投稿者: 元）新人監督

こんにちはコウジです。

半年ごとの記事見直しです。 では、ご覧ください。内容を整理し、 主に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）

長岡半太郎（人間の記録） 【スポンサーリンク】

【1865年8月19日生まれ ~ 1950年12月11日没】

画像引用：長岡半太郎｜ 近代日本人の肖像 | 国立国会図書館

長岡半太郎の豊かな人脈

長岡半太郎は、日本で最初に世界水準の原子模型を提唱した 物理学者として知られています。1904年に発表した 「土星型原子模型」は、後のラザフォード模型や ボーア模型へと続く原子物理学の重要な一歩 となりました。その背景には、田中舘愛橘、ボルツマン、 本多光太郎らとの豊かな交流がありました。

この長岡半太郎は大村藩の流れに生まれます。 学生時代は東大で山川 健次郎や田中舘愛橘に学び、 助教授としてドイツ留学していた時期に ボルツマンに学びます。それだから実証主義の 考え方も、留学以後は頭の片隅にあった筈です。

どう考えて、どこまで核心に迫っていったか

論じる際には当時の日本における量子論での

現象把握を考えると良いでしょう。そんな事を考えながら、

科学史の観点から論文を読んでみたくなりました。

別の面から調べてみたら話は進む時があると 思えるからです。そして長岡半太郎の子供時代は 学業成績は芳しくなかったようです。

この点は同時期の本多光太郎を思い出します。因みに、 二人に加わえて鈴木梅太郎の三人は 「理化学研究所の三太郎」 と呼ばれていたそうです。 携帯電話のコマーシャルで似たような人達居ましたね。

長岡半太郎の研究業績

土星型原子模型とは何か

土星型原子模型とは、1904年に長岡半太郎が提唱した原子構造のモデルです。 当時はJ・J・トムソンが提案した「ブドウパン模型」が有力視されており、 正電荷が広がった球の中に電子が埋め込まれていると考えられていました。 しかし長岡は、この考え方では原子の安定性や電子の運動を十分に説明できないと考え、 重い中心の周囲を軽い電子が高速で回転するという、新しい原子像を提案しました。 その姿が土星の周囲を取り巻く環に似ていたことから、 「土星型原子模型」と呼ばれるようになりました。

この模型では、原子の中心に大きな質量と正電荷が集中し、その周囲を電子が 公転するという考え方を採用しています。現在の知識から見ると、 中心に「原子核」という言葉はまだ存在していませんでしたが、 長岡は原子の質量が中心付近に集まっているという発想に到達していました。 これは後にラザフォードが金箔散乱実験によって原子核の存在を実証するよりも 数年前のことであり、その先見性は現在でも高く評価されています。

もっとも、この模型は古典力学に基づいていたため限界もありました。 電磁気学によれば、加速度運動をする電子は電磁波を放射して エネルギーを失い、やがて原子核へ落下してしまうはずです。 また、原子スペクトルの離散的な性質も説明できませんでした。 そのため土星型原子模型は最終的な理論にはなりませんでしたが、 「原子内部には中心構造が存在する」という大胆な着想は、 当時の物理学者に大きな刺激を与えました。

その後1911年にはラザフォードが原子核模型を提唱し、 1913年にはニールス・ボーアが電子軌道へ量子条件を導入して ボーア模型を完成させます。さらに20世紀後半には ハイゼンベルクの不確定性原理やシュレーディンガーの波動方程式によって、 電子は古典的な軌道を回る粒子ではなく、確率的に存在する波動関数として 理解されるようになりました。 このように長岡半太郎の土星型原子模型は、 今日の量子力学とは異なる古典的モデルではありますが、 原子構造を具体的な形で世界へ示した最初期の理論の一つであり、 日本から世界へ発信された画期的な原子模型として、 近代原子物理学の発展に大きな足跡を残したのです。

