W

latach 1935–1955 niewielka
grupa Japoƒczyków zaintere-
sowa∏a si´ nie rozwiàzanymi

problemami z zakresu fizyki teoretycznej.
Nauczyli si´ mechaniki kwantowej, stwo-
rzyli kwantowà teori´ elektromagnety-
zmu i wysun´li hipotez´ o istnieniu no-
wych czàstek. Przez znacznà cz´Êç tego
okresu ich ˝ycie by∏o w rozsypce, domy
zburzone, a ˝o∏àdki puste. Ale te najgor-
sze dla naukowców czasy by∏y najlep-
sze dla nauki. Po wojnie, kiedy odr´twia-
∏a po szoku Japonia szacowa∏a swoje
zniszczenia, jej fizycy przywieêli do oj-
czyzny dwie Nagrody Nobla.

Ich osiàgni´cia by∏y tym bardziej god-

ne uwagi, ˝e spo∏eczeƒstwo japoƒskie ze-
tkn´∏o si´ z metodykà prowadzenia ba-
daƒ naukowych zaledwie kilkadziesiàt
lat wczeÊniej. W roku 1854 okr´ty wojen-
ne pod dowództwem komandora Mat-
thew Perry’ego wymog∏y otwarcie si´
kraju na handel mi´dzynarodowy, k∏a-
dàc kres trwajàcej 200 lat izolacji. Japonia
zrozumia∏a, ˝e bez nowoczesnej techni-
ki jest pod wzgl´dem militarnym krajem
s∏abym. Grupa wykszta∏conych samura-
jów zmusi∏a w roku 1868 panujàcego
wówczas szoguna do ustàpienia i przy-
wróci∏a do w∏adzy cesarza, który dotàd
by∏ jedynie figurantem. Nowe w∏adze
wysy∏a∏y m∏odych ludzi do Niemiec,
Francji, Anglii i Stanów Zjednoczonych,
aby studiowali tam j´zyki, nauki przy-
rodnicze, in˝ynieri´ i medycyn´, oraz
utworzy∏y uniwersytety w zachodnim
stylu w Tokio, Kioto i innych miastach.

Hantaro Nagaoka by∏ jednym z pierw-

szych japoƒskich fizyków. Jego ojciec,
by∏y samuraj, poczàtkowo uczy∏ swoje-

go syna jedynie kaligrafii i chiƒskiego.
Ale z podró˝y za granic´ wróci∏ z mnó-
stwem angielskich podr´czników i prze-
prosi∏ syna za to, ˝e uczy∏ go samych nie-
w∏aÊciwych przedmiotów. Kiedy znalaz∏
si´ na uniwersytecie, Nagaoka waha∏ si´,
czy wybraç nauki przyrodnicze; nie by∏
pewien, czy Azjaci sà zdolni opanowaç t´
wiedz´. Po roku zg∏´biania historii na-
uki chiƒskiej doszed∏ jednak do wnio-
sku, ˝e równie˝ Japoƒczycy mogà mieç
szanse na tym polu.

W 1903 roku Nagaoka przedstawi∏

model atomu, w którym ma∏e jàdro oto-
czone by∏o pierÊcieniem elektronów. Ten
„saturnowy” model by∏ pierwszym, któ-
ry zawiera∏ jàdro, odkryte w roku 1911
przez Ernesta Rutherforda z Cavendish
Laboratory w Cambridge w Anglii.

JeÊli za miar´ przyjàç zwyci´stwa od-

niesione nad Chinami (1895), Rosjà (1905)
oraz podczas I wojny Êwiatowej, wejÊcie
Japonii na drog´ rozwoju technicznego
zakoƒczy∏o si´ sukcesem. Du˝e przed-
si´biorstwa otwiera∏y laboratoria badaw-
cze, a w roku 1917 powsta∏ w Tokio qua-
sirzàdowy instytut noszàcy nazw´ Riken
(Instytut Badaƒ Fizycznych i Chemicz-
nych). Choç w zamierzeniu mia∏ stano-
wiç techniczne zaplecze dla przemys∏u,
Riken prowadzi∏ tak˝e podstawowe ba-
dania naukowe.

M∏ody naukowiec z tego instytutu,

Yoshio Nishina, zosta∏ w roku 1919 wy-
s∏any za granic´. Podró˝owa∏ po Anglii
i Niemczech, sp´dzi∏ te˝ szeÊç lat w in-
stytucie Nielsa Bohra w Kopenhadze.
Wraz z Oskarem Kleinem Nishina obli-
czy∏ prawdopodobieƒstwo oderwania si´
fotonu, kwantu Êwiat∏a, od elektronu. To

oddzia∏ywanie mia∏o zasadnicze znacze-
nie dla rodzàcej si´ wówczas kwantowej
teorii elektromagnetyzmu, znanej obec-
nie jako elektrodynamika kwantowa.

Powróciwszy do Japonii w 1928 roku,

Nishina przywióz∏ ze sobà „ducha Ko-
penhagi” – demokratyczny sposób pro-
wadzenia badaƒ, dzi´ki któremu ka˝dy
móg∏ wyraziç swoje zdanie, jak˝e ró˝ny
od autorytarnych norm obowiàzujàcych
w uniwersytetach japoƒskich – a tak˝e
wiedz´ na temat aktualnych problemów
i metod naukowych. Odwiedzali te˝ Ja-
poni´ luminarze nauki z Zachodu, tacy
jak Werner K. Heisenberg i Paul A. M.
Dirac, wyg∏aszajàc odczyty dla s∏ucha-
jàcych ich z nabo˝nà czcià rzesz studen-
tów i wyk∏adowców.

Synowie samurajów

Ukryty gdzieÊ w tylnych rz´dach auli,

Shinichiro Tomonaga by∏ jednym z nie-
wielu s∏uchaczy, którzy rozumieli wyk∏a-
dy Heisenberga. W∏aÊnie sp´dzi∏ pó∏to-
ra roku, uczàc si´ mechaniki kwantowej
z oryginalnych prac naukowych. W ostat-
nim dniu wyk∏adów Nagaoka zgani∏
swoich studentów, wyrzucajàc im, ˝e
Heisenberg i Dirac stworzyli nowà teo-
ri´ wkrótce po dwudziestce, podczas gdy
studenci japoƒscy sà na etapie ˝a∏osnego
przepisywania notatek z wyk∏adów. „Na-
gaoki chcia∏ nam dodaç animuszu, ale je-
go gadanina jakoÊ mnie wtedy nie po-
rwa∏a” – przyzna∏ póêniej Tomonaga.

