと言えば酷い話です。こんな人達。でも、大事。

 

フレミングの業績

フレミングは左手の法則で有名です。簡単に言えば

「左手で直交３軸を作った時に、長い指から・
電（でん）・磁（じ）・力（りょく）です。

より、細かく説明すると磁場中に電気が流れていると

その電気導線に対して力が生じます。

フレミングは「左手の法則」でよく知られています。
モーターの回転原理を、**電流（親指）・磁場（人差し指）・力（中指）**の三方向で直感的に示す整理法です。
一方で「F = q(v × B)」は、磁場中を運動する荷電粒子に働く力（ローレンツ力）を表す物理式で、左手の法則とは関連しますが、厳密には別の概念です。
読み物としては高校で習う式を無理に並べるより、「電流と磁場が交わると力が生まれる」という直感を重視した方が理解がスムーズかもしれません。

電（でん）・磁（じ）・力（りょく）をそれぞれ
q（でん）・B（じ）・F（りょく）で考えて

荷電粒子の速度をｖとすると、

外積：×を使ってF=ｑ（ｖ×B)　です。

高校レベルの天下り的な覚え方ですが、
現象として実験事実に即していると考えると
非常に洗練された結果であるとも言えますね。

フレミングは実験で自然界から事実をひき出しています。

また、真空管の発明者としても有名です。
今日の電子工学の始まりだとも言われています。
工学の世界で色々な発明を重ねました。そんなフレミングは
子供にこそ恵まれませんでしたが2度の結婚をして、
アメリカテレビジョン学会の初代会長を務めたりしながら
余生を過ごしました。原稿改定の際に気付いたのですが、
晩年ナイトの叙されています。更には
IEEE(アイ・トリプル・イィ）の前身団体で
評価を受けています。
そんな昔話でした。

 

〆

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（2021年9月時点での対応英訳）

Fleming prepared by Maxwell

First, born in England, Fleming studied at Maxwell in Cambridge. According to Fleming, lecture of Maxwell’s lecture was very confusing and unclear, including “paradoxical and suggestive language” (quoted from Wikipedia). Naturally, such lectures were quite unpopular with students, and it seems that Fleming was the only one who sometimes listened to the lectures. It’s a kind of blurry episode that is common in physicists. It is a surely terrible story.

Fleming’s achievements

Fleming is famous for his left-hand rule. Simply put, “When you make three orthogonal axes with your left hand, it is from a long finger, electricity, magnetism, and force. To explain it in more detail, electricity flows in the magnetic field. If so, a force will be generated on the electric conductor.

Considering electricity, magnetism, and force in q (electrivity), B (magnetism), and F (force), respectively, and letting the velocity of the charged particle be v, the outer product: F = q (v × B) using ×. It’s an AMAKUDARI way of remembering at the high school level, but it can be said that it is a very sophisticated result considering that it is in line with the experimental facts as a phenomenon.

Fleming is also famous as the inventor of vacuum tubes. He is said to be the beginning of today’s electronics. He made various inventions in the engineering world. Fleming wasn’t blessed with children, but he got married twice and spent the rest of his life as the first president of the American Television Society.

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世界の伝記_エジソン
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Thomas Edison2.jpg”
1900年頃のスタジオ撮影写真
Public Domain:WikipediaCommons

