1. 概要
アメリカ合衆国の理論物理学者であるケネス・G・ウィルソンは、相転移現象の理解に革命をもたらした繰り込み群理論の基礎を築いたことで知られています。彼はまた、素粒子物理学における計算機利用の先駆者でもありました。1982年には「相転移に関連した臨界現象に関する研究」の功績によりノーベル物理学賞を受賞しました。ウィルソンの業績は、統計物理学、量子場理論、格子ゲージ理論など、多岐にわたる物理学の分野に深く影響を与え、その後の研究の方向性を決定づける重要な遺産を残しました。
2. 生涯
ケネス・G・ウィルソンは、学術的な家庭に生まれ、早くからその才能を開花させました。彼は物理学界における革新的な貢献だけでなく、科学教育への深い関心も持ち合わせていました。
2.1. 幼少期と教育
ケネス・G・ウィルソンは、1936年6月8日にマサチューセッツ州ウォルサムで生まれました。彼の父はハーバード大学の著名な化学者で、マイクロ波放射に関する重要な研究を行ったE・ブライト・ウィルソン(E. Bright WilsonE・ブライト・ウィルソン英語)であり、母のエミリー・バッキンガム・ウィルソン(Emily Buckingham Wilsonエミリー・バッキンガム・ウィルソン英語)もまた物理学者としての教育を受けていました。彼は兄姉のいる長子でした。
ウィルソンは、イギリスのオックスフォードにあるマグダレン・カレッジ・スクール(Magdalen College Schoolマグダレン・カレッジ・スクール英語)や、ペンシルベニア州東部のジョージ・スクール(George Schoolジョージ・スクール英語)など、複数の学校に通いました。1回の飛び級を経て、16歳でハーバード大学に入学し、数学を専攻しながら物理学も学びました。彼はウィリアム・ローウェル・パトナム数学コンペティション(William Lowell Putnam Mathematical Competitionウィリアム・ローウェル・パトナム数学コンペティション英語)では1954年と1956年の2度、上位5名にランクインする成績を収めました。また、陸上競技のマイル競走でハーバード大学の代表として活躍しました。夏休み期間中にはウッズホール海洋研究所(Woods Hole Oceanographic Institutionウッズホール海洋研究所英語)で働きました。
1961年にはカリフォルニア工科大学(Caltechカリフォルニア工科大学英語)でマレー・ゲルマン(Murray Gell-Mannマレー・ゲルマン英語)の指導のもと博士号を取得しました。
2.2. 学術経歴
博士号取得後、ウィルソンはハーバード大学やCERNで博士研究員として研究に従事しました。1963年にはコーネル大学の物理学科に助教として着任し、1970年には教授に昇進しました。この期間中、彼はSLAC国立加速器研究所でも研究を行いました。1974年にはコーネル大学のジェームズ・A・ウィークス物理学教授(James A. Weeks Professor of Physicsジェームズ・A・ウィークス物理学教授英語)に任命されました。
1985年には、国立科学財団(National Science Foundation国立科学財団英語)によって設立された5つの国家スーパーコンピュータセンターの1つであるコーネル大学の理論計算センター(Cornell Theory Center理論計算センター英語、旧科学・工学理論・シミュレーションセンター(Center for Theory and Simulation in Science and Engineering科学・工学理論・シミュレーションセンター英語))の所長に任命されました。1988年からはオハイオ州立大学に移り、教授として教鞭をとりました。彼は2008年に引退するまでオハイオ州立大学との関係を続けました。
ウィルソンの指導学生の中には、H・R・クリシュナムルティ(H. R. KrishnamurthyH・R・クリシュナムルティ英語)、ローマン・ヤツキフ(Roman Jackiwローマン・ヤツキフ英語)、マイケル・ペスキン(Michael Peskinマイケル・ペスキン英語)、セルジュ・ルーダズ(Serge Rudazセルジュ・ルーダズ英語)、ポール・ギンスパーグ(Paul Ginspargポール・ギンスパーグ英語)、スティーヴン・R・ホワイト(Steven R. Whiteスティーヴン・R・ホワイト英語)などがいます。
彼の弟であるデイヴィッド・ウィルソン(David Wilsonデイヴィッド・ウィルソン英語)も、コーネル大学の分子生物学・遺伝学部門の教授を務めていました。また、1982年以降の妻であるアリソン・ブラウン(Alison Brownアリソン・ブラウン英語)は著名なコンピュータ科学者です。
3. 主要な科学的業績
ウィルソンの物理学における業績は、システムの基本的な特性や力が測定スケールによってどのように変化するかという、スケーリングに関する包括的な理論の定式化を中心に展開されました。彼は、繰り込み群理論への新たな評価を通じて、相転移がどのように起こるかを計算するための普遍的な「分割統治」戦略を考案し、各スケールを個別に考慮し、連続するスケール間のつながりを抽象化することで、統計物理学における臨界現象や相転移の分野に深い洞察をもたらし、精密な計算を可能にしました。