Z czasem mia∏ jednak du˝o podró˝o-

waç, w towarzystwie kolegi ze szko∏y
Êredniej i studiów, Hideki Yukawy. Oj-

72 Â

WIAT

N

AUKI

Luty 1999

Fizycy japoƒscy

w czasie wojny

W najtrudniejszych latach historii tego kraju w Japonii intensywnie

rozwija∏y si´ dwie znakomite szko∏y fizyki teoretycznej

Laurie M. Brown i Yoichiro Nambu

„Ostatnie seminarium, jakie odby∏o si´ w nie spalonym jeszcze wtedy wspania∏ym domu w oko-

licach Riken, poÊwi´cone by∏o teoriom ulew elektronów... Dalsze prowadzenie tych seminariów by∏o
utrudnione, poniewa˝ dom Minakawy sp∏onà∏ w kwietniu, a w maju powa˝nie uszkodzone zosta∏o
laboratorium. W lipcu przeniesiono je do wioski w pobli˝u Komoro; zamieszka∏o tam czterech studentów,
∏àcznie ze mnà. Tatuoki Miyazima tak˝e przeniós∏ si´ do tej wioski i pod koniec 1945 roku kontynu-
owaliÊmy tam nasze badania.”

Satio Hayakawa, astrofizyk

STYCZE¡ 1942 ROKU – autor artyku∏u
Yoichiro Nambu podczas lektury w sali
nr 305 laboratorium Wydzia∏u Fizyki Uni-
wersytetu Tokijskiego. Wkrótce potem zo-
sta∏ zmobilizowany. Kiedy wojna si´ skoƒ-
czy∏a, Nambu trzy lata mieszka∏ w tym
pokoju; sàsiednie laboratoria by∏y w podob-
ny sposób zajmowane przez bezdomnych
i g∏odnych naukowców.

ZA ZGODÑ YOICHIRO NAMBU

cowie obu tych m∏odych m´˝czyzn jeê-
dzili za granic´ i wyk∏adali na uniwer-
sytetach; ojciec Tomonagi by∏ profeso-
rem zachodniej filozofii, a Yukawy –
geologii. Obaj pochodzili z rodzin sa-
murajów. Jeszcze przed pójÊciem do
szko∏y m∏ody Yukawa pozna∏ podsta-
wy konfucjanizmu, które wyk∏ada∏ mu
dziadek ze strony matki, dawny samu-
raj. Potem zetknà∏ si´ z dzie∏ami m´dr-
ców taoizmu, których sposób rozumo-
wania mia∏ póêniej przyrównaç do
podejÊcia naukowego. Do studiowania
fizyki zainspirowa∏ Tomonag´ wyk∏ad
Alberta Einsteina, którego wys∏ucha∏
w Kioto w 1922 roku, a tak˝e lektura
ksià˝ek popularnonaukowych napisa-
nych w j´zyku japoƒskim.

Obaj m∏odzi m´˝czyêni uzyskali stop-

nie bakalarskie w roku 1929 w Uniwer-
sytecie w Kioto w chwili, kiedy zaczyna∏
si´ ogólnoÊwiatowy kryzys gospodar-
czy. Nie majàc sta∏ej pracy, pozostali na
uniwersytecie jako asystenci nie pobie-
rajàcy wynagrodzenia. Uczyli si´ na-
wzajem nowej fizyki i na w∏asnà r´k´
podejmowali programy badawcze.
„Kryzys gospodarczy uczyni∏ z nas na-
ukowców” – ˝artowa∏ póêniej Yukawa.

W 1932 roku Tomonaga przy∏àczy∏

si´ do rzutkiej grupy Nishiny dzia∏ajà-
cej w Instytucie Riken. Yukawa prze-
niós∏ si´ na Uniwersytet w Osace i ku
niezadowoleniu Tomonagi, z ufnoÊcià
we w∏asne si∏y zabra∏ si´ do rozwiàzy-
wania najbardziej aktualnych zagad-
nieƒ. (Nauczyciel Yukawy z pierwszej
klasy szko∏y podstawowej napisa∏ o nim
kiedyÊ: „Jest silnà indywidualnoÊcià
i ma zdecydowane poglàdy.”) Jednym
z tych zagadnieƒ by∏a powa˝na patolo-
gia elektrodynamiki kwantowej, znana
jako problem nieskoƒczonej energii w∏a-
snej. Wyniki wielu obliczeƒ wskazywa-
∏y na nieskoƒczonoÊç: na przyk∏ad elek-
tron i fotony jego w∏asnego pola elektro-
magnetycznego oddzia∏ujà na siebie
wzajemnie tak, ˝e masa elektronu, czy-
li energia, zwi´ksza si´ do nieskoƒczo-
noÊci. Yukawa nie poczyni∏ wielkich po-
st´pów w owej kwestii, która mia∏a
zaprzàtaç najwi´ksze umys∏y na Êwie-
cie jeszcze przez ponad 20 lat. „Co dzieƒ

burzy∏em teorie, które tworzy∏em wcze-
Êniej tego samego dnia. Zanim w dro-
dze do domu przeszed∏em przez most
na rzece Kamo, by∏em pogrà˝ony w roz-
paczy” – wspomina∏ póêniej.

W koƒcu postanowi∏ zajàç si´ na po-

zór ∏atwiejszym problemem: naturà si-
∏y dzia∏ajàcej mi´dzy protonem a neu-
tronem. Heisenberg wysunà∏ by∏ przy-
puszczenie, ˝e si∏a ta jest przekazywana
poprzez wymian´ jednego elektronu.
Poniewa˝ elektron ten ma pewien w∏a-
sny po∏ówkowy moment p´du (albo
inaczej spin), rzucona przez niego myÊl
by∏a sprzeczna z podstawowà zasadà
mechaniki kwantowej – zachowaniem
momentu p´du. Ale zastàpiwszy w∏a-
Ênie zasady klasyczne kwantowymi w
odniesieniu do zachowania elektronów
i fotonów, Heisenberg, Bohr i inni byli
a˝ nadto sk∏onni odrzuciç fizyk´ kwan-
towà i przyjàç, ˝e protony i elektrony
zachowujà si´ zgodnie ze swoimi w∏a-
snymi, diametralnie odmiennymi pra-
wami. Niestety, model Heisenberga
równie˝ przewidywa∏ 200 razy za du-
˝y zasi´g si∏y jàdrowej.