長岡半太郎は田中舘愛橘と地震の論文を纏めたり、

本多光太郎と磁気の論文を纏めたりしていますが、

長岡半太郎の研究業績として大きいのは、

なんと言っても原子モデルでしょうボルツマン仕込みで

ミクロへの探求を進めていたのです。トムソンが

ブドウパンの中のブドウのような形で

中心からの距離や軌跡と無関係に

電子の存在を仮定していたのに対し、

長岡半太郎は原子の周りを電子が回転する

土星のようなモデルを提唱しました。

この話は、不確定性関係をふまえて論じてみたいと思います。後に確立された不確定性関係では対象粒子の位置と運動量の関係が論じられます。この二要素が関連して論じられる訳です。

長岡の土星型原子模型は1904年に提唱された古典的な原子像で、土星の環のように陽子（あるいは陽電荷）を中心に電子が回転するイメージを提示しました。しかしこのモデルは古典力学に基づくものです。 のちに確立される量子力学とは理論的枠組みが異なります。ハイゼンベルクの不確定性原理（1927年）は、位置と運動量を同時に厳密に決定できないという量子論固有の性質を示したものであり、「電子の軌道が古典的に確定できない」という点で古典的な軌道像の限界を指摘します。 したがって、長岡の模型は当時の原子イメージ構築に大きな貢献をした一方で、後の量子論が示す粒子の確率的・波動的性質とは根本的に扱い方が異なる、という位置づけで論じるのが適切です。

現代的に考えて、不確定性の考え方の枠組みでは運動量が確定している電子に対して位置は不確定であって当然です。具体的には個体原子の位置は止まっていると見なせそうですが、動き回る電子の位置の確定が難しいのです。「運動量」の観測精度を高めている電子に対して位置情報はどんどんぼやけてきてしまいます。

当時すでに原子という概念そのものは広く受け入れられていましたが、原子内部が どのような構造になっているかは、まだ誰にも分かっていませんでした。

長岡半太郎は、その未知の世界に対して土星の環になぞらえた 原子模型を提案し、電子の運動を理論的に考えるための最初の本格的な 枠組みを与えたのです。そのモデルをもとに 帯電物質である電子の挙動が議論できたのです。

素晴らしいパラダイムシフトでした。

関連する物理学者

◀ 前の人物：J・J・トムソン 電子を発見し、ブドウパン模型を提唱しました。

▶ 次の人物：アーネスト・ラザフォード 長岡半太郎の模型にも着想を得ながら、 原子核模型を提唱しました。

この分野の物理学者（原子物理学・量子論）

ルートヴィヒ・ボルツマン

J・J・トムソン

長岡半太郎

アーネスト・ラザフォード

マックス・プランク

ニールス・ボーア

ヴェルナー・ハイゼンベルク

エルヴィン・シュレーディンガー

〆最後に〆

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（2021年9月時点での対応英訳）

Hantaro Nagaoka’s rich personal connections

This Hantaro Nagaoka was born in the flow of the Omura domain as well as Hideki Yukawa. He studied with Kenjiro Yamakawa and Aikitsu Tanaka at the University of Tokyo when he was a student, and with Boltzmann when he was studying abroad in Germany as an assistant professor. So did he discuss the idea of ​​positivism based on his study abroad? When discussing how close he was to the core, it would be good to consider the phenomenon grasp in quantum theory in Japan at that time. With that in mind, I wanted to read the treatise from the perspective of the history of science. If you look at it from another side, it seems that there are times when the story goes on. And it seems that his academic performance was not good when he was a child of Hantaro Nagaoka.

This point reminds me of Kotaro Honda at the same time. By the way, in addition to these two people, Umetaro Suzuki was called Santaro of RIKEN. There were similar people in mobile phone commercials.