3.1. 繰り込み群理論と臨界現象
ウィルソンの最も画期的な貢献は、相転移と臨界現象に関する繰り込み群理論の発展でした。彼はこの業績により、1982年にノーベル物理学賞を受賞しました。彼の研究は、氷が溶ける現象や磁性の出現といった、現象の微妙な本質を解明し、統計物理学における臨界現象と相転移に関する深い洞察を提供し、精密な計算を可能にしました。彼は量子力学と統計力学を組み合わせた独創的な手法を開発し、特に二次相転移を記述する上での課題を解決しました。この理論は、各スケールを個別に考察し、隣接するスケール間の関係性を抽象化するという「分割統治」戦略を具体化したものでした。
3.2. 量子場理論と格子ゲージ理論
ウィルソンは、スケーリングに関する深い洞察を量子場理論の基本的な問いや、繰り込み群の物理的意味へと拡張しました。彼はまた、格子ゲージ理論を応用してハドロン内部でのクォークの閉じ込め現象の理解を先駆的に進めました。このアプローチは、これまで困難であった強結合計算をコンピュータ上で可能にしました。さらに彼は、この格子上で、素粒子相互作用の重要な特徴であるカイラル対称性についても深く解明しました。また、凝縮系物理学における重要な問題である近藤効果を、繰り込み群を用いて定量的に解決しました。
4. 受賞歴と栄誉
ケネス・G・ウィルソンは、その革新的な研究に対し、数々の著名な賞と学術的栄誉を受けています。
- ハイネマン賞数理物理学部門(Dannie Heineman Prize for Mathematical Physicsハイネマン賞数理物理学部門英語) - 1973年
- ボルツマン・メダル(Boltzmann Medalボルツマン・メダル英語) - 1975年
- ウルフ物理学賞(Wolf Prizeウルフ物理学賞英語) - 1980年(マイケル・E・フィッシャーおよびレオ・カダノフと共同受賞)
- ハーバード大学名誉理学博士(D.Sc (Hon.)ハーバード大学名誉理学博士英語) - 1981年
- カリフォルニア工科大学特別同窓生賞(Distinguished Alumni Awardカリフォルニア工科大学特別同窓生賞英語) - 1981年
- フランクリン・メダル(Franklin Medalフランクリン・メダル英語) - 1982年
- ノーベル物理学賞 - 1982年
- アメリカン・アカデミー・オブ・アチーブメントゴールデンプレート賞(Golden Plate Award of the American Academy of Achievementゴールデンプレート賞英語) - 1983年
- A・C・エリンゲン・メダル(A. C. Eringen MedalA・C・エリンゲン・メダル英語) - 1984年
- アニーズル・ラフマン賞(Aneesur Rahman Prizeアニーズル・ラフマン賞英語) - 1993年
- アメリカ物理学会フェロー(American Physical Society Fellowアメリカ物理学会フェロー英語) - 1998年
- オーストラリア国立大学特別記念フェロー(Australian National University Distinguished Anniversary Fellowオーストラリア国立大学特別記念フェロー英語) - 1996年
- アメリカ国立科学アカデミー会員(1975年選出)
- アメリカ芸術科学アカデミーフェロー(1975年選出)
- アメリカ哲学協会会員(1984年選出)
5. 晩年と社会活動
ウィルソンは1995年にメイン州のグレイ(Gray, Maineグレイ英語)へ移り住みました。彼は2008年に引退するまでオハイオ州立大学との関係を続けました。晩年には、物理教育の研究に積極的に関与し、幼稚園から高等学校までの生徒(K-12、K-12K-12英語)が科学と数学に「アクティブに参加する」(すなわち「探究による科学」(Science by Inquiry探究による科学英語))ことを早期から提唱しました。
6. 死去
ケネス・G・ウィルソンは、2013年6月15日にメイン州サコ(Saco, Maineサコ英語)の老人ホームで、リンパ腫の合併症のため77歳で死去しました。
7. 遺産と影響
ウィルソンの科学的業績は、物理学および関連学術分野に多大な影響を与えました。彼が定式化したスケーリングに関する包括的な理論は、システムの基本的な特性や力が、測定されるスケールに応じてどのように変化するかを説明するものでした。彼は、各スケールを個別に考慮し、隣接するスケール間の関連性を抽象化するという普遍的な「分割統治」戦略を考案し、相転移がどのように発生するかを計算するための画期的な手法を提供しました。
彼のスケーリングに関する洞察は、量子場理論の性質や繰り込み群の物理的意味に関する根本的な問いに答えるために拡張されました。ウィルソンの同僚たちは彼を深く追悼し、彼の繰り込み群に関する研究は理論科学に革命をもたらしたと評価されました。彼の指導を受けた博士課程の学生たちは、その後の物理学界において重要な役割を果たし、彼が残した遺産は、現代物理学の多くの分野で引き継がれ、今もなお大きな影響を与え続けています。