Yukawa odkry∏, ˝e zasi´g si∏y jest od-

wrotnie proporcjonalny do masy czàst-
ki, która jà przekazuje. Na przyk∏ad si-
∏a elektromagnetyczna ma zasi´g nie-
skoƒczony, poniewa˝ jest przenoszona
przez foton nie majàcy masy. Si∏a jàdro-
wa natomiast zamkni´ta jest w Êrodku
jàdra i powinna byç przekazywana
przez czàstk´ o masie 200 razy wi´kszej
od masy elektronu. Stwierdzi∏ tak˝e, ˝e
czàstka jàdrowa musi mieç spin wyno-
szàcy zero lub jeden, aby moment p´-
du by∏ zachowany.

Yukawa opublikowa∏ te spostrze-

˝enia w 1935 roku w swojej pierwszej
samodzielnej pracy zamieszczonej w
czasopiÊmie Proceedings of the PMSJ
(Physico-Mathematical Society of Japan).
Mimo ˝e napisana zosta∏a w j´zyku an-
gielskim, przez dwa lata nie zwróci∏a
niczyjej uwagi. Yukawa wykaza∏ si´ od-
wagà, zak∏adajàc istnienie nowej czàst-
ki i rzucajàc tym samym wyzwanie za-
sadzie „brzytwy Occama” mówiàcej, ˝e
„bytów wyjaÊniajàcych nie powinno si´
mno˝yç bez potrzeby”. W roku 1937

Carl D. Anderson i Seth H. Nedderme-
yer z California Institute of Technology
odkryli w Êladach pozostawionych
przez promienie kosmiczne na∏adowa-
ne czàstki, które mia∏y mniej wi´cej w∏a-
Êciwà mas´, aby spe∏niç warunki hipo-
tezy Yukawy. Lecz ta czàstka pochodzà-
ca z promieni kosmicznych wyst´po-
wa∏a na poziomie morza, a nie by∏a po-
ch∏aniana wysoko w atmosferze, tak
wi´c ˝y∏a 100 razy d∏u˝ej, ni˝ to prze-
widywa∏ Yukawa.

Tymczasem Tomonaga zajmowa∏ si´

wraz z Nishinà elektrodynamikà kwan-
towà. W roku 1937 odwiedzi∏ Heisen-
berga na Uniwersytecie w Lipsku i
wspó∏pracowa∏ z nim przez dwa lata
nad teoriami dotyczàcymi zakresu si∏
jàdrowych. Pojawi∏ si´ tam równie˝
Yukawa, w drodze na presti˝owy Kon-
gres Solvaya w Brukseli. Kongres zosta∏
jednak odwo∏any i obaj naukowcy mu-
sieli w poÊpiechu opuÊciç Europ´.

Wojna niepodobna do innych

Wojna po∏o˝y∏a nagle kres z∏otemu

wiekowi fizyki kwantowej. Jej twórcy, do
tej pory skupieni w oÊrodkach europej-
skich, jak Getynga w Niemczech, rozpro-
szyli si´ po Êwiecie, osiadajàc g∏ównie
w Stanach Zjednoczonych. Heisenberg,
który zosta∏ w Niemczech w∏aÊciwie sam,
kontynuowa∏ – w ka˝dym razie na po-
czàtku – prace nad teorià pola stanowià-
cà uogólnienie elektrodynamiki kwanto-
wej i korespondowa∏ z Tomonagà.

Nim nasta∏ rok 1941, w którym Japo-

nia przystàpi∏a do wojny, Yukawa zo-
sta∏ profesorem w Kioto. WÊród jego
uczniów i wspó∏pracowników znaleêli
si´ dwaj radyka∏owie – Shoichi Sakata
i Mitsuo Taketani. W owym czasie filo-
zofia marksistowska cieszy∏a si´ du˝à
popularnoÊcià wÊród intelektualistów,
którzy upatrywali w niej antidotum na
militaryzm cesarskiego rzàdu. Nieste-
ty, artyku∏y pisane przez Taketaniego
do marksistowskiego pisma Sekai Bun-
ka (Kultura Âwiatowa) zwróci∏y uwag´
„policji myÊli”. W roku 1938 zosta∏ osa-
dzony w wi´zieniu na szeÊç miesi´cy,
a nast´pnie, dzi´ki interwencji Nishiny,

74 Â

WIAT

N

AUKI

Luty 1999

NAGAOKA –

JÑDRO ATOMU

WZÓR

KLEINA–NISHINY

Odkrycia w dziedzinie fizyki

Japonia, lata 1900–1970

ANTENA

YAGI

YUKAWA

– TEORIA SI¸ JÑDROWYCH

TOMONAGA – SUPERTEORIA WIELOCZASOWA

WZÓR GELL-MANNA–NISHIJIMY
DLA DZIWNOÂCI

NOBEL DLA YUKAWY

NOBEL DLA TOMONAGI

SAKATA I INOUE

– TEORIA DWÓCH

MEZONÓW

I WOJNA ÂWIATOWA

II WOJNA ÂWIATOWA (1941 – PRZYSTÑPIENIE JAPONII)

ZRZUCENIE BOMB ATOMOWYCH NA HIROSZIM¢ I NAGASAKI

KONIEC AMERYKA¡SKIEJ OKUPACJI

1900

1910

1920

1930

1940

1950

1960

1970

BRYAN CHRISTIE

wypuszczony i oddany pod kuratel´
Yukawy. Chocia˝ Yukawa by∏ ca∏kowi-
cie poch∏oni´ty fizykà i nie wyra˝a∏ ab-
solutnie ˝adnych poglàdów politycz-
nych, to jednak nadal udziela∏ radyka-
∏om schronienia w swoim laboratorium.