アメリカ育ちのエジソン

エジソンはアメリカの発明家です。彼の逸話を聞くと、

閃きの喜びとか達成時の感動が沸き起こります。

エジソンの発明品は蓄音器、電灯、活動写真と

多岐にわたります。研究所はニュージャージの

メンロパークにありました。その街は

今では有名な発明家であったエジソンにちなんで

街の名前がエジソンと改名されている程です。

また、個人的な話になり恐縮ですが、

初めて私が買ったCDが

ボン・ジョビの「New Jersey」でした。

何となく私が想像してた同州の楽しそうで

何かを生み出す活気のある雰囲気は

エジソンが研究所を構え、活動する中で

生まれた部分もあったのですね。きっと。

そんなエジソンは幼少時代から苦労を重ねています。
彼が残した有名の言葉を改めて書き下します。

「天才は99％の汗と１％の才能（で出来ている）」

睡眠時間を削り、時に発想に浸り現実を忘れ
次から次へと発明を繰り返しました。図書館に籠り
独学で色々なことを学び正規の教育を受けずに
試行錯誤を繰り返します。例えば算数で「１＋１＝２」
と教わっても「二つの粘土を混ぜた時に一つになるのに
何故この場合は１ではなく２なのか？？」という視点
を持ち反論しています。こんな話が語りつかれている
自体がいかにもアメリカ的なのかな？と思いますが、
思考の柔軟性を保ち続ける為には
必要な吟味であるとも言えます。

 

発明家エジソン

その後、投票記録機や株式相場表示機を発明し、
ベルが発明した電話については感度を大幅に高める
カーボン送話器 を発明して改良しました。
さらに蓄音機、白熱電球など、次々と実用的な技術を世に送り出しました。

蓄音機を世間に広めた時は

「機械の中に人が居るわけがない！」と

驚きの反論を受けたほどです。

晩年は会社経営から身を引き、

霊界との交信が出来るか、といった

関心を持ち試行錯誤していました。

多くを残して84歳で亡くなっています。

まさに語り継がれ続けている偉人です。
〆

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Edison raised in the United States

Edison is an American inventor. Listening to his anecdotes gives rise to the joy of inspiration and the excitement of achieving it. Edison’s inventions range from gramophones, lamps, and activity photographs. His laboratory was in Menlo Park, New Jersey. Personally, I’m sorry to say that the first CD I bought was Bon Jovi’s “New Jersey.” Somehow, the lively atmosphere that I imagined in the state that seems to be fun and creates something was born while Edison set up a research institute and was active. surely. Edison has been struggling since he was a child. He rewrites his famous words he left behind.

“Genius is 99% sweat and 1% talent (made of)”

He cut down on his sleep, sometimes immersing himself in ideas, forgetting reality, and repeating his inventions one after another. He stays in the library, learns various things by himself, and repeats trial and error without receiving formal education. For example, even if I was taught “1 + 1 = 2” in mathematics, I argue with the perspective of “Why is it 2 instead of 1 in this case when two clays are mixed and become one?” Is it really American that such a story is told? However, it can be said that it is a necessary examination to maintain the flexibility of thinking.

Inventor Edison
He then continues his invention with voting machines, stock quotes, telephones, gramophones, incandescent light bulbs. When he spread the gramophone to the world, he was surprised to hear that “there is no one in the machine!” In his later years, he withdrew from company management and was interested in communicating with the spirit world through trial and error. He died at the age of 84, leaving much behind. He is a great man who has been handed down.
〆

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X線撮影技術
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Wilhelm_Röntgen_signature
W. C. Röntgen signature.svg
出典：Wikimedia Commons

レントゲンの発明者レントゲン

レントゲンと言えば、その人の名よりも

その名を使った装置が思い浮かぶでしょう。

以下ではレントゲンという言葉は

人の名前として使っていきます。

 

レントゲンはドイツ生まれの偉人です。
彼の時代にはハインリヒ・R・ヘルツ等
によって真空放電や陰極線の議論が
なされていました。

今風に考えたら
対象は単なる粒子とか波ではなく、
2面性をもった「波動関数で記述される
電子の一団である」と言えますが。
レントゲンの時代には電子の実在は不明確でした。
数キロボルトの電圧を加えた真空管において
蛍光現象が見受けられるのが陰極線です。

一般の電流の知識からは＋方向からー方向
（プラス方向からマイナス方向）へ電流が流れますが
陰極線は―方向から＋方向に現象が
確認出来るのです。＋と－の間に遮蔽物
を置くと遮蔽物から＋方向で現象が見られません。
つまり電子はマイナス方向から出ていたのです。

