تو موناگا، سین ایتیرو

[sinitiro tomonā gā]
Sin-Itiro Tomonaga
(ت. توکیو، ژاپون، 10 فروردین 1285/ 13 مارس 1906؛ و. توکیو، 17 تیر 1358/ 8 ژویه‌ی 1979)، فیزیک.
سین ایتیرو توموناگا، که به پاس «کار بنیادین در برقپویایی (الکترودینامیک) کوانتومی» با ریچارد پ. فنیمن و یولیان اشوینگر در جایزه‌ی نوبل سال 1344 سهیم شد، پسر هیده و سانجورو توموناگا بود. وقتی که سین ایتیرو متولد شد، پدرش، سانجورو، از استادان دانشگاه شینشو در توکیو بود. او در 1286 کرسی درسی در فلسفه را در دانشگاه امپراتوری کیوتو پذیرفت. از 1288 تا 1292 در خارج از کشور، بیشتر در آلمان، تحقیق کرد، و خانواده‌‌‌‌‌‌‌اش به توکیو نقل مکان کردند تا با خویشاوندان زندگی کنند. سین ایتیرو نخستین سال تحصیلات ابتدایی خود را در آنجا گذراند؛ پس از آن که اعضای خانواده در 1292 دوباره به هم پیوستند، در کیوتو به دبستان رفت. او اغلب رنجور بود، و در 1297 نیمسال اول دبیرستان را از دست داد. هیدکی یوکاوا، که او نیز بعداً به دریافت جایزه نوبل در فیزیک مفتخر شد، یک سال بعد از توموناگا به همان دبیرستان وارد شد. در اثر بیماری توموناگا، آنان همکلاس شدند و سه سال دوره‌ی دوم دبیرستان و دوره دانشگاه امپراتوری کیوتو همچنان همکلاس بودند.
توموناگا در خاطرات خود، به نام «معلمان من، دوستان من»، تجربه‌های دانشگاهی خود را چنان عاری از رغبت توصیف می‌کند که درباره‌ی آینده خود بدبین شد. درباره آموزش چنین گفته است: «به عقیده‌ی من سطح دروس پایین بود، مخصوصاً در فیزیک، که من انتظارات زیادی داشتم، بسیار مأیوس‌کننده بود.»
علاقه توموناگا به فیزیک بر اثر تبلیغات خوبی که از مسافرت آلبرت آینشتاین به ژاپون در 1301 شده بود و با خواندن کتابی درباره نظریه نسبیت، نوشته جون ایشیوارا، برانگیخته شده بود. در دبیرستان، نظریه‌ی اتومی نیلس بور، با تکیه بر سرشت پیچیده و انقلابی آن، مورد بحث قرار گرفته بود. سال تحصیلی 1304-1305، آخرین سال تحصیل توموناگا در دبیرستان بود، یعنی سال مکانیک کوانتومی نوین ورنر هایزنبرک، اِروین اشرودینگر، و پول ا.م. دیرک. معلم فیزیک او، تاکئوهوری، که تازه از دانشگاه امپراتوری کیوتو فارغ التحصیل شده بود، مطالبی درباره‌ی مکانیک ماتریسی و مکانیک موجی عرضه کرد.
از این روی توموناگا از فیزیک کهنه‌ای که در دانشگاه آموخته می‌شد دلزده بود. درسهای نظری کسل‌کننده بودند و فورمولهای خشک و بی‌فایده بسیاز داشتند؛ آزمایشگاه‌ها تاریک و کثیف و قدیمی ساز بودند. اما وی آموزش ریاضیات را سودمند و جالب توجه یافت. آموزندگان در کار تحقیق فعال بودند و شاگردان خود را ترغیب می‌کردند.
توموناگا، یوکاوا، و چند دانشجوی بلند پرواز دیگر، در سال آخر دانشگاه (1307-1308)، مکانیک کوانتومی را از روی مقالات اصلی مجلات باهم و بی‌استاد آموختند. توموناگا و یوکاوا پس از فراغت از تحصیل به صورت دستیار بی‌حقوق کاجورو تاماکی در کیوتو ماندند.