Sakata i Taketani stworzyli marksi-

stowskà filozofi´ nauki, którà nazwali
teorià trzech etapów. Za∏ó˝my, ˝e jakiÊ
badacz odkrywa nowe, niewyt∏umaczal-
ne zjawisko. Najpierw stara si´ poznaç
szczegó∏y i ustaliç pewne prawid∏owo-

Êci. Nast´pnie przedstawia model jako-
Êciowy w celu objaÊnienia tych prawi-
d∏owoÊci, a wreszcie opracowuje do-
k∏adnà matematycznà teori´. Ale wnet
jakieÊ inne odkrycie narzuca koniecz-
noÊç powtórzenia tego procesu. W kon-
sekwencji historia nauk przyrodniczych
przypomina spiral´ obracajàcà si´, ale
wcià˝ posuwajàcà si´ do przodu. Filozo-
fia ta zacz´∏a wywieraç wp∏yw na wie-
lu m∏odych naukowców, w tym jedne-
go z nas (Nambu).

Gdy na Pacyfiku szala∏a wojna, na-

ukowcy nie przerywali swoich badaƒ
w dziedzinie fizyki. W 1942 roku Saka-
ta i Takeshi Inoue wysun´li przypusz-
czenie, ˝e Anderson i Neddermeyer nie
widzieli czàstki Yukawy, widzieli nato-
miast obiekt l˝ejszy, nazywany obecnie
mionem, który wzià∏ si´ z rozpadu
prawdziwej czàstki Yukawy, pionu (me-
zonu

p). Hipotez´ przedstawili w Me-

son Club cz∏onkom nieformalnej grupy
naukowców, którzy spotykali si´ regu-

Â

WIAT

N

AUKI

Luty 1999 75

HIDEKI OGAWA

(drugi od lewej) i jego bracia przed domem rodzinnym w Kioto oko∏o roku 1912. Jako doros∏y cz∏owiek Hideki przy-

jà∏ nazwisko swojej ˝ony – Yukawa, pod którym jest dzisiaj znany. Hideki zosta∏ laureatem Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki, Shige-
ki

(z lewej) jest znawcà historii Chin, Tamaki (trzeci od lewej) – profesorem literatury chiƒskiej, Yoshiki zaÊ profesorem metalurgii.

ZA ZGODÑ MICHIJI KONUMY; ZA POZWOLENIEM PANI SUMI YUKAWY

larnie, aby dyskutowaç o fizyce, i opu-
blikowali jà w czasopiÊmie ukazujàcym
si´ w j´zyku japoƒskim.

Yukawa jeden dzieƒ w tygodniu pra-

cowa∏ na potrzeby wojny; nigdy nikomu
nie zdradzi∏, na czym ta praca polega∏a.
Wyzna∏ natomiast, ˝e w drodze do woj-
skowego laboratorium czyta∏ Genji-mo-
nogatari (OpowieÊç o Gendzi – powieÊç oby-
czajowa pióra XI-wiecznej pisarki
Murasaki Shikibu, arcydzie∏o japoƒskiej
literatury klasycznej – przyp. red.). To-
monaga, który zosta∏ profesorem w to-
kijskim Uniwersytecie Bunrika (obecnie
Uniwersytet Tsukuba), by∏ powa˝niej za-
anga˝owany w prace na potrzeby woj-
ny. Wraz z Masao Kotani z Uniwersytetu
Tokijskiego opracowa∏ teori´ magnetro-
nów – urzàdzeƒ wykorzystywanych w
systemach radarowych do generowania
fal elektromagnetycznych – dla marynar-
ki wojennej. Za poÊrednictwem znajome-
go kapitana okr´tu podwodnego Heisen-
berg przes∏a∏ Tomonadze swà prac´ na
temat techniki obliczeƒ, którà wynalaz∏
na potrzeby opisywania wzajemnego od-
dzia∏ywania na siebie czàstek kwanto-
wych. By∏a to w zasadzie teoria fal, któ-
rà Tomonaga wkrótce zastosowa∏ przy
projektowaniu falowodów do radarów.

W tym samym czasie Tomonaga zaj-

mowa∏ si´ problemem nieskoƒczonej
energii w∏asnej, którà Yukawa przesta∏
si´ interesowaç. Opracowa∏ sposoby opi-
sywania zachowania kilku oddzia∏ujà-
cych na siebie wzajemnie czàstek kwan-
towych, takich jak elektrony, porusza-
jàcych si´ z pr´dkoÊcià bliskà pr´dko-
Êci Êwiat∏a.

Uogólniajàc myÊl, której autorem by∏

Dirac, przypisa∏ ka˝dej czàstce nie tylko
wspó∏rz´dne przestrzenne, lecz tak˝e
jej w∏asnà wspó∏rz´dnà czasowà i na-
zwa∏ t´ formu∏´ „superteorià wielocza-
sowà”. Praca ta, uznana za mocnà pod-
staw´ elektrodynamiki kwantowej, zo-

sta∏a opublikowana w 1943 roku w cza-
sopiÊmie naukowym Instytutu Riken.

W owym okresie wi´kszoÊç studen-

tów zosta∏o ju˝ zmobilizowanych. Nam-
bu znalaz∏ si´ poÊród osób przydzielo-
nych do badaƒ nad radarem na po-
trzeby wojska. (Silna rywalizacja pomi´-
dzy wojskami làdowymi a marynarkà
wojennà doprowadzi∏a do tego, ˝e si∏y
te si´ dublowa∏y.) Nak∏ady by∏y niewy-
starczajàce, a technika cz´sto bardzo
prymitywna: wojska làdowe nie potra-
fi∏y zbudowaç ruchomych systemów ra-
darowych pozwalajàcych ustaliç po∏o-
˝enie obiektów nieprzyjaciela. Pewnego
dnia wr´czono Nambu kawa∏ek per-
maloju (˝elazo-niklowy stop magne-
tyczny – przyp. red.) o wymiarach oko-
∏o 7.6 x 7.6 cm i polecono, aby wyko-
rzysta∏ go do wykrywania ∏odzi pod-
wodnych z powietrza. Kazano mu tak-
˝e wykraÊç marynarce wojennej prac´
Tomonagi o falowodach sklasyfikowa-
nà jako „tajnà”, które to polecenie wyko-
na∏, sk∏adajàc wizyt´ nie podejrzewa-
jàcemu niczego profesorowi [patrz:
Madhusree Mukerjee, „Wizjoner, który
dojrza∏ kwarki i gluony”, SYLWETKA;
Âwiat Nauki, kwiecieƒ 1995].