レントゲンの業績

そして、レントゲンは遮蔽物の画像を研究します。

まずレントゲンは実験結果を重視してます。

X線が人体を透過した後の写真を

大衆に見せました。ネーチャやサイエンス

といった有名雑誌に投稿し、議論して

事実を明らかにしていきました。

その方法は先ず磁場に作用する

陰極線の実験を積み重ねます。

陰極、陽極、検出対象として
色々な物資を試し、X線の特性を極めて
鉛は通さずガラスは透過する
といった事実を明確にします。

説明が細かくなり恐縮ですが、

陰極線（電子）は陰極から放出され、
高電圧によって陽極（ターゲット）に向かって加速されます。
この電子が 陽極の金属ターゲットに衝突した瞬間、
急激に減速するために 制動放射としてX線が発生 します。
また、ターゲット原子の内殻電子がたたき出されることで、
金属固有の 特性X線 も同時に生じます。

レントゲンは、このX線が

• 磁場の影響を受けないこと

• 金属によって吸収率が異なること

• ガラスや人体を透過し、写真乾板を感光させること

を実験によって確かめ、X線の性質を体系化していきました。

検出対象に蛍光物資を使った所が
レントゲンのオリジナリティですね。

また波長に着目すると波長が1pm ~ 10nm程度の
電磁波であるという事実も重要です。
そうした仕組みで磁場から力を殆ど受けない
X線を発見して、突き詰めていったのです。

 

レントゲンの人となり

その後の成果で原子が崩壊・融合する過程で

放射線が出てくる知見が集約されてくる訳ですが、

後の素粒子での議論につながる種が、

レントゲンによって沢山まかれていた訳です。

また、レントゲンを偲ばせるエピソード
を３つ、ご紹介します。

まず、レントゲンは自らの独自技術に
対して特許を申請しなかったと言われ
ています。科学の成果は万人が享受すべき
だというレントゲン独特の考えです。

また、レントゲンは第一回目の
ノーベル賞を受けていますが、
賞金に手を付けず、
全て大学に寄付しています。

そして愛妻家だったと思われます。
レントゲン自身はガンで亡くなりますが
年上だった奥様に先立たれてから
数年後の事でした。今でもよく
紹介されている写真は奥様の手を
X線が透過した姿でした。
皮膚を透過したX線が骨の形を
リアルに映し出し、その薬指には
はっきりと結婚指輪が見えます。

〆

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X-ray inventor,Roentgen

Speaking of Roentgen in Japan, the device of that name comes to mind rather than the person’s name. In the following, Roentgen will be used as a person’s name.

In the Roentgen era, vacuum discharge and cathode rays were discussed by Heinrich R. Hertz and others. If you think about it in a modern way, it can be said that the object is not just a particle or a wave, but an electron described by a wave function with two sides. It was unclear in the X-ray era. It is the cathode ray that shows the fluorescence phenomenon in a vacuum tube to which a voltage of several kilovolts is applied. From general current knowledge, from + direction to-direction

The current flows in the (plus direction to minus direction), but the phenomenon can be confirmed in the cathode ray from the-direction to the + direction. If a shield is placed between + and-, the phenomenon will not be seen in the + direction from the shield. In other words, the electrons were coming out from the minus direction.

Roentgen’s achievements

And X-rays study images of obstructions. First of all, Roentgen attaches great importance to his experimental results. He showed the public a picture of what X-rays had passed through the human body. He posted to well-known magazines such as Nature and Science, discussed and revealed the facts. The method first accumulates experiments on cathode rays that act on a magnetic field.

He experimented with various materials such as cathodes, anodes, and objects to detect, clarifying the fact that lead does not pass and glass does.

Excuse me for the detailed explanation, but there is a detection target between the cathode and anode of the cathode ray, and X-rays are emitted from the detection target. The place where fluorescent materials are used as the detection target is the originality of X-rays.

Focusing on the wavelength, the fact that the wavelength is an electromagnetic wave of about 1pm-10nm is also important. With such a mechanism, I discovered X-rays that do not receive force from the magnetic field and pursued them.