Research achievements of Hantaro Nagaoka

Hantaro Nagaoka has compiled papers on earthquakes with Tanakadate Aikitsu and papers on magnetism with Kotaro Honda, but the major research achievement of Hantaro Nagaoka is probably the atomic model. I was pursuing a quest for the micro. Whereas Thomson assumed the existence of electrons in the shape of grapes in grape bread regardless of the distance or trajectory from the center, Hantaro Nagaoka created a Saturn-like model in which electrons rotate around an atom. Advocated.

I would like to discuss this story together with the uncertainty relation. The uncertainty relation established later discusses the relationship between the position of the target particle and the momentum. These two factors are discussed in relation to each other. In the framework of that idea, it is natural that the position is uncertain with respect to the electron whose momentum is fixed. Specifically, it seems that the position of a solid atom is stopped, but it is difficult to determine the position of moving electrons. The position information becomes more and more blurred for the electrons that improve the observation accuracy of “momentum”.

Considering going back in time

and observing electrons in the time of Hantaro Nagaoka, even if we imagine a charged substance that captures the behavior of electrons, we cannot stop the movement of electrons moving around in the charged body. Because an electron is an object that is always moving. That’s why it’s difficult to model at the beginning.

Although it can be said that it is an incomplete model in today’s physics, especially in quantum mechanics, Hantaro Nagaoka’s model can be highly evaluated because it changed the atomic model at that time. I was able to create an initial image of the existence of an atom that I had no knowledge of. Based on that model, we were able to discuss the behavior of electrons, which are charged substances. It was a wonderful paradigm shift.

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マックス・プランク【1858年4月23日生まれ ~ 1947年10月4日没】

出典：Wikimedia Commons / Public Domain
Max Planck (1933)

その名は正確には

、
マックス・カール・エルンスト・ルートヴィヒ・プランク
（Max Karl Ernst Ludwig Planck)

【現在の国で言えば】ドイツ生まれのプランクは

前期量子論の主要メンバーの一人です。

ベルリン大学でヘルムホルツと共に教授職を務めた際には、当時の
重鎮だったヘルムホルツと同列に話が出来る事に対してプランクは
大変な名誉を感じていたそうです。ヘルムホルツから評価を受けた時
などはとても嬉しかったとこぼしていたと言われています。因みに、
この時のプランクの教授就任はキルヒホッフの死去に伴うもので、
就任前に大学側はボルツマンとヘルツに打診をしていたそうです。
そしてプランクは黒体放射の研究からエネルギーと輻射波の関係を導き、
プランクの法則として理論化します。

学問的方法論の観点から語れば、

エルンスト・マッハの実証主義に対し

プランクは実在論を展開しています。

量子論の扉を開いたプランク

19世紀末の物理学では、加熱した物体が放つ光（黒体放射）
の性質を理論的に説明できないという大きな問題がありました。
プランクはこの難問に挑む中で、

「エネルギーは連続ではなく最小単位ごとにやり取りされる」

と仮定します。最小単位とは量子です。この考え方によって
黒体放射を正しく説明できることが分かり、
1900年、量子論の出発点となる「プランクの法則」が誕生しました。
この発想は後のアインシュタイン、ボーア、
シュレーディンガー、ハイゼンベルクらによって発展し、
現代量子力学へとつながっていきます。

明記しておきたい点は量子に対しての認識です。

プランク自身は当初、この離散性を
“現象上の数学的仮定”
とみなしており、量子の物理的実在を
積極的に主張したわけではありません。
エネルギー量子の実在性を明確に示したのは、
1905年に光量子論を発表したアインシュタインでした。

プランクは微視的な物理公式を特徴づける定数である「プランク定数」
を提唱しています。即ち微視的な知見において、不連続な物理量を
上手に理論に取り入れて微細な定数を導入して体系化しているのです。
最終的にプランクが提唱した一連の考え方はとても大事な概念で、量子力学の
根幹をなしています。現代の我々が後付けで考えてみると、取り得る状態が
不連続だから行列力学で使えます。そして状態の時間発展が量子力学体系の中で
記述出来て、微視的な状態間の遷移が「定量的に」表せるのです。
こうした様々な新概念が提唱されたのです。そんな、