Ciekawe, ˝e wÊród dawnych japoƒ-

skich wynalazków by∏y m.in. wspania-
∏e magnetrony zaprojektowane przez
Kinjiro Okabe oraz anteny; te ostatnie,
wynalezione w roku 1925 przez Hidet-
sugu Yagi i Shintaro Uda, nadal sterczà
na dachach wielu domów. Japoƒscy
wojskowi dowiedzieli si´ o istotnym
znaczeniu anteny Yagi ze zdobycznego
brytyjskiego podr´cznika.

M∏odsi fizycy mieszkajàcy w rejonie

Tokio kontynuowali studia, kiedy tyl-
ko by∏o to mo˝liwe; profesorowie z Uni-
wersytetu Tokijskiego, a tak˝e Tomo-
naga, prowadzili dla nich w niedziele
specjalne kursy. W roku 1944 kilkoro
studentów (w tym Satio Hayakawa, cy-

towany na poczàtku tego artyku∏u) zo-
sta∏o zwolnionych z obowiàzku uczest-
niczenia w badaniach na potrzeby woj-
ny; powrócili oni na uniwersytet. A
jednak by∏y to dla wszystkich ci´˝kie
czasy. Dom jednego ze studentów sp∏o-
nà∏, drugiego zmobilizowano, dom trze-
ciego tak˝e sp∏onà∏ tu˝ przed tym, za-
nim i on zosta∏ powo∏any do wojska.
Miejsca, gdzie odbywa∏y si´ seminaria,
kilkakrotnie zmieniano. Tomonaga, któ-
ry zawsze by∏ s∏aby fizycznie, czasami
mimo choroby prowadzi∏ zaj´cia ze stu-
dentami, le˝àc w ∏ó˝ku.

W tym czasie Nishina otrzyma∏ od

wojska polecenie zbadania mo˝liwoÊci
zbudowania bomby atomowej. W roku
1943 doszed∏ do wniosku, i˝ jest to wy-
konalne pod warunkiem, ˝e b´dzie mia∏
dosyç czasu i pieni´dzy. Zleci∏ m∏ode-
mu fizykowi Masa Takeuchiemu, spe-
cjalizujàcemu si´ w fizyce promienio-
wania kosmicznego, zbudowanie urzà-
dzenia do separacji l˝ejszej postaci ura-
nu potrzebnej do budowy bomby. Naj-
widoczniej Nishina sàdzi∏, ˝e projekt
ten pozwoli na kontynuowanie badaƒ
w zakresie fizyki, gdy zakoƒczy si´ ju˝
wojna. Taketani, który znów znalaz∏ si´
w wi´zieniu, równie˝ zosta∏ zmuszony
do pracy nad tym zadaniem. Nie mia∏
nic przeciwko temu, wiedzàc, ˝e szanse
osiàgni´cia sukcesu sà ˝adne.

Po drugiej stronie Oceanu Spokojne-

go nad realizacjà Projektu Manhattan
pracowa∏o oko∏o 150 tys. m´˝czyzn i ko-
biet, nie wspominajàc o ca∏ej konstelacji
geniuszy i 2 mld dolarów przeznaczo-
nych na ten cel. Dla kontrastu, kiedy ja-
poƒscy studenci zdali sobie spraw´, ˝e
do produkcji szeÊciofluorku uranu, z któ-
rego b´dzie mo˝na ekstrahowaç uran,
potrzebny im b´dzie cukier, musieli
przynosiç do laboratorium swój w∏asny,
ze skromnych racji, jakie otrzymywali.
Jeszcze inna próba, zainicjowana w 1943
roku przez marynark´ wojennà, równie˝
podj´ta by∏a na zbyt ma∏à skal´ i zbyt
póêno. Do koƒca wojny dzi´ki tym
przedsi´wzi´ciom uda∏o si´ jedynie uzy-
skaç kawa∏ek metalicznego uranu wiel-
koÊci znaczka pocztowego, wcià˝ jesz-
cze nie wzbogaconego o jego lekki izotop.

Nad Japonià eksplodowa∏y dwie

bomby atomowe. Luis W. Alvarez z
University of California w Berkeley by∏
na pok∏adzie samolotu, który zrzuci∏
drugà bomb´ na Nagasaki. Jego zada-
niem by∏o rozmieszczenie trzech mikro-
fonów w celu zmierzenia si∏y wybuchu.
Do tych urzàdzeƒ przymocowa∏ list
(oraz jego dwie fotokopie), który napi-
sa∏ wespó∏ z dwoma kolegami z Berke-
ley, Philipem Morrisonem i Robertem
Serberem. Jego adresatem by∏ Riokichi
Sagane, syn Nagaoki, fizyk nale˝àcy do

76 Â

WIAT

N

AUKI

Luty 1999

WYCIECZKA NA GÓR¢ FUD˚I w roku 1936 zgromadzi∏a fizyków z laboratoriów Insty-
tutu Riken. Shinichiro Tomonaga siedzi w pierwszym rz´dzie

(trzeci od lewej). Yoshio Ni-

shina, „szef”, który przewodzi∏ du˝ej i p∏odnej naukowo grupie w Riken, trzeci od prawej
(w pierwszym rz´dzie).

NISHINA MEMORIAL FOUNDATION, ZA ZGODÑ HIROSHI EZAWY

grupy Tomonagi. Jako eksperymenta-
tor Sagane sp´dzi∏ w Berkeley dwa lata,
zdobywajàc wiedz´ o cyklotronach, po-
t´˝nych urzàdzeniach s∏u˝àcych do ba-
daƒ w dziedzinie fizyki czàstek elemen-
tarnych. Tam te˝ pozna∏ owych trzech
Amerykanów, którzy teraz usi∏owali
przekazaç mu informacje o naturze
bomby atomowej. Chocia˝ list zosta∏ od-
naleziony przez ˝andarmeri´ wojsko-
wà, o jego istnieniu Sagane dowiedzia∏
si´ dopiero po wojnie.

Pokój i g∏ód

Po kapitulacji Japonii w sierpniu 1945

roku kraj ten przez siedem lat znajdo-
wa∏ si´ praktycznie pod amerykaƒskà

okupacjà. Pod rzàdami genera∏a Dou-
glasa MacArthura system uniwersytec-
ki zosta∏ zreformowany, zliberalizowa-
ny i rozbudowany. Jednak prowadzenie
badaƒ doÊwiadczalnych w zakresie fi-
zyki jàdrowej i w dziedzinach pokrew-
nych by∏o w zasadzie zakazane. Wszyst-
kie cyklotrony w Japonii zosta∏y zde-
montowane i wrzucone do morza, oba-
wiano si´ bowiem, ˝e mog∏yby zostaç
wykorzystane do badaƒ nad bombà
atomowà.

