マックス・ボルン (Max Born)：現実を確率に変えた物理学者

1926年12月4日、アルベルト・アインシュタイン (Albert Einstein) は、ゲッティンゲンから届いた奇妙な新しい物理学について友人に手紙を書いた。「量子力学は確かに立派なものだ」と彼は認めた。「しかし、内なる声が私にこう告げている。それはまだ本物ではないと……。少なくとも私は、神がサイコロを振っているとは確信していない」。後にアインシュタインが書いた最も有名な文として要約されたこの言葉は、まさにそのサイコロを導入した人物に向けられたものだった。その名はマックス・ボルンであり、彼はその5か月前、波動関数は粒子がどこにあるかではなく、そこに見つかる確率のみを示すという考えを発表していた。

ブレスラウとゲッティンゲンの数学者たち

ボルンは1882年12月11日、当時のドイツ帝国ブレスラウ（現在のポーランドのヴロツワフ）で、科学への意欲が強いユダヤ人家庭に生まれた。父のグスタフ・ヤーコプ・ボルン (Gustav Jacob Born) はブレスラウ大学の解剖学者・発生学教授であった。母のマルガレーテ・カウフマン (Margarethe Kauffmann) はシュレジエンの工業一家の出身で、彼が4歳のときに亡くなった。

ケーニヒ・ヴィルヘルム・ギムナジウム卒業後、1901年にブレスラウ大学へ進学し、1902年にハイデルベルク、1903年にチューリッヒでそれぞれ夏を過ごした後、1904年4月にゲッティンゲンへと移った。この転居がすべてを決定づけた。ゲッティンゲンではフェリックス・クライン (Felix Klein)、ダヴィト・ヒルベルト (David Hilbert)、ヘルマン・ミンコフスキー (Hermann Minkowski) という世界最強の数学陣の下で学び、同世代のほとんどの物理学者が持ち得なかった抽象代数学の流暢さを吸収した。1906年の弾性ワイヤーの安定性に関する博士論文は哲学学部の賞を受け、magna cum laude（極めて優秀）の評価を得た。

研究所

1909年にゲッティンゲンで理論物理学の教授資格を取得し、1914年にはベルリンで教授に、1919年にはフランクフルトで正教授となり、1921年にゲッティンゲン大学理論物理学研究所の所長として戻った。その後12年間、その研究所は世界の物理学の重心であった。

振り返れば、その顔ぶれはほとんど喜劇的ですらある。ボルンの指導した博士課程学生にはロバート・オッペンハイマー (Robert Oppenheimer, 1927年)、マックス・デルブリュック (Max Delbrück, 1930年)、マリア・ゲッパート＝マイヤー (Maria Goeppert Mayer, 1931年)、ヴィクター・ワイスコフ (Victor Weisskopf, 1931年) がいた。このうち2人がノーベル賞を受賞し、1人がロスアラモス研究所を運営した。助手にはヴェルナー・ハイゼンベルク (Werner Heisenberg)、ヴォルフガング・パウリ (Wolfgang Pauli)、エンリコ・フェルミ (Enrico Fermi)、エドワード・テラー (Edward Teller)、ユージン・ウィグナー (Eugene Wigner)、パスクアル・ヨルダン (Pascual Jordan)、フリードリッヒ・フント (Friedrich Hund)、ゲルハルト・ヘルツベルク (Gerhard Herzberg)、レオン・ローゼンフェルド (Léon Rosenfeld) がいた。化学者のフリッツ・ハーバー (Fritz Haber) との金属とハロゲンの反応に関する議論から、1918年にボルン＝ハーバーサイクルが生まれた。オッペンハイマーとの後の共同研究からは、現在も分子を扱う標準ツールであるボルン＝オッペンハイマー近似が生まれ、ボルン近似は散乱理論における不可欠な手法として残っている。

行列力学

1925年7月9日、ハイゼンベルクはボルンに、掛ける順序によって結果が変わる奇妙な数の配列が詰まった論文を手渡した。ボルンはそれが何かを即座に見抜いた。行列である。それは20年前にゲッティンゲンで習得していた数学言語であり、当時の物理学者の大半はそれを難解な特殊分野とみなしていた。パスクアル・ヨルダン、そしてハイゼンベルクと共に、彼はその理論を書き直し、量子力学の最初の完全な形式体系へと拡張した。そこで到達した交換関係 pq − qp = ih/2π は、位置と運動量を同時に確定できないことを示す式であり、その意味が誰にも理解される前に書き留められたものだった。