Roentgen’s portrait

Subsequent results will bring together the knowledge that radiation is emitted in the process of atom decay and fusion, but many species that will lead to discussions on elementary particles later were sown by Roentgen.

We will also introduce some episodes that are reminiscent of X-rays. First, Roentgen is said to have not applied for a patent on his proprietary technology. It is an X-ray peculiar idea that the results of science should be enjoyed by everyone.

Roentgen has also received his first Nobel Prize, but he hasn’t touched the prize money and donated everything to the university.

And he seems to have been a beloved wife. Roentgen himself died of cancer, a few years after his older wife. The photo that is still often introduced is the X-ray transmission of his wife’s hand. X-rays that penetrate his skin realistically reflect the shape of the bone, and his ring finger clearly shows the wedding ring.

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Ｌ・E・ボルツマン【1844年2月20日 ～ 1906年9月5日】

アホでもわかるエントロピー
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“Ludwig Boltzmann. Photogravure.jpg”
出典：Wikimedia Commons

ボルツマンの生い立ち

その名はLudwig Eduard Boltzmann。

ボルツマンはオーストリア・ウィーン出身の

物理学者にして哲学者です。

カノニカルな（統計的な）議論の他に

電磁気学や熱力学、それらを扱う

数学の研究でボルツマンは業績を残しました。

ボルツマンは芸術の都ウィーンに生まれ、

子供時代にピアニストである

A・ブルックナーからピアノを学んでいます。

 

指導者としてのボルツマンの業績としては

エーレンフェストが博士論文を書く時の

指導が挙げられます。後程、再度言及しますが

エーレンフェストの定理にはボルツマンの

信念が込められていると言えるでしょう。また、

科学史から見てもボルツマンの原子認識の流れ

は大きな一歩だったと言えます。ここでの一歩が無ければ

素粒子やブラウン運動のイメージは

湧かなかったでしょう。

 

ボルツマンの研究業績

そんなボルツマンの墓には

S=k LogWと書かれています。

そこでいうSとはエントロピーというパラメターで

対象系の乱雑さを表します。

ｋ（またはkBと記載します）という

パラメターを定めて

ボルツマンが定量化した概念です。

クラウジウスが使ったエントロピーを

ボルツマンが再定義した、とも言えます

「乱雑さ」は統計力学において

温度T、容積V、圧力P等と関連して

ボルツマンの関係式として定式化されました。

 

ボルツマンの研究業績の中で特に

私が関心をもつのは

原子論に関しての現象把握です。

観測に直接かからない

「原子」は色々な見方をされていました。

そんな原子に対して

ボルツマンは「乱雑さ」または

「無秩序」の度合いという

新しい物理量である「エントロピー」を使い

原子の実在に近づいていったのです。

結果として

対立する考えが物理学会で生じていて

原子モデルを使うボルツマンと、

実証主義で理論を進める

エルンスト・マッハの間で論争が続きます。

原子論モデルを大きく進めるプランクの登場まで
その後、何年間も必要なのです。
もやもやした状態は続きます。　

エーレンフェストはボルツマンの思想を深く継承し、
のちに量子力学が成立した後には、
古典力学と量子力学をつなぐ
「エーレンフェストの定理」 を導きました。

この定理は、量子系の平均的な運動が古典運動方程式に従うことを示し、
“原子が実在し、物理法則の中で振る舞う”というボルツマンの信念が
より精密な理論体系の中で正当化されていく 端緒となりました。

ボルツマン自身は、量子論が確立する前に亡くなっていますが、
彼が掲げた原子論的世界観は、エーレンフェストやプランク、
アインシュタインらの研究へと確かに受け継がれていきました。

。

しかし、残念なことに、、こうした全体像を
ボルツマンが見ることは出来ませんでした。

ボルツマンは晩年に精神障害に悩み

自ら命を絶つという悲しい最期を遂げています。

ここで、暫し物理学は大きな

壁に突き当たっていたように思えます。

沢山の天才達が問題の大きさに畏怖したのでしょう。

 

ボルツマンはピアノが好きでした。

花を手向ける場所がありますよね。

〆最後に〆

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（2021年9月時点での対応英訳）

Boltzmann’s upbringing

Its name is Ludwig Eduard Boltzmann.