プランクらの時代における改革には、まさに
「パラダイムシフト」という言葉が使えます。
思想体系において大きな変換が起きました。
まず、考え方のハードルをクリア出来た事は
物理学にとって大きな一歩であったと言えます。

そして明記しておきたいのはボルツマンのプランクに対する評価です。
秀逸なブログを見つけましたので引用させて頂きます。
【https://jmedia.wiki/温度とエネルギーに関するボルツマン定数/Boltzmann_constant　より引用】

「（以下引用）
1920年、プランクはノーベル賞受賞講演で次のように書いている。^[13]
この定数はしばしばボルツマン定数と呼ばれますが、私の知る限り、
ボルツマン自身はこれを導入したことがありません。これは奇妙な状況で、
ボルツマンが時折発した発言からわかるように、この定数の正確な測定を
実行する可能性について考えたことがなかったという
事実によって説明できます。（ここまで引用）」
ボルツマンの没後にその仕事の意義が深められ、評価された事実は
人々の心に残るストーリーです。明記していなくて御免なさい。
【以上12行、2025年7月の改定で追記しました】

そしてプランクは戦争の時代を生きたので幾多の悲劇を味わいました。

人道的見地から、アインシュタイン等へのユダヤ人迫害に対して当時の
独裁者であるヒットラーに直接意見を述べています。そして、プランクの長男は
第一次世界大戦で戦死しています。プランクの二男はヒットラーを暗殺に加担したので
処刑されてしまいました。加えてプランク自身も国賊の親として批難を受けていました。
更には、、他にプランクには二人の娘さんが居ましたが、共に孫娘を産んだ後に亡くなっています。

プランクが1900年に提唱した量子仮説は、当時は黒体放射を説明するための
一つの仮定に過ぎませんでした。しかし、その発想は20世紀物理学を根本から変え、
半導体、レーザー、MRI、量子コンピューターなど、現代科学技術の礎となっています。
プランク定数は今日でも物理学の基本定数として世界中の研究者に用いられ、
その名を冠したマックス・プランク研究所群は、21世紀の最先端研究を牽引し続けています。

---

関連する物理学者

この分野の物理学者（量子論・現代物理学）

グスタフ・キルヒホッフ

ヘルマン・フォン・ヘルムホルツ

ルートヴィッヒ・ボルツマン

マックス・プランク

アルベルト・アインシュタイン

ニールス・ボーア

マックス・ボルン

エルヴィン・シュレーディンガー

ヴェルナー・ハイゼンベルク

〆

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To be exact, its name is
Max Karl Ernst Ludwig Planck.

[Speaking in the current country] German-born Planck is one of the main members of the early quantum theory.

When he was a professor with Helmholtz at the University of Berlin, Planck was very honored to be able to talk with Helmholtz, who was a major figure at the time. He is said to have complained that he was very happy when he was evaluated by Helmholtz. By the way, Planck’s appointment as a professor at this time was due to Kirchhoff’s death, and it seems that the university side had consulted with Boltzmann and Hertz before his appointment. Planck then derives the relationship between energy and radiant waves from the study of blackbody radiation and theorizes it as Planck’s law.

From an academic methodology perspective

, Planck develops realism against Ernst Mach’s positivism. Planck advocates the “Planck’s constant,” which is a constant that characterizes microscopic physical formulas. That is, in microscopic knowledge, he skillfully incorporates discontinuous physical quantities into theory and introduces minute constants to systematize them.

The series of ideas proposed by Planck is a very important concept and forms the basis of quantum mechanics. When we think about it later, it can be used in matrix mechanics because the possible states are discontinuous. And the time evolution of states can be described in the quantum mechanical system, and the transition between microscopic states can be expressed “quantitatively”.