Zresztà znajdujàca si´ w op∏akanym

stanie gospodarka kraju nie pozwala∏a
na luksus prowadzenia badaƒ ekspery-
mentalnych. Tomonaga mieszka∏ wraz
z rodzinà w laboratorium, którego po∏o-
wa zosta∏a doszcz´tnie zburzona przez

bomby. Nambu przyjecha∏ na Uniwer-
sytet Tokijski, aby pracowaç tam jako
asystent i mieszka∏ przez trzy lata w la-
boratorium, Êpiàc na materacu ze s∏o-
my roz∏o˝onym na biurku (z braku in-
nej odzie˝y chodzi∏ wcià˝ w mundurze
wojskowym). Sàsiednie pomieszczenia
zaj´te by∏y w podobny sposób, jedno
z nich przez pewnego profesora wraz
z rodzinà.

G∏ównà troskà wszystkich by∏o zdo-

bywanie ˝ywnoÊci. Nambu znajdowa∏
czasem na tokijskim targu rybnym sar-
dynki. Poniewa˝ nie mia∏ lodówki, wo-
kó∏ rozchodzi∏ si´ wnet przykry zapach.
W czasie weekendu wypuszcza∏ si´ na
wieÊ, aby wyprosiç od rolników cokol-
wiek do jedzenia.

Â

WIAT

N

AUKI

Luty 1999 77

ZNAMIENITY GOÂå NIELS BOHR

(z prawej) rozmawia o fizyce z Nishinà i Seishi Kikuchi (stoi) podczas podró˝y do Japonii w kwiet-

niu 1937 roku. Nishina odwiedzi∏ instytut Bohra w Kopenhadze na poczàtku lat dwudziestych i utrzymywa∏ kontakty z kilkoma europej-
skimi naukowcami. Kikuchi by∏ eksperymentatorem, który przeprowadzi∏ jedne z pierwszych badaƒ nad falami elektronowymi.

NISHINA MEMORIAL FOUNDATION, ZA ZGODÑ HIROSHI EZAWA

Z jego pokoju korzysta∏o jeszcze paru

innych fizyków. Jeden z nich, Ziro Ko-
ba, pracowa∏ w tokijskim Uniwersytecie
Bunrika wraz z grupà Tomonagi nad roz-
wiàzaniem problemu energii w∏asnej.
Niektórzy z kolegów specjalizowali si´
w badaniach nad cia∏ami sta∏ymi i cie-
czami (dziedzina ta znana jest dziÊ pod
nazwà fizyki materii skondensowanej)
pod kierunkiem Kotaniego i jego asy-
stenta Ryogo Kubo, który póêniej mia∏
zyskaç s∏aw´ jako autor twierdzeƒ z dzie-
dziny mechaniki statystycznej. Ci m∏o-
dzi ludzie uczyli si´ nawzajem wszyst-
kiego, co tylko wiedzieli z zakresu fizyki
oraz regularnie odwiedzali bibliotek´
utworzonà przez MacArthura i przeglà-
dali wszelkie czasopisma naukowe, ja-
kie tylko do niej przychodzi∏y.

Na jednym z zebraƒ w roku 1946 Sa-

kata, pracujàcy wówczas w Uniwersyte-
cie w Nagoja, którego wydzia∏ fizyki zo-
sta∏ przeniesiony do budynku szko∏y
podstawowej na peryferiach miasta, za-
proponowa∏ sposób post´powania z nie-
skoƒczonà energià w∏asnà elektronu po-
legajàcy na zrównowa˝eniu si∏y elek-
tromagnetycznej z jakàÊ innà nieznanà
si∏à. Pod koniec obliczenia mo˝na by∏o
spowodowaç znikni´cie tej ostatniej.
(Mniej wi´cej w tym samym czasie
Abraham Pais z Institute for Advanced
Study z Princeton w New Jersey zapro-
ponowa∏ podobne rozwiàzanie.) Acz-
kolwiek metoda ta mia∏a swoje wady,
to jednak w koƒcu pozwoli∏a grupie To-
monagi na znalezienie sposobu pozby-
cia si´ tych nieskoƒczonoÊci przez za-
stosowanie metody znanej jako proce-
dura renormalizacji.

Tym razem wyniki zosta∏y opubliko-

wane w Progress of Theoretical Physics,

angielskoj´zycznym czasopiÊmie nauko-
wym za∏o˝onym przez Yukaw´ w ro-
ku 1946. We wrzeÊniu 1947 roku Tomo-
naga przeczyta∏ w Newsweeku o zaska-
kujàcym wyniku doÊwiadczalnym uzy-
skanym przez Willisa E. Lamba i Rober-
ta C. Retherforda z Columbia Universi-
ty. Elektron w atomie wodoru mo˝e za-
jmowaç jeden z kilku stanów kwanto-
wych: okaza∏o si´, ˝e dwa z tych sta-
nów, o których wczeÊniej sàdzono, ˝e
posiadajà identycznà energi´, majà ener-
gie nieco odmienne.

Wkrótce po og∏oszeniu tego odkry-

cia Hans Bethe z Cornell University za-
proponowa∏ sposób szybkiego, nierela-
tywistycznego obliczania „przesuni´cia
Lamba”, którà to nazwà zacz´to okre-
Êlaç wspomnianà ró˝nic´ energii. Efek-
tem tego jest skoƒczona zmiana w nie-
skoƒczonej energii w∏asnej elektronu
poruszajàcego si´ wewnàtrz atomu.
Wraz ze swoimi studentami Tomonaga
wkrótce uzyska∏ wynik relatywistycz-
ny przez poprawne rachunkowe upo-
ranie si´ z nieskoƒczonoÊciami.