در شهریور 1308، هایزنبرک و دیرک، که تابستان را در امریکا گذرانده بودند به دعوت یوشیو نیشینا، از امریکا به ژاپون آمدند. توموناگا به توکیو رفت تا در سخنرانیهای آنان، که به انگلیسی بیان می‌شدند، حضور یابد (این سخنرانیها دو سال بعد به ژاپونی منتشر شدند). این مهمانان درباره آخرین کارهای خودشان سخن می‌گفتند: هایزنبرک درباره‌ی فرو مغناطیسی و دیرک در باب نظریه‌ی الکترون نسبیّتی. توموناگا عمیقاً تحت تأثیر قرار گرفت اما، به سبب کمرو بودن، در این سخنرانیها در صندلی عقب می‌نشست و با نیشین یا آن دو مهمان ملاقات نکرد.
لیکن، در 1310 نیشینا در کیوتو به مدّت یک ماه تدریس کرد، و توموناگا با وی رابطه‌ی خوبی برقرار نمود. نیشینا پس از هفت تحصیل در اروپا، که شش سال آن را در مؤسسه بور در کوپنهاگن گذرانده و در آنجا تحقیقات نظری مهمی با اوسکار کلاین انجام داده بود، در آذر 1307 به ژاپون بازگشته بود. در توکیو، نیشینا در «مؤسسه‌ی تحقیق فیزیکی و شیمیایی» (ریکن)، که وی در 1297 به آن پیوسته و مؤسسه هزینه‌ی توقف او در خارج از کشور را پرداخته بود، گروهی برای تحقیق در فیزیک هسته‌ای، از جنبه‌های نظری و تجربی، تشکیل داد. سخنرانیها نیشینا در کیوتو، روح رهیافت کوپنهاگن به مکانیک کوانتومی را به توموناگا و یوکاوا انتقال داد.
توموناگا در فروردین 1311 به آزمایشگاه نیشینا در «ریکن» ملحق شد تا تحقیق نظری انجام دهد، و همکاری علمی ثمربخشی را با نیشینا آغاز کرد. پنج مقاله‌ی اول او در سال 1314 درباره‌ی پیدایش و نابودی پوزیترونها است، و مقاله ششم درباره‌ی برهمکنش نوترون-پروتون. نیشینا در تألیف همه آنها همکاری داشت. هـ. تاماکی و دو نفر از شاگردان یوکاوا از کیوتو، یعنی شوئیچی ساکاتا و مینورو کوبایاشی، نیز همکاران دیگر این دوره بودند.
در تابستان 1312، نیشینا، ساکاتا، و توموناگا با هم در گوتِمبا، نزدیک کوه فوجی، کار کردند. دو سال بعد کوبایاشی، تاماکی، و توموناگا ویلائی درکاروئیزاوا، حاکم نشین ناگانو، اجاره کردند و در آنجا کتاب Principles of Quantum Mechanics («اصول مکانیک کوانتومی») دیرک را به زبان ژاپونی ترجمه نمودند. مقاله‌ای که او با همکاری نیشینا و کوبایاشی در سال 1314 به نام «درباره‌ی پیدایش الکترونهای مثبت و منفی به توسط ذرات سنگین باردار» نوشت، اثر جامعی است که مطالعات نظری این مسأله به توسط ا. ج. ویلیامز، ی، ر، اوپنهایمر، ل. لانداو و اِ. لیفشیتس، ا. ک. گ. اشتوکِلبرک، و فیزیکدانان مشهور دیگر را کامل می‌کند.
سه مقاله‌ی بعدی توموناگا، راجع به بحث در ساختار هسته‌ای، به زبان آلمانی هستند. مقاله 1316 او به زبان انگلیسی (به اتفاق تاماکی)، برخورد نوترینوی بسیار پُر کارمایه با نوترون را، برای نخستین بار، مورد بحث قرار می‌دهد. این مقاله نتیجه‌ای است از بحث هایزنبرک درباره‌ی «رگبارهای انفجاری» حاصل از پرتوهای کیهانی، و بر افزایش سریع احتمال برهمکنش نوترینو، با کارمایه افزوده، تأکید دارد. بنا به گفته‌ی رودولف پایرلس، این مقاله «نقش کنونی نوترینوهای پُر کارمایه به عنوان پرتابه‌های عملی را از پیش خبر می‌داد.»