Boltzmann is a physicist and philosopher from Vienna, Austria. In addition to canonical (statistical) discussions, he has made significant contributions to the study of electromagnetism, thermodynamics, and the mathematics that deals with them. He was born in Vienna. As a child, he learned the piano from pianist A. Bruckner.

Boltzmann’s achievements as a mentor include teaching Ehrenfest when writing his dissertation. It can be said that Ehrenfest’s theorem contains Boltzmann’s belief. Also, from the history of science, it can be said that Boltzmann’s flow of atomic recognition was a big step. Without one step here, the image of elementary particles and Brownian motion would not have come out.

Boltzmann’s research achievements

S = k Log W is written on Boltzmann’s tomb.

S here is a parameter called entropy, which represents the disorder of the target system. It is a concept quantified by Boltzmann by defining a parameter called k (or described as kB).

It can be said that Boltzmann redefined the entropy used by Clausius. “Randomness” was formulated as Boltzmann’s relational expression in relation to temperature T, volume V, pressure P, etc. in statistical mechanics.

Among Boltzmann’s research achievements, I am particularly interested in understanding phenomena related to atomism. Atoms that are not directly observed have been viewed in various ways.

For such an atom, Boltzmann approached the existence of the atom by using “entropy”, which is a new physical quantity of “randomness” or “disorder”.

As a result, conflicting ideas have arisen at the Physical Society of Japan, and controversy continues between Boltzmann, who uses atomic models, and Ernst Mach, who pursues positivist theory. It will take many years after the advent of Planck, which greatly advances the atomist model.

And, unfortunately, Boltzmann had a sad end in his later years, suffering from a mental illness and dying himself.

Here, for a while, physics seems to have hit a big wall. Many geniuses would have been afraid of the magnitude of the problem.

Boltzmann liked the piano. He has a place to turn flowers.

こんにちはコウジです。
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（以下原稿です）

光の物理
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レイリー男爵 ； J・W・ストラット【1842年11月12日~1919年6月30日】

　レイリー卿について

この原稿ではＵＲＬに爵位である

”Baron Rayleigh”を使っています。

その名を改めて書下すと、第3代レイリー男爵

ジョン・ウィリアム・ストラット

John William Strutt, 3rd Baron Rayleigh

 

分かり易い業績で紹介していくと、レイリー卿は

晴れた日の空の青さを説明しました。

子供が、「空はなぜ青いの？」って聞いた時に、

どうこたえるか考えてみて下さい。。

その業績

専門的に言えば散乱光の研究をしていた訳です。

そんなレイリー卿は入射波と反射側の散乱波を考え、

それらの波長と空気中の分子の性質を考えたのです。

結果、昼間の空は青く、夕方は赤いのです。

レイリー散乱と呼ばれる考え方です。

別途、ご紹介している

クィーンのブライアンの研究とも関連しています。

そもそも、光を波長の観点から考え直し、「青く見える光の短い波長ほど強く散乱される」という事実を空気中の分子の性質と結びつけて議論しました。波長と散乱強度の関係（いわゆるレイリー散乱）を明確にしたことで、空が青く見える理由や夕焼けが赤く見える理由が、初めて物理学的に説明できるようになったのです。

またその他のレイリー卿の業績は、

地震の表面波の解析（レイリー波）、

ラムゼーと研究したアルゴンの発見、

初期段階の熱放射理論である

レイリー・ジーンズの法則等があります。

 

その人柄

別の一面としてレイリー卿は量子論や相対論に厳しい立場をとっていたと言われています。実際の所レイリー卿は長い事、エーテルを考え続けていた様です。当時の考えでは否定する事は出来ない物だったとも言えるでしょう。実際にその何年後も実験的にエーテルを実証しようとしています。私はレイリー卿の肩を持ってしまいますが、実験事実の蓄積が無い状態で軽はずみに決断を求めるのは危険です。精査した考えを納得のいく説明で語っていかなければいけません。それだから、考えを育む時間も大切なのです。