Ich praca bardzo przypomina∏a t´,

którà prawie jednoczeÊnie wykona∏ Ju-
lian S. Schwinger z Harvard University.
Wiele lat póêniej Tomonaga i Schwin-
ger mieli okazj´ stwierdziç zaskakujà-
ce podobieƒstwo w przebiegu swoich
naukowych karier: obaj pracowali nad
radarem, rozchodzeniem si´ fal i ma-
gnetronami w ramach osobistego wk∏a-
du w wojenny wysi∏ek swoich krajów
i obaj pos∏u˝yli si´ teorià Heisenberga
w rozwiàzywaniu tego samego proble-
mu. W 1965 roku obaj podzielili si´ z Ri-
chardem Feynmanem Nagrodà Nobla
za stworzenie teorii elektrodynamiki
kwantowej. (Feynman mia∏ swój w∏a-

sny, specyficzny sposób ujmowania pro-
blemu – wyst´powa∏y w nim elektrony
poruszajàce si´ wstecz w czasie – który
jak to wykaza∏ póêniej Freeman Dyson
z Institute for Advanced Study, odpo-
wiada∏ podejÊciu, jakie przyj´li Tomo-
naga i Schwinger.) Poza tym zarówno
nazwisko Tomonagi, jak i Schwingera
znaczy „oscylator”, a wi´c uk∏ad majà-
cy podstawowe znaczenie dla du˝ej cz´-
Êci fizyki.

Mniej wi´cej w tym samym czasie,

kiedy og∏oszone zosta∏o odkrycie „prze-
suni´cia Lamba”, grupa uczonych w
Anglii odkry∏a rozpad pionu na mion
na p∏ytach fotograficznych wystawio-
nych na dzia∏anie promieni kosmicz-
nych na du˝ej wysokoÊci. Odkrycie to
wykaza∏o, ˝e Inoue, Sakata i Yukawa
nie mylili si´ ani troch´. Kiedy szum
wokó∏ sprawy ucich∏, sta∏o si´ jasne, ˝e
Yukawa odkry∏ niezwykle istotnà zasa-
d´ dotyczàcà dzia∏ania si∏: sà one prze-
kazywane przez czàstki, których spin
jest zawsze liczbà ca∏kowità i których
masa okreÊla ich zakres. Ponadto jego
taktyka polegajàca na za∏o˝eniu istnie-
nia nowej czàstki okaza∏a si´ zdumie-
wajàco trafna. Wiek XX by∏ Êwiadkiem
odkrycia bogactwa czàstek subatomo-
wych, przy czym istnienie wielu z nich
przewidywano ju˝ wiele lat wczeÊniej.

W 1947 roku zacz´to odkrywaç no-

we czàstki, które okaza∏y si´ takim za-
skoczeniem, ˝e nazwano je „dziwny-
mi”. Chocia˝ pojawia∏y si´ rzadko,
cz´sto wyst´powa∏y parami, a ponadto
˝y∏y nienormalnie d∏ugo. W koƒcu Mur-
ray Gell-Mann z California Institute of
Technology oraz – niezale˝nie od nie-
go – Kazuhiko Nishijima z Uniwersyte-
tu w Osace i inni naukowcy odkryli pra-
wid∏owoÊç kryjàcà si´ za ich w∏aÊci-
woÊciami, okreÊlanà cechà charaktery-
stycznà kwantu, zwanà „dziwnoÊcià”.
(Jej rozpoznanie by∏o pierwszym kro-
kiem w teorii trzech etapów.)

W nast´pnych latach Sakata i jego part-

nerzy energicznie zaj´li si´ porzàdkowa-
niem ca∏ego bogactwa czàstek, które si´
pojawia∏y, i przyj´li konstrukcj´ mate-
matycznà – triad´, która poprzedzi∏a mo-
del kwarków. (Konstrukcja ta stanowi∏a
drugi etap. Obecnie fizyka wielkich ener-
gii, ze swojà precyzyjnà teorià czàstek
i si∏ znana jako Model Standardowy, sta-
nowi trzeci i ostatni etap.)

Tymczasem fizycy japoƒscy odnawia-

li kontakty z amerykaƒskimi naukowca-
mi, którzy zbudowali bomb´ atomowà.
Ich stosunek wobec Amerykanów by∏
ambiwalentny. Dywanowe bombardo-
wania Tokio oraz zag∏ada Hiroszimy
i Nagasaki szokowa∏y nawet Japoƒczy-
ków przeciwnych wojnie. Z drugiej stro-
ny okupacja, wraz z jej programem libe-

78 Â

WIAT

N

AUKI

Luty 1999

ZDJ¢CIE GRUPOWE wykonane w Rochester, w stanie Nowy Jork, oko∏o 1953 roku przed-
stawia japoƒskich badaczy z fizykiem Richardem Feynmanem. Masatoshi Koshiba

(z le-

wej z ty∏u) zaprojektowa∏ potem laboratorium w Kamiokande, w którym dokonuje si´
wa˝nych badaƒ nad neutrinami ze S∏oƒca i z kosmosu, inni zostali wybitnymi teoretyka-
mi. Zdj´cie wykona∏ Nambu

(poÊrodku na pierwszym planie), utalentowany w dziedzi-

nach innych ni˝ fotografia.

YOICHIRO NAMBU

ralizacji, okaza∏a si´ stosunkowo ∏agod-
na. Kto wie, mo˝e decydujàcym czynni-
kiem by∏a wspólna im wszystkim fascy-
nacja naukà.

Pojednanie

Dyson opisa∏, jak w roku 1948 Bethe

otrzyma∏ dwa pierwsze numery Progress
of Theoretical Physics, wydrukowane na
grubym, bràzowawym papierze. Arty-
ku∏ Tomonagi zamieszczony w drugim
numerze zawiera∏ g∏ównà ide´ teorii
Schwingera. „W taki czy inny sposób, po-
Êród ruin i wojennego chaosu, Tomona-
ga kontynuowa∏ w Japonii szko∏´ badaw-
czà fizyki teoretycznej, która pod pew-
nymi wzgl´dami wyprzedza∏a wszyst-
ko, co dzia∏o si´ w Êwiecie w tej dziedzi-
nie – pisa∏ Dyson. – Par∏ do przodu sa-
modzielnie i po∏o˝y∏ fundamenty pod
nowà elektrodynamik´ kwantowà na
pi´ç lat przed Schwingerem i bez pomo-
cy eksperymentów prowadzonych w Co-
lumbia University. OdbieraliÊmy to ni-
czym g∏os dobywajàcy si´ z g∏´biny”.