توموناگا در پایان سال 1316 به لایپ تسیش رفت تا با هایزنبرک کار کند و درست تا قبل از آن که جنگ در 1318 در اروپا درگیرد آنجا ماند. او به هنگام ورودش دریافت که علاقه زیادی به نظریه‌ی مزون یوکاوا وجود دارد؛ این نظریه در آن زمان به علت کشف مزون پرتو کیهانی در 1316 توجّه دنیای علم را به خود جلب کرد، ولی هایزنبرک به توموناگا پیشنهاد کرد که او ابتدا بر سر موضوعی که کمتر نظرپردازانه باشد کار کند. در واقع، توموناگا می‌خواست مدل هسته‌ی مرکّب را که در 1315 و 1316 بور عرضه کرده بود اصلاح کند. در آن مدل، یک برخورد هسته‌ای منجر به هسته‌ای برانگیخته می‌شود که آنگاه (شبیه به یک قطره‌ی مایع) یک یا چند هستک تبخیر می‌کند. اندیشه‌ی توموناگا این بود که با مادّه‌ی هسته‌ای مانند «گاز فِرمی تبهگن» رفتار کند و فرایندی را که ماده هسته‌ای به وسیله آن به دمای تعادلش می‌رسد، با در نظر گرفتن ناروانی و رسانندگی گرمایی آن، مورد بررسی قرار دهد. مقاله‌ی وی در Zeitschrifi für Physik («مجلّه‌ی فیزیک») منتشر شد، و او آن را به دانشگاه امپراتوری توکیو تسلیم کرد تا درجه دکتری در علوم را بگیرد.
توموناگا در مصاحبه‌ای در 1357 دومین طرح تحقیقی خود در لایپ تسیش، یعنی «اصلاح کردن تصویر یوکاوا از واپاشی مزون» را به یاد آورد. این طرح را هایزنبرک و هانس اویلر با تحلیلی از داده‌های پرتوکیهانی فراهم ساختند که عمر متوسط طولانی غیرمنتظره‌ای برای مزون پرتو کیهانی نشان می‌داد. یوکاوا یک واپاشی مستقیم به الکترون و نوترینو فرض کرده بود، ولی در مدل توموناگا مزون (عملاً) به یک جفت نوکلئون واپاشی می‌کرد، که بعد نابود می‌شد و از طریق برهمکنش واپاشی بتازای چهار فرمیونی یک الکترون و یک نوترینو تولید می‌کرد. محاسبه منتج به انتگرالی شد که بی‌نهایت بود.
هایزنبرک با نتیجه‌ی منفی توموناگا موافقت کرد و اظهار داشت که فنون اختلال، که برای برهمکنشهای برقمغناطیسی ضعیف (به رغم مشکلات مربوط به مبادی و اصول) نتایج مفیدی به بار آورده‌اند، در نظریه مزون کلا غیرقابل اعمال خواهند بود. او نمونه‌های غلط‌گیری شده مقاله‌ای را که مشتمل بر رویکردی نیمه کلاسیک به برهمکنش مزون بود به توموناگا داد، و توموناگا تصمیم گرفت که آن را به زبان نظریه کوانتومی بیان کند.
توموناگا می‌خواست که توقّف خود در لایپ تسیش را ادامه دهد اما به علّت تهدید جنگ در اروپا منصرف شد. یوکاوا در اواخر مرداد 1318 توموناگا را در لایپ تسیش ملاقات کرد. این نخستین سفری بود که او به خارج از ژاپون می‌کرد، و دعوت شده بود که در مهرماه در هشتمین کنفرانس سولوِه در بروکسل (که بعداً به علّت درگرفتن جنگ در شهریور ماه موقوف شد) حضور بهم رساند و در انجمن فیزیک آلمان، که در شهریور ماه تشکیل جلسه می‌داد، سخنرانی کند. ولی در 2 شهریور از طریق سفارت ژاپون در برلین موکّداً به آنان توصیه شد که به هامبورک بروند و سوار کشتی «یاسوکونی مارو» شوند.
کشتی ابتدا آنان را به برگِن، در نوروِژ، و سپس به نیویورک برد؛ در آنجا آنان از بازار مکاره جهانی دیدن کردند. یوکاوا از راه خشکی به ساحل غربی سفر کرد، و حال آن که توموناگا، خوشحال از بودن در یک قرارگاه ژاپونی، همچنان در کشتی ماند تا آنکه از تنگه پاناما عبور کرد، در میان سان فرانسیسکو توقف نمود، و به سوی ژاپون ادامه‌ی حرکت داد.
توموناگا در 5 آبان 1319 با ریوکو سِکیگوچی، دختر کوئیکیچی سِکیگوچی مدیر رصدخانه‌ی نجومی توکیو و استاد دانشگاه امپراتوری توکیو، ازدواج کرد. آنان صاحب سه فرزند شدند. او ارتباط خود با «ریکسن» را حفظ کرد، و در 1320 نیز به استادی در «توکیو بونریکادادایگاکو» (دانشگاه ادبیات و علوم توکیو، كه در 1328 دانشگاه تعلیم و تربیت توکیو و در 1352 دانشگاه تسوکوبا شد) منصوب گشت. در 1328 به صورت مدرّس پاره‌وقت در دانشگاه امپراتوری توکیو درآمد و از او نیز خواسته شد که برای نیروی دریایی تحقیق کند.
