ジェイムズ・フランク：最初に警告した物理学者

1945年6月11日、アメリカの原子爆弾開発に従事していた科学者グループが、政府に対し無警告での使用を控えるよう懇願する文書に署名した。「もしアメリカが人類に対し、この無差別に破壊する新しい手段を最初に行使するならば、世界中の人々の支持を失い、軍拡競争を加速させるだろう」と彼らは記した。この報告書には、委員長を務めた一人の人物の名が記されている。彼はノーベル賞受賞者であり、12年前に原則のために教授職を辞任し、原子がエネルギーを正確な量でしか受け入れないことを証明することに生涯を捧げた人物であった。

ハンブルク、ハイデルベルク、ベルリン

フランクは1882年8月26日、ハンブルクで生まれた。ヴィルヘルム・ギムナジウムに通い、ハイデルベルクで化学を学んだ後、ベルリンで物理学に転向し、エミール・ワールブルクとパウル・ドルーデに師事した。1906年にベルリンで博士号を取得し、フランクフルトで助手として短期間働いた後、ハインリヒ・ルーベンスと共に研究するためにベルリンへ戻った。1911年にはベルリン大学で物理学の講義を担当し、准教授に昇進して1918年までその職を務めたが、第一次世界大戦の兵役により中断された。

電子と原子

フランクの研究の核心は、電子が原子に衝突したときに何が起こるかという問題であった。彼はグスタフ・ヘルツと共に、この交換を精密に測定する実験を考案し、原子は任意の量のエネルギーを受け入れないことを発見した。原子は特定の量しか受け入れず、その間の量は受け付けなかった。これは量子理論が提唱していたエネルギー準位の量子化を直接実験的に示した初の例であり、抽象的な仮説を測定可能な実験事実へと変えた。1925年のノーベル物理学賞は、「電子と原子の衝突を支配する法則の発見」により両名に共同授与された。

戦後、フランクはフリッツ・ハーバーの下でカイザー・ヴィルヘルム研究所の物理部門を率い、電子の動力学と気体中の原子の挙動について研究を続けた。

ゲッティンゲン

1920年にゲッティンゲン大学の実験物理学教授となり、マックス・ボルンと緊密に連携して13年間、同地を世界的な理論物理学の中心地へと押し上げた。その教え子にはJ・ロバート・オッペンハイマー（J. Robert Oppenheimer）がいる。フランクが現在では彼とエドワード・コンドン（Edward Condon）の名を冠して知られる原理を発展させたのはゲッティンゲンでのことであり、これは光を吸収した際に分子が分解される光化学解離を説明するものである。

1933年の辞任

ナチス政権が権力を掌握すると、フランクは公然と人種法に反対し、政権下で働くことを拒否して職を辞した。これは功績のある軍人であり、免除を求めることもできた身として、異例の早期かつ目に見える形での抵抗であった。彼はまずジョンズ・ホプキンス大学のスペイヤー教授として赴任し、コペンハーゲンで過ごした後、1938年にシカゴ大学の物理学部へと加わった。

シカゴと爆弾

第二次世界大戦中、フランクはマンハッタン計画のシカゴ大学部門である冶金研究所の化学部門を率いた。武器の完成が近づくにつれ、彼は1945年6月の「フランク報告書」を作成する委員会の委員長を務めた。この報告書には、レオ・シラード（Leo Szilard）、グレン・シーボーグ（Glenn Seaborg）、ドナルド・J・ヒューズ（Donald J. Hughes）、J・J・ニクソン（J. J. Nickson）、ユージン・ラビノウィッチ（Eugene Rabinowitch）、J・C・スターンズ（J. C. Stearns）が署名した。

報告書は、日本への無警告の原子攻撃に反対し、代わりに無人地域でのデモンストレーションを提案した。その論拠は戦略的なものと道徳的なものが同等であった。科学者たちは、秘密は保持できないと主張し、10年以内に他国が都市を破壊可能な爆弾を保有することになると予測し、軍拡競争が止まらなくなる前に「核爆発物の効果的な国際管理」を確立するよう促した。彼らは却下された。また、スケジュールの予測についても彼らは正しかった。

光合成

戦後、フランクは1956年までシカゴの光合成研究グループを率い、植物が光を化学エネルギーに変換する仕組みという問いに対し、物理化学のツールを向けた。これはある意味で、フランク＝コンドン原理（Franck-Condon principle）を生きた物質に当てはめたものと同じ問題であった。1951年のマックス・プランク・メダル、1953年のゲッティンゲン名誉市民、1955年のラムフォード・メダル、1964年の王立協会選出と、数々の栄誉を受けた。彼は31年前に去ったゲッティンゲンを訪れていた最中の1964年5月21日に亡くなった。

なぜジェイムズは天才と呼ばれるのか

その能力とは、実験的な想像力である。自然がこれまで避けてきた問いに対し、回答を強制する装置を設計する能力だ。ボーアの原子（Bohr atom）と、その離散的なエネルギー状態は、多くの物理学者が都合の良いフィクションだと見なしていた理論上の提案であった。フランクとヘルツは、その提案が電流の中の繰り返しパターンとして見える装置を作り上げた。これは誰でも計器で読み取れる証拠であった。議論の分かれる抽象的概念を議論の余地のない測定値に変えることは、物理学者にとって最も困難な仕事の一つであり、ノーベル委員会の「電子と原子の衝突を支配する法則」という授与理由は、まさにそれを評価したものである。フランク＝コンドン原理は、分子と光に対して適用された同じ精神の習慣を示している。

反論もまた考慮に値する。彼の結果に意味を与えた理論は彼のものではなく、ボーアのものであり、その後の量子力学はフランクが働いていたまさにその場所で、ボルンやハイゼンベルクらが主導した。彼は理論家が主導した革命の中における、卓越した測定者であった。賞は共有され、原理は共同で名付けられ、戦後の彼の膨大な光合成研究は同等の評価を受ける成果を生まなかった。また、フランクの現代的な評価のかなりの部分は物理学ではなく良心――1933年の辞任と1945年の報告書――に基づいているという指摘も公平である。それは真の区別であり、おそらくより稀なものであるが、それは知的輝きというよりも道徳的な明晰さであり、両者を混同すべきではない。

遺産

フランク＝ヘルツの実験（Franck-Hertz experiment）は現在、学部生向けの標準的な実験室演習となっている。これは物理学が与えうる最高の賛辞であり、結果があまりに確実であるため、学生に再現させることができるほどである。フランク報告書はより奇妙な後世を迎えた。1945年には無視されたものの、軍備管理を求める科学者運動の草創期の文書となり、今日では抗議文というよりも予測――兵器を作った人々が政府に対し、次の50年がどうなるかを正確に告げ、しかし信じてもらえなかった瞬間――として読まれている。