またレイリー卿の素晴らしい栄誉を連ねていくと

コプリメダル受賞、ノーベル賞受賞、

第２代キャンデビッシュ研究所所長、

標準局（イギリス国立物理学研究所）の

運営理事会議長と続きます。何より

人材を育てた業績は大きく、ジョセフ・ジョン・トムソンや

ジャガディッシュ、チャンドラ、ボースを育てました。

爵位としてのレイリーは彼の長男で物理学者だったロバート・ジョン・ストラが受け継いでいます。物理学者が受け継いでいる事実が好印象でした。きっと息子さんと御弟子さんが議論したりもしたんでしょうね。そう考えたいです。

〆

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[2021年9月時点での対応英訳]

About Sir Rayleigh

In this manuscript, the URL “Baron Rayleigh” is used.

To rewrite the name, John William Strutt, 3rd Baron Rayleigh.

Introducing his easy-to-understand achievements,

This Sir Rayleigh explained the blueness of the sky on a sunny day.

Think about how your child will respond when asked, “Why is the sky blue?” ..

　

Achievements made by Sir Rayleigh’s 

Technically speaking, he  had studyed scattered light.” Sir Rayleigh” considered the incident waves and the scattered waves on the reflecting side, their wavelengths, and the properties of the molecules in the air. As a result, the daytime sky is blue and the evening is red. This is a concept called Rayleigh scattering. It is also related to Queen’s Brian’s research, which is introduced separately.

Other achievements of Sir Rayleigh include analysis of surface waves of earthquakes (Rayleigh wave), discovery of argon studied with Ramsey, and Rayleigh-Jeans’ law, which is an early stage thermal radiation theory.

 Personality of Sir Rayleigh

It is said that Sir Rayleigh took a strict position on quantum theory and relativity. Everybody knows Sir Rayleigh  had been thinking about ether for a long time. It can be said that he was an undeniable thing at that time. He is actually trying to experimentally demonstrate ether years later. He will carry Sir Rayleigh’s shoulders, but it is dangerous to lightly seek a decision without the accumulation of his experimental facts. He must explain his scrutinized ideas with a convincing explanation. That’s why time to nurture his ideas is also important.

In addition, “Sir Rayleigh’s wonderful honors will be followed by the Copley Medal, the Nobel Prize, the 2nd Director of the Candevis Institute, and the Chairman of the Steering Board of the Standards Bureau (National Institute of Physics, England)”. He has cultivated talent above all, and his achievements have been great, and he has cultivated Joseph John Thomson and Jagdish Chandra Bose. And Rayleigh’s title is inherited by his eldest son and physicist Robert John Stra. I was impressed by the fact that physicists have inherited it. I’m sure his son and his disciples had a discussion. I want to think so.

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トマス・メンデンホール【1841年10月4日～1924年3月23日】

“Thomas Corwin Mendenhall (1890s portrait)”
出典：Wikimedia Commons
Public Domain（著作権保護期間終了）

「明日の地震学（書籍）」
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メンデンホールはいわゆる「お雇い外国人」さんです。
工部省の475人に次ぐ296人を文部省が招へいしていました。
その中の一人です。
名前の綴りはThomas Corwin Mendenhallです。
アメリカのオハイオ州生まれです。

アメリカから先だって来日していた動物学者、
E・S・モースの推薦でメンデンホールは1878年に
東京帝大の物理教師となります。
黎明期の日本教育に先鞭をつけたのです。

そんなだから、このご紹介の中で使っている画像も
アメリカの風景よりは東京大学内の今に近い画像
を使い続けます。あの静かな象牙の塔、議論の場を
作っていった先人なのです。　