You can use the term paradigm shift. A major transformation has occurred in the ideological system. First of all, it can be said that clearing the hurdle of thinking was a big step for physics.

And since Planck lived in the era of war

 

, he experienced many tragedy. From his humanitarian point of view, he speaks directly to Hitler, the dictator of the time, about the persecution of Jews against Einstein and others. And Planck’s eldest son was killed in action in World War I. Planck’s second son helped Hitler assassinate and he was executed. In addition, Planck himself was criticized as a parent of national bandits. In addition, Planck had two other daughters, both of whom died after giving birth to a granddaughter.

In this way, Planck’s life has changed, but his achievements have never disappeared. Planck’s constant, which retains Planck’s name, is still used in discussions around the world, and his institute continues to do cutting-edge research into the 21st century.

〆

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電磁気学入門
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ハインリヒ・R・ヘルツ【1857年2月22日生まれ ~ 1894年1月1日没】

Heinrich Hertz portrait
Public Domain (Wikimedia Commons)

独逸のヘルツ

ハインリヒ・R・ヘルツのRは
ルドルフ（Rudolf )のRです。

もともと、ヘルツは気象学に関心を持っていました。
1878年ミュンヘン工科大学では指導教官が気象学者のベゾル
でしたが、そこではさしたる業績を残していないようです。
その後の師ヘルムホルツのもとで
液体の蒸発の論文や新型の温度計に関する
論文をまとめた程度だと言われてす。

エーテルに対する理解の変遷

所で、19世紀終わり頃迄は電磁波の伝達物質としてエーテルという物質を
想定していました。確かに波を伝える伝達物質、別の言葉を使うと
媒質といった物があり波は伝わります。

水という媒質があり表面で波紋が伝わり、空気という媒質があって音が伝わる訳です。
1881年のマイケルソンの実験や、1887年のマイケルソン＝モーリー実験では
期待された「エーテル風」が検出されませんでした。これらの結果を受けて、
ヘルツはマクスウェル方程式を改めて考察し、電磁波が真空中を伝わることを
裏付ける実験へと進んでいきました。ヘルツはマクスウェルの方程式を再度
考え直します。電磁波の存在を煎じ詰めて実用的なアンテナを考案しました。

現代の整理された考え方によると、電磁波は真空中であっても伝わります。例えば
太陽光は大気圏に届く前に真空中を伝わってくるのです。そこにはエーテルは
存在しません。エーテルの仮定は観測にかからないばかりか、
地球の自転運動・公転運動に対して説明がつかないのです。

ヘルツ最大の功績

ヘルツ最大の功績は、ジェームズ・クラーク・マクスウェルが
理論的に予言していた「電磁波」の存在を、世界で初めて
実験によって証明したことです。

電気と磁気は時間的に変化すると互いを生み出しながら
空間を伝わる――マクスウェルは数学によってそう導きました。
しかし当時は実際に電磁波を見た人はいませんでした。

ヘルツは火花放電を利用した送信器と、
金属リング状の受信器を製作し、
離れた場所へ電磁波が伝わることを実験で確認しました。

この成果によって、電磁波は単なる理論ではなく
現実に存在する自然現象であることが証明され、
後の無線通信やラジオ、テレビ、携帯電話へとつながる
歴史的な第一歩となったのです。

電磁波とは何か

電磁波とは、電場と磁場が互いに影響し合いながら空間を伝わっていく
波のことです。光も電波も赤外線も紫外線もX線も、すべて同じ
電磁波の仲間であり、波長や周波数が異なるだけです。

ヘルツが実験によって存在を証明した電磁波は、
現在ではラジオ放送、テレビ放送、Wi-Fi、Bluetooth、
携帯電話、GPS、人工衛星との通信など、
社会インフラのほぼすべてを支えています。
現代人が毎日利用している無線通信は、
ヘルツの実験の延長線上にあると言っても
決して大げさではありません。

