Hideki Yukawa

1.1. Kehidupan Awal dan Pendidikan

Hideki Yukawa dilahirkan dengan nama Hideki Ogawa pada 23 Januari 1907, di Azabu-ku, Tokyo (kini Minato-ku, Tokyo), Jepun. Beliau merupakan anak ketiga kepada Takuji Ogawa, seorang ahli geologi dan profesor kehormat di Universiti Kyoto, dan Koyuki Ogawa. Pada usia setahun, pada tahun 1908, keluarganya berpindah ke Kyoto apabila bapanya dilantik sebagai profesor di Universiti Imperial Kyoto. Walaupun dilahirkan di Tokyo, Yukawa menganggap Kyoto sebagai kampung halamannya, menyatakan dalam autobiografinya "Tabibito" (旅人_{Si Pengembara}^{Bahasa Jepun}): "Ingatan saya bermula selepas berpindah ke Kyoto. Mungkin Kyoto adalah kampung halaman saya."

Datuk sebelah ibunya, Komakitsu Ogawa, ialah bekas samurai dari Domain Kishu dan seorang yang berpengetahuan luas dalam pengajian Cina klasik, yang kemudiannya mempelajari ilmu Barat dan melanggan surat khabar "The London Times" sehingga akhir hayatnya. Yukawa mempelajari membaca teks-teks klasik Cina dari datuknya pada usia lima atau enam tahun. Beliau menyatakan bahawa pendedahan awal kepada teks-teks ini, walaupun tanpa memahami sepenuhnya maknanya pada mulanya, banyak membantunya dalam membaca buku-buku dewasa kemudian hari, kerana beliau sudah terbiasa dengan aksara Cina.

Ketika di sekolah menengah, Yukawa merupakan seorang pelajar yang tidak terlalu menonjol, malah mempunyai nama