توموناگا، همانند اشوینگر، که با وی در جایزه نوبل سهیم بود، کار مربوط به جنگ را درباره‌ی نظریه‌ی مدارهای ریز موج و موجبَرها، مخصوصاً درباره نظریه نوسانگر ماگنترونی که در تولید امواج کوتاه رادیویی برای رادار مورد استفاده بود، به انجام رسانید. این کار، از جهتی، صرفاً جنبه‌ی مهندسی داشت، اما معلوم شد که رهیافت فیزیکدانان، با شروع کردن از اصول اولیه و بکار بردن فنونی از قبیل «ماتریس پراکندگیِ» مورد استفاده در فیزیک هسته‌ای (نظریه‌ای که در دهه‌ی 1320 به همت هایزنبرک بسط داده شد)، بسیار مؤثر بوده است. توموناگا در 1327 جایزه‌ی فرهنگستان ژاپون را، به اتفاق ماسائو کوتانی به مناسبت کار در زمینه‌ی ماگنترون دریافت کرد.
گذشته از تحقیق نظامی، کار توموناگا در دهه‌ی 1320 بیشتر در زمینه‌ی نظریه‌ی مزونها و برقپویایی کوانتومی بود، و بسیاری از اندیشه‌هایش از آنچه در لایپ تسیش انجام داده بود مایه می‌گرفتند. نخستین کاری که او پس از بازگشت از آلمان انجام داد منجر به نوشتن نامه‌ای به Physical Review («مجله‌ی فیزیکی») به اتفاق گِنتارو آراکی، شد که تأکید بر اختلاف بین آهنگهای گیراندازی هسته‌ای مزونهای مثبت و منفیِ کُند داشت. آنان خاطرنشان کردند که «رقابت بین آهنگهای گیراندازی هسته‌ای و فروپاشی خود به خودی بایستی در این طریق برای مزونهای مختلف العلامت متفاوت باشد.» بررسی پیشگوییهای توموناگا-آراکی به توسط گروه رم، متشکل از م. کونوِرسی، ا. پانچینی، و ا. پیتچونی، در آزمایشهائی که در 1322 آغاز شد و در 1325 پایان یافت، با قاطعیت نشان داد که مزون پرتو کیهانی مشهود در سطح تراز دریا نمی‌تواند مزون نیروی هسته‌ای یوکاوا باشد، زیرا با هستکها فقط برهمکنش ضعیف داشت.
دومین کار تحقیقی او منجر به تقریب «جفت شدگی بینابینی» منحصر به فردی برای نظریه‌ی مزون شد. قدرت برهمکنش برقمغناطیسی بنیادی (مثلاً بین الکترون و فوتون) با کمیت بدون بُعدی به نام «ثابت ساختار ریز» اندازه گیری می‌شود. این کمیّت برابر است با مجذور بار الکترون ضرب در 2و تقسیم بر حاصل ضرب ثابت پلانک در سرعت نور، که مقدار آن حدود است، کمیّت مشابهی در نظریه‌ی مزون، با گذاشتن g، «ثابت جفت شدگی» مزون، به جای e(بار الکترون) بدست آمد که مقدار آن نزدیک به 1 است. بنابراین، روشی که معمولاً در برقپویایی کوانتومی برای بدست آوردن نتایج مورد استفاده است- یعنی بسط احتمال برهمکنش در توانهای ثابت ساختار ریز (به اصطلاح روش اختلال)- را نمی‌توان به طور مؤثر در نظریه‌ی مزون بکار برد.