ヘルツのその他の業績　

何よりも、ヘルツが大事な「時代を担っていた一人」である
という点を強調します。その時代には実験が繰り返され、
電磁気学の分野で光と電磁波をつなぐ
理論がもやもや生み出されていたのです。
それを支える手段が模索されていたのです。

ヘルツは電磁波を発信する
装置を開発して電磁波の送受信
の実験を繰り返しました。
マクスウェルの理論を現実の生活の中の仕組みと
関連させることを考えてみると、
電波を発信する仕組みと受信する仕組みが必要です。

例えば、磁場中で帯電体が振動運動をした時に
電場と磁場が生成されて、光速度に近い
伝番をする筈です。それを観測にかけるには
「出来るだけ簡単で解析しやすい送信部と受信部」
を設計してシステムの構築をしなければいけません。
ヘルツはそうしたシステムを構築したと言えるのです。
その過程では例えば、
送受信間にガラスを置くと
電磁波が通じ難くなると確認しました。即ち、
電磁波というものがあって、それを使うと離れた
空間の間を送受信出来て、電磁波が透過しやすいもの
とし難いものがあると示したのです。大きな一歩でした。

そして、実験で人々にガウス・マクスウェル
の理論を現実の世界とより近づけました。
ヘルツは周波数の単位に名を残しています。

前後の人物（HTML）

---

関連する物理学者

この分野の物理学者（電磁気学・無線通信）

• マイケル・ファラデー
• ジェームズ・クラーク・マクスウェル
• ハインリヒ・ヘルツ
• ニコラ・テスラ
• ジョン・アンブローズ・フレミング
• アレクサンダー・グラハム・ベル
• グリエルモ・マルコーニ（1874）
• ヘンドリック・ローレンツ 

〆

ムームーサーバー
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（2021年9月時点での対応英訳）

Hertz of Germany

Heinrich R. Hertz’s R is Rudolf’s R.

Originally, Hertz was interested in meteorology. At the Technische Universität München in 1878, the instructor was the meteorologist Bezor, but he does not seem to have made much of a mark there. It is said that he only compiled a treatise on liquid evaporation and a new thermometer under his teacher Helmholtz after him.

At the transition of understanding of ether

Until the end of the 19th century,People had assumed The Existance,Ether  as a transmitter of electromagnetic waves. surely

There is a transmitter that transmits waves, or in other words, a medium, and waves are transmitted. There is a medium called water, and ripples are transmitted on the surface, and there is a medium called air, and sound is transmitted.

Hertz reconsiders Maxwell’s equations when Michaelson denies ether in an experiment in 1881. He devised a practical antenna by decocting the existence of electromagnetic waves.

According to modern organized thinking, electromagnetic waves are transmitted even in a vacuum. For example, sunlight travels through a vacuum before it reaches the atmosphere. There is no ether there. Not only is the assumption of ether unobservable, but it cannot explain the rotation and revolution of the earth.

Other achievements of Hertz

Separately, Hertz developed a device for transmitting electromagnetic waves and repeated experiments to send and receive electromagnetic waves.
Considering the relationship between Maxwell’s theory and the mechanism in real life, we need a mechanism to transmit and a mechanism to receive radio waves. For example, when a charged body vibrates in a magnetic field, an electric field and a magnetic field are generated, and the number should be close to the light velocity. In order to observe it, it is necessary to design a “transmitter and receiver that are as simple and easy to analyze as possible” and build a system.

It can be said that Hertz built such a system. In the process, for example, I confirmed that placing glass between transmission and reception makes it difficult for electromagnetic waves to pass through. In other words, he showed that there are electromagnetic waves that can be used to send and receive between distant spaces, making it easy for electromagnetic waves to pass through and difficult for them to pass through. It was a big step.

And in his experiments he brought Gauss Maxwell’s theory closer to the real world. Hertz has left its name in the unit of frequency.

〆