メンデンホールは設立されたばかり東大理学部観象台の観測主任となり気候を観測しました。実際に1879年1月から2年間にわたり東京本郷で気象観測に従事したのです。

メンデンホールは直接気象に関わるのみではなく日本で地震が頻発する環境に着目し、そうした事情を考慮して、観象台に地震計を設置を導入していきました。

当時の日本では一般にそうした観測環境に対しての知見が乏しかったかったのです。結果として地震観測に関する業績を残し、日本地震学会の設立につながっていきます。メンデンホールはこの側面でも日本の教育に貢献をしています。

こうしてメンデンホールは日本物理学の黎明期において 気象学。地震学を確立していきました。一方で単位系の確立をしていった人です。 また富士山頂で重力測定や天文気象の観測を行い、日本に地球物理学を広げていきました。

日本の物理学者では特に、田中舘愛橘がメンデンホールから力学、熱力学を学んでいます。師ともいえるメンデンホールとの出会いは田中館愛橘に多大な影響を与えたと言われています。

例えば、1879年(明治時代）にメンデンホールを通じてエジソンのフォノグラフの情報を得て、実際に田中舘は試作をしています。音響や振動の解析を試みてい定量的な解析が日本で始まったのです。また、田中舘はメンデンホールによる重力測定に参加し、東京と富士山で作業しました。

メンデンホールは2年間の赴任を終えてアメリカに帰国しましたが、
その後、海岸・測地測量局（U.S. Coast and Geodetic Survey）の局長として、
アメリカ国内の州境や国境の測量・確定に大きな役割を果たしました。
緯度・経度に基づいて州境が引かれる現在のアメリカの地図は、
この時代の精密測量の成果の上にあります。緯度、経度で州境が
引かれている現在のアメリカの州の形を作ったのです。

メイデンホールの業績は評価されていて、アラスカの氷河のひとつに
今でもメンデンホール氷河という名前が残っています。メイデンホールの
局長時代の仕事に関連して命名されています。

〆最後に〆

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（対応英訳）

Mendenhall is a so-called “hired foreigner” and the spelling of the name is Thomas Corwin Mendenhall. He was born in Ohio, USA. At the recommendation of E.S. Morse, a zoologist who had come to Japan earlier than the United States, Menden Hall became a physics teacher at the University of Tokyo in 1878. He pioneered Japanese education in the early days.

Menden Hall was just established and he became the chief observer of the Observatory of the Faculty of Science at the University of Tokyo, observing the climate. He actually engaged in meteorological observations in Hongo, Tokyo for two years from January 1879.

Menden Hall focused not only on the weather directly but also on the environment where earthquakes occur frequently in Japan, and in consideration of such circumstances, we introduced seismographs on the observatory. In Japan at that time, We generally wanted to have little knowledge about such an observation environment.

As a result, he left behind his achievements in seismic observation and led to the establishment of the Seismological Society of Japan. Menden Hall also contributes to Japanese education in this aspect.

Thus Mendenhall was a meteorologist in the early days of Japanese physics. We have established seismology. He, on the other hand, is the one who established the system of units. He also expanded geophysics to Japan by measuring gravity and astronomical meteorology at the summit of Mt. Fuji.

Among Japanese physicists, Tanakadate Aikitsu is learning mechanics and thermodynamics from Mendenhall. It is said that the encounter with Mendenhall, who can be said to be a teacher, had a great influence on Aitachi.

For example, in 1879 (Meiji era), Tanakadate actually made a prototype after obtaining information on Edison’s phonograph through the Mendenhall. He tried to analyze acoustics and vibrations, and quantitative analysis began in Japan. In addition, Tanakadate participated in the gravity measurement by Mendenhall and worked in Tokyo and Mt. Fuji.

Maiden Hall returned to the United States after two years in office, but he measured and determined the borders and borders of the United States when he was Director of the Coastal Land Survey. He created the shape of the current American state, which is bordered by latitude and longitude.

Maidenhall’s achievements have been well received, and one of Alaska’s glaciers still retains the name Mendenhall Glacier. Named in connection with his work as director of his Maiden Hall.