در 1319، گرِگور وِنتسل در زوریخ تقریب «جفت شدگی قوی» را معرفی کرد که در آن بسطی برحسب توانهای معکوس «ثابت جفت شدگی» بعمل آمده بود. طرز عمل وِنتسل موجب پیشگوییهای جدیدی شد، همچون حالتهای قویّاً مقید هستک با یک یا چند مزون (ایزوبار)، که به وسیله‌ی نظریه‌ی اختلال قابل حصول نبودند. توموناگا در مقاله‌ی 1320 خود، «درباره‌ی نظریه‌ی مزونها، یکم»، خاطرنشان کرد که جفت شدگی مزون عملاً نزدیک به واحد است، به طوری که «تقارب ضعیفی برای هر دو تقریب [یعنی جفت شدگی قوی و ضعیف]» انتظار می‌رود. از این رو شیوه‌ی سومی را که مفید برای جفت شدگی بینابینی باشد ایجاب می‌کند. روش ابداعی توموناگا که در سلسله مقالاتی (بعضی از آنها به اتفاق تاتسوئوکی میازیما و دیگران) تدوین شده است شباهت به تقریب هارتری، که اغلب در بررسی دستگاه‌های چند ذره‌ای مانند اتومها یا هسته‌ها بکار می‌رود، دارد اما با این تفاوت که تعداد ذرّات (مزونها) تثبیت شده نیست.
به هر حال، مسلّماً، مأخذ مهمترین کار توموناگا مقاله‌ی وی، «درباره‌ی صورتبندی ناوَردای نظریه کوانتومی میدانهای موجی به طریق نسبیتی»، است. ترجمه انگلیسی آن در نخستین شماره مجله‌ی Progress of Theoretical Physics («پیشرفت فیزیک نظری»)، که یوکاوا در 1325 آن را منتشر کرد، برگردان مقاله‌ای است که در 1322 در مجله‌ی ریکن (ریکن-ایهو) منتشر شد.
مقاله‌ی توموناگا تعمیم نظریه‌ی میدان کوانتومی مقاله‌ی پیشگویانه‌ی دیرک در 1311 یعنی «نظریه‌ی چندزمانی» دیرک است، که در آن هریک از مجموعه‌ی ذرات حامل متغیر زمانی خود و نیز برچسب فضایی است. توجه یکسان به زمان و فضا در تقابل با روش هَمیلتنی معمولی که متغیر زمان را برمی‌گزیند، بررسی کاملاً نسبیّتی «مسأله‌ی چند ذرّه» را ممکن می‌سازد. خطابه‌ی جایزه‌ی نوبل توموناگا با مطرح کردن «نظریه‌ی ابر چندزمانی»، که تعمیم نظریه‌ی دیرک به تعداد بی‌نهایت درجه‌ی آزادی (یعنی به یک میدان کوانتومی) است، آغاز می‌شود: «این مقاله دیرک به علت تازگی فلسفه‌‌‌‌‌‌‌اش و زیبایی ترکیبش توجهم را جلب کرد.»
نکته‌ی اساسی همانا ترسیم و توصیف میدان بر روی یک سلسله سطوح فضاگونه‌ی اختیاری بود. چنان که یولیان اشوینگر در 1359 مطرح نمود:
تمام فضا در یک زمان مشترک تنها توصیف همپایه ویژه‌ای از یک سطح فضاگونه مستوی است. بنابراین، معادله اشرودینگر، که زمان در آن با یک مقدار مشترک در فضا همه جا پیش می‌رود، باید همچون توصیف کننده جابه جایی بهنجار یک سطح فضاگونه‌ی مستوی منظور شود. تعمیم بلافصل آن عبارت است از تغییر از یک سطح فضاگونه اختیاری به یک سطح فضاگونه بی‌نهایت نزدیک دیگر، که این تغییر می‌تواند در نزدیکی یک نقطه‌ی فضا- زمانی معیّن متمرکز باشد. این است ماهیت تعمیم یافته معادله شرودینگر که توموناگا در 1322 آن را بنا نهاد، و من در پایان 1326 به آن روی آوردم.
[Birth of Particle Physics («پیدایش فیزیک ذرّه») ص، 364]
توموناگا در فروردین 1323، به علّت بمباران شدید توکیو، خانواده‌ی خود را به حومه‌ی شهر فرستاد اما خود در شهر ماند. تا شهریور ماه چند فیزیکدان بدون خانواده‌هایشان مشترکاً در خانه‌ی او سکونت داشتند. او گاهی به آزمایشگاه تحقیقاتی دریانوردی شیمادا می‌رفت تا درباره رادار کار کند. ولی توموناگا بار دیگر بیمار و در آذر ماه مجبور شد به بیماری چشم و عفونی شدن دندان بستری شود. در 24 فروردین 1324، محدوده‌ی خانه‌های استادان نزدیک دانشگاه توکیو، از جمله خانه‌های توموناگا و نیشیما، و همچنین ریکِن، در آتش‌سوزی بکلّی از بین رفتند.