ボルンの規則

1926年7月、彼は自身の名を冠する解釈を発表した。エルヴィン・シュレーディンガー (Erwin Schrödinger) は波動方程式を生み出したが、その波が何でできているかを誰も言えなかった。ボルンは、ψ*ψ は確率密度であると提案した。量子力学は結果そのものではなく、結果が得られる確率を予測するのだと。その瞬間、物理学は決定論であることをやめた。不確定性原理の意味から測定問題、その後の1世紀にわたる議論に至るまで、すべてはその一編の論文を通っている。アインシュタインはこれを受け入れず、1916年から1955年まで続く彼らの文通は、現代科学における最も有名な論争となった。

ボルン自身の哲学的立場は、物理学と一貫していた。「絶対的な確実性、絶対的な正確さ、最終的な真理といった概念は、科学のいかなる分野においても許容されるべきではない想像の産物にすぎないと私は信じている」と彼は書いている。

無国籍

1933年1月、ナチスが政権を握ると、同化のために1914年にルター派の洗礼を受けていたものの、ユダヤ系であるボルンはゲッティンゲンの職を追われた。彼はケンブリッジのセント・ジョンズ・カレッジ（1933-35年）、バンガロールのインド科学大学（1935-36年）を経て、エディンバラへ渡り、1936年から1952年までテート教授職を務めた。1935年11月、ドイツは彼の市民権を剥奪し、無国籍となった。ゲッティンゲンは1906年に授与した名誉ある博士号を取り消した。彼は1939年8月31日、ドイツのポーランド侵攻前日にイギリスに帰化した。

マックスが天才と呼ばれる理由

ボルンの際立った才能は、当時まだ導入されていなかった二つの言語、純粋数学と物理的直観の間を翻訳することだった。ハイゼンベルクが馴染みのない配列の束を持ち込んだとき、ボルンはそれが「行列」であり、非可換な乗算が困惑すべきものではなく、物理そのものであると見抜くことができる、ほぼ唯一の人物だった。次に求められたのは、技術よりもむしろ解釈の勇気という、より難しい行為だった。波動関数の二乗が確率であると提案することは、ニュートン以来揺るぎなかった「システムの完全な記述はその未来を決定する」という前提を放棄することを意味した。彼はそれをたった一人で、一つの論文で成し遂げた。ノーベル賞委員会は最終的にそれを認め、1954年に「量子力学における基礎研究、特に波動関数の統計的解釈」に対して彼を称えた。

反論はこの日付から始まる。彼らは共に構築した行列力学でハイゼンベルクが1932年に単独受賞するのを28年間待ち（ハイゼンベルクは後に功績を分かち合わなかったことを後悔していると述べた）、さらに自分自身の教え子や助手が先に栄誉を受けるのを見守った。懐疑論者は、ボルンの最大の功績は他人の方程式の解釈にすぎず、行列の仕事はボルンの記法によるハイゼンベルクの洞察であり、彼の最も永続的な役割は組織的なものだった――つまり量子力学が生まれた場を組み立て運営したことだ、と主張するかもしれない。しかし、それもまた、新しい物理学にどの数学が必要かを知り、誰もがまだ計算に追われている中でその数学が何を意味するかを宣言できる、という特定の希少な才能の記述である。

遺産

彼は1948年にマックス・プランク・メダル、1950年にヒューズ・メダルを受賞し、1937年にエディンバラ王立協会フェロー、1939年3月に王立協会フェローに選出され、ノーベル賞をヴァルター・ボーテ (Walther Bothe) と分かち合った。1952年、西ドイツのバート・ピルモントで隠居し、自身を無国籍にした国へと戻り、1970年1月5日、ゲッティンゲンで87歳で亡くなった。彼の子孫には意外な後日談がある。娘イレーネを通じての孫娘は、歌手であり女優のオリビア・ニュートン＝ジョン (Olivia Newton-John) である。しかし、ボルンの規則こそが彼にとっての記念碑である。現代の量子論におけるあらゆる計算は、その規則で終わるのだから。