J. Robert Oppenheimer, ówczesny dy-

rektor Institute for Advanced Study, za-
prosi∏ do siebie Yukaw´. Uczony sp´dzi∏
w instytucie rok, nast´pnie drugi w Co-
lumbia University, a w roku 1949 otrzy-
ma∏ Nagrod´ Nobla. Równie˝ Tomona-
ga odwiedzi∏ instytut i uzna∏, ˝e jest to
miejsce niezwykle stymulujàce. Ale t´-
skni∏ bardzo za ojczystym krajem. „Czu-
j´ si´ tu jak na wygnaniu w raju – pisa∏ do
swoich dawnych studentów. Po roku
pracy nad teorià czàstek poruszajàcych
si´ w jednym wymiarze, która dzisiaj
okazuje si´ przydatna w badaniach pro-
wadzonych przez zwolenników teorii
strun, powróci∏ do Japonii

Na poczàtku lat pi´çdziesiàtych tak˝e

m∏odsi fizycy zacz´li odwiedzaç Stany
Zjednoczone. Niektórzy, na przyk∏ad Na-
mbu, zostali tam na sta∏e. ¸agodzàc nie-
co skutki tego drena˝u mózgów, na-
ukowcy-emigranci utrzymywali nadal
kontakt ze swoimi kolegami w kraju. Wy-
sy∏ali m. in. listy do nieformalnego biu-
letynu Soryushiron Kenkyu. Teksty te cz´-
sto odczytywano na g∏os podczas spotkaƒ
grupy badaczy, która zawiàza∏a si´ po
ustaniu dzia∏alnoÊci Meson Club. W ro-
ku 1953 Yukawa zosta∏ dyrektorem no-

wego instytutu badawczego w Kioto,
znanego dzisiaj pod nazwà Yukawa In-
stitute for Theoretical Physics. W tym
samym roku on sam i Tomonaga byli
gospodarzami mi´dzynarodowej kon-
ferencji poÊwi´conej fizyce teoretycznej,
która odby∏a si´ w Tokio i Kioto. Wzi´-
∏o w niej udzia∏ 55 zagranicznych fizy-
ków, w tym Oppenheimer. Podobno
Oppenheimer pragnà∏ zobaczyç prze-
pi´kne Wewn´trzne Morze Japoƒskie,
ale Yukawa odradza∏ mu to w obawie,
˝e widok pobliskiej Hiroszimy mo˝e byç
dla amerykaƒskiego goÊcia przykrym
doÊwiadczeniem. Mimo ˝e ca∏e ˝ycie
pogrà˝eni byli w Êwiecie abstrakcji,
Yukawa i Tomonaga czynnie uczestni-
czyli w ruchu antynuklearnym i podpi-
sali kilka petycji wzywajàcych do znisz-
czenia zapasów broni jàdrowej.

W 1959 roku Leo Esaki, doktorant

w Uniwersytecie Tokijskim, przedsta-
wi∏ prac´ poÊwi´conà kwantowemu za-
chowaniu pó∏przewodników, która uto-
rowa∏a póêniej drog´ do udoskonalenia

tranzystorów. W roku 1973 mia∏ zdo-
byç dla Japonii trzeciego Nobla w dzie-
dzinie fizyki, którà to nagrod´ podzie-
li∏ z Ivarem Giaeverem i Brianem D.
Josephsonem.

Nasuwa si´ pytanie, dlaczego najgor-

sze dla Japonii dekady tego wieku by∏y
równoczeÊnie najbardziej twórczymi la-
tami w pracy japoƒskich fizyków teo-
retyków? Byç mo˝e udr´czone umys∏y
w czysto teoretycznej kontemplacji szu-
ka∏y ucieczki przed okropnoÊciami woj-
ny. Mo˝liwe, ˝e wojna sprzyja∏a izolacji,
która pobudza∏a do oryginalnego my-
Êlenia. Z pewnoÊcià tradycyjny styl feu-
dalnej zale˝noÊci od profesorów i ad-
ministratorów za∏ama∏ si´ na pewien
czas. Mo˝e wreszcie fizycy mieli szans´
swobodnego rozwijania swoich w∏a-
snych idei.

Ale kto wie, czy nie by∏ to po prostu

okres zbyt niezwyk∏y, aby da∏o si´ to
w jakikolwiek sposób wyt∏umaczyç.

T∏umaczy∏

Wies∏aw Mleczko

Â

WIAT

N

AUKI

Luty 1999 79

TOMONAGA pozuje do fotografii u siebie w domu. Zdj´cie zrobiono w roku 1960 na pi´ç
lat przed przyznaniem mu, wespó∏ z innymi naukowcami, Nagrody Nobla, za rozwiàzanie
problemów nieskoƒczonoÊci w dziedzinie elektrodynamiki kwantowej, opracowane pod-
czas II wojny Êwiatowej.

ZA ZGODÑ SHUNKICHI KIKUCHI

Informacje o autorach

LAURIE M. BROWN i YOICHIRO NAMBU cz´sto wspó∏pracujà podczas realizacji

przedsi´wzi´ç dotyczàcych historii fizyki w Japonii. Brown jest profesorem honoro-

wym Northwestern University, a od 20 lat kieruje zainteresowania ku historii fizyki.

Jest autorem lub wspó∏autorem oÊmiu ksià˝ek na ten temat. Nambu jest profesorem

honorowym University of Chicago, twórcà kilku kluczowych koncepcji z teorii czàstek;

otrzyma∏ Wolf Prize, Dirac Medal, National Medal of Science, Order Zas∏u˝onego dla

Kultury (od rzàdu japoƒskiego) oraz wiele innych wyró˝nieƒ. W listopadzie 1976 roku

Nambu napisa∏ dla Scientific American artyku∏ o uwi´zieniu kwarków.

Literatura uzupe∏niajàca

„TABIBITO” (THE TRAVELER).

Hideki Yukawa. T∏um. L.

Brown i R. Yoshida; World Scientific, 1982.

PROCEEDINGS OF THE JAPAN-USA COLLABORATIVE

WORKSHOPS ON THE HISTORY OF PARTICLE THEORY IN
JAPAN,

1935-1960. Red. Laurie M. Brown i in.

Yukawa Hall Archival Library, Research Institute

for Fundamental Physics; Kyoto University,

V/1988.