در این دوره ساتیو هایاکاوا دفتر یادداشتی داشت که آن را در نوشتن مقاله‌ای (1367) که توموناگا را به عنوان «یک معلّم بزرگ» توصیف می‌کند مورد استفاده قرار داد. هایاکاوا، که در آذر 1323 از خدمت سربازی آزاد شده بود، به دانشگاه توکیو بازگشت و با همشاگردان خود، هیروشی فوکودا، زیروکوبا، و یونجی مییاموتو در دوره‌ی سمیناری که توموناگا در آن تدریس می‌نمود نام‌نویسی کرد. همه‌ی آنان، به علاوه تاکائو تاتی، دایسوکه ایتو، و سوتئو کانساوا، بعداً با توموناگا در تألیف یک چند مقاله از تقریباً بیست و چهار مقاله درباره‌ی پدیده‌های پرتوکیهانی، نظریه‌ی کوانتومی، و نظریه‌ی بازبهنجارسازی (renormalization theory) که وی در ظرف چند سال بعد نوشت شرکت کردند.
در فروردین 1325، توموناگا برنامه‌ی بلندپروازانه‌‌‌‌‌‌‌اش را برای دانشجویان شرح داد: بسط دادن برقپویایی کوانتومیِ کاملاً هموردا تا جائی که بتوان آن را در مسائل واقع‌گرایانه بکار برد. نخست لازم بود که شرط به اصطلاح کمکی (یا متمّم) که بر پوتانسیئل چهاربُرداری در نظریه‌ی هَمیلتنیِ متداول درباره‌ی میدان برقمغناطیسی تحمیل شده است اصلاح شود تا بتوان معادلات ماکسول را بدست آورد. شیوه‌ی مشابهی در نظریه میدان کوانتومی منتج به جداسازی برهمکنش کولون آنی از میدان تابشیِ عرضیِ تأخیری می‌شود. این شیوه، با آن که برای بررسی بسیاری از مسائل مناسب است، هموردایی نسبیّتی نظریه را از بین می‌بَرد.
یک صورتبندی هموردا زمانی که برای میدان برقمغناطیسی بدست آمد، با نظریه الکترونی دیرک ترکیب شد و با حل مسائل در قالب نظری چند زمانی آزموده شد. سپس آنان به نظریه کلی‌تر اَبَرچند زمانی توموناگا روی آوردند و آن را در برهمکنشهای برقمغناطیسی الکترونها بکار بردند، همین کار را برای مزونها انجام دادند، و بعد به بررسی برهمکنش مزون-نوکلئون (هستک) پرداختند.
در 11 خرداد 1325 صورت‌بندی برقپویایی کوانتومی در نظریه‌ی اَبَرچند زمانی، با کار قابل‌توجه کوبا، ‌هایاکاوا، و مییاموتو، تقریباً کامل شد؛ سپس، توموناگا، به اتفاق کانساوا، شروع به بررسی برهمکنشهای برقمغناطیسی مزون بُرداری کرد. اواسط مرداد، زمانی بود که توموناگا تصمیم گرفت سلسله مقالاتی برای انتشار مهیّا سازد. همه‌ی گروه با اختصاص یافتن اختیاری کار تألیف به زیرگروههائی از اعضا در آن شرکت می‌کرد. در 30 آبان و اول آذر 1325 در گردهمایی انجمن فیزیک در دانشگاه کیوتو بالغ بر بیست و سه مقاله توسط توموناگا و همکارانش ارائه شد.
در همین گردهمایی، ساکاتا نظریه‌ای درباره‌ی میدانهای آمیخته عرضه کرد، که آن هم، به طوری که او و اوسامو هارا نشان دادند، هیچ گونه تصحیح «خود- انرژی» برقمغناطیسی برای جِرم الکترون بدست نمی‌داد؛ در نظریه‌ی متداول، نتیجه بی‌نهایت بود. نظریه‌ی ساکاتا شبیه به نظریه‌ای بود که به توسط فریتس بوپ در آلمان وضع شده بود؛ در این نظریه، «خود- انرژی برقمغناطیسی الکترون» با این فرض حذف می‌شود که این ذره با میدان بُرداری خنثای دارای کارمایه‌ی منفی نیز برهمکنش می‌کند. کارِ ساکاتا- هارا «میدان مزونی نرده‌ای (اِسکالر) خنثی با کارمایه‌ی مثبت» را جانشین میدان بُرداری بوپ کرد، و از این رو به جای این که نوعی مهارت ریاضی انگاشته شود «واقع گرایانه» تلقی می‌شد. ساکاتا میدان اسکالری را که پایدارکننده‌ی الکترون بود «میدان چسبنده (cohesive)» و کوانتوام آن را «مزون C» نامید. توموناگا، که تحت تأثیر پیشنهاد ساکاتا قرار گرفته بود، در شگفت شد که آیا حذف واگرایی خود- انرژی در مرتبه بالاتری از تقریباً نقش دارد یا نه.
در 1326 گروه توموناگا، با استفاده از مفهوم میدان چسبنده، از نو شروع به حساب کردن تصحیحهای تابشی [تغییر جرم یا بار در اثر برهمکنش با میدانهای گوناگون] در پراکندگی کشسان الکترون در میدان کولون کرد (این امر در 1318 به توسط سیدنی م. دَنکوف در ایالات متحد حساب شده بود). ابتدا نتیجه منفی بود؛ جمله‌ی بی‌نهایتی در احتمال پراکندگی ظاهر شد (علاوه بر بی‌نهایت دیگری ناشی از قطبش خلأ، که معلوم شده بود میدان چسبنده در برابر آن فاقد تأثیر است). با وجود این، در جریان حساب کردن، توموناگا روش محاسباتی جدید بسیار واضح‌تری را تدوین کرد، و آنان به کمک این روش در کار دَنکوف خطائی کشف کردند؛ آنگاه جواب نهایی متناهی بود. دنکوف واژه «بازبهنجارسازی» را بکار گرفته و کوشش کرده بود که در مسأله پراکندگی بی‌نهایتها را برحسب بازبهنجارسازی جرم و بار برقی بیان کند؛ او، به استثنای خطای محاسباتی، در کار خود موفّق بوده است.
بازبهنجارسازی به معنی تعریف دوباره‌ی جرم و بار نظری الکترون است که به عنوان کمیّتهای غیرفیزیکی «عریان» [در غیاب هرگونه برهمکنش با میدانها] در سرآغاز نظریه‌ی برقپویایی کوانتومی وارد شده‌اند. جرم و بار مشاهده پذیر بنا به تعریف عبارتند از مجموع کمیّتهای «عریان» و تصحیحهای تابشی (که متضمن پیدایش و نابودی مجازی فوتونها و جفت الکترون-پوزیترون هستند). با این بیان، ممکن است این فکر بدیهی جلوه گر شود، ولی چون «تصحیحها» بی‌نهایت هستند، بار برقی و جرم «عریان» نیز بی‌نهایت و مختلف العلامتند. از این رو این طرح متضمن حذف ظریف ریاضی است.
برقراری ارتباط با غرب هنوز هم در ژاپون یک مسأله بود، ولی بتدریج خبرهائی درز می‌کرد دایر بر این که پیشرفتهای مشابهی در ایالات متحد رخ می‌داد. در 5 اردیبهشت 1326، ویلیس ا. لَم کهتر و رابرت رِذِرفرد در طیف ئیدروژن یک بی‌هنجاری کشف کردند. لَم این کشف را در خرداد ماه در یک کنفرانس کوچک اختصاصی در شلترآیلند، نیویورک، که فینمن و اِشوینگر هم حضور داشتند گزارش داد. اندکی بعد از آن، هانس بته بخش عمده‌ی این اثر را با کاربست غیرنسبیّتی روش «بازبهنجارسازی» توضیح داد. توموناگا این پیشرفتهای هیجان انگیز را در مجله‌های Time و Newsweek خواند.
جابه جایی کارمایه‌ی جداسازنده‌ی ترازهای برانگیخته یکم و دوم اتوم ئیدروژن، یعنی جابه جایی لَم، نخستین زمینه برای آزمودن برقپویایی کوانتومی نوین بود که بسرعت برای بسط دادن محاسبه‌ی بته به قلمرو نسبیّتی بکار گرفته شد. علاوه بر محاسبات فنیمن و اشوینگر، محاسبات توموناگا (با فوکودا و مییاموتو)، و محاسبات لَم (با نورمن م، نول)، محاسبات مشابهی مستقلاً به توسط بروس فرنچ و ویکتور ف. وایسکوپف و یوئیچیرو نامبو صورت گرفته بود.
در سالهای 1327 و 1328، یوکاوا در «مؤسسه مطالعات پیشرفته» در پرینستن بود، و پس از آن یک کرسی در دانشگاه کولامبیا پذیرفت (1328-1332). نامه‌های او به همکارانش در ژاپون به تماس داشتن آنان با پیشرفتهای غرب کمک کرد. در سالهای 1328 و 1329 توموناگا عضو «مؤسسه‌ی مطالعات پیشرفته» بود، و نامه‌هائی می‌نوشت که در مجله‌ی غیررسمی Soryushiron Kenkyu منتشر می‌شدند. او در پرینستن درباره‌ی خواص ماده هسته‌ای کار می‌کرد.
توموناگا، پس از بازگشت به ژاپون در 1329، به پژوهش در فیزیک ادامه داد ولی با عضویت در شورای علمی ژاپون» (بعداً ریاست آن) به جانشینی نیشینا در 1330، به نحو فزاینده‌ای گرفتار اداره‌ی کارهای علمی شد. در 1335 به ریاست دانشگاه تعلیم و تربیت توکیو برگزیده شد. از 1336 در جنبش ضد توسعه‌ی سلاحهای هسته‌ای، از جمله مذاکرات پوگواش، فعّال بود.
توموناگا، علاوه بر دریافت جایزه‌ی نوبل (1344) و جایزه‌ی فرهنگستان ژاپون (1327)، به افتخارات متعدد دیگری هم نایل شد که عبارتند از دریافت نشان فرهنگی، بالاترین جایزه ژاپون (1331)، و نشان لمانوسف از فرهنگستان علوم اتحاد جماهیر شوروی (1343). او عضو فرهنگستان ژاپون، فرهنگستان سلطنتی علوم سوئد، فرهنگستان ملّی علوم (ایالات متحد)، و انجمن فلسفی امریکا بود.

کتابشناسی

یکم. کارهای اصلی.

بیشتر آثار علمی اصیل و ابتکاری توموناگا در Scientific Papers of Tomonaga، ویراسته‌ی ت. مییازیما، 2 جلد (توکیو، 1971-1976) مندرجند. جلد اول مشتمل است بر نوشته‌های مربوط به فیزیک، به زبانهای انگلیسی و آلمانی، و سخنرانی توموناگا به مناسبت دریافت جایزه‌ی نوبل، جلد دوم مشتمل است بر مقاله‌هائی در زمینه‌ی مدارهای امواج فوق العاده کوتاه و مگنترون، نقدها و بررسیهائی به زبان ژاپونی درباره‌ی فیزیک هسته‌ای و ذرات بنیادی، و نامه‌هائی که از امریکا به همکاران ژاپونی نوشته شده‌اند. کتاب درسی توموناگا به نام Ouantum Mechanics، ترجمه‌ی ماساتوشی کوشیبا، 2 جلد (آمستردام، 1962-1966)، دارای طرحی تاریخی است. هجده جلد از مقاله‌ها، نامه‌ها، و یادداشتهای روزانه‌ی او به ژاپونی انتشار یافته‌اند. نوشته‌های وی در ریکن (توکیو) و در دانشگاه تسوکوبا محفوظند.

دوم. خواندنیهای فرعی.

چندین مقاله درباره‌ی فیزیک ذرات بنیادی پون در کتابی مندرج است با عنوان Science and Society in Modern Japan، ویراسته‌ی شیگرو ناکایاما، دیوید ل. اسوِین، و اِری یاگی (کیمبریج، مسچوسیتس، 1974). مقاله‌ی «Nuclear Research at Riken»، که «مکالمه»ای با توموناگا است، درParticle Physics in Japan, 1930-1950، ویراسته‌ی ل. م. براون، م. كونوما، و ز. ماکی، دوم (کیوتو، 1980) مندرج است. نیز «Two Shakers of Physics: Memorial Lecture for Sin-itiro Tomonaga»، از یولیان اشوینگر، در The Birth of Particle Physics، ویراسته‌ی لوری م. براون و لیلیئن هادسن (کیمبریج، 1983)، 354-375. گروهی از مقاله‌هائی که درباره‌ی توموناگا نوشته شده‌اند (از جمله مقاله‌ی ساتیو هایاکاوا) در کتابی بچاپ رسیده‌اند با عنوان Proceedings of the Japan-USA Collaborative Workshops on the History of Particle 1935-1960 Theory in Japan، ویراسته‌ی ل. م. براون، ر. کاوابه، م. کونوما، و ز، ماکی (کیوتو، 1988)، 43-84.
منبع مقاله :
گیلیپسی، چارلز کولستون، (1387) زندگینامه‌ی علمی دانشوران، ترجمه احمد آرام ... [و دیگران]، تهران: شرکت انتشارات علمی و فرهنگی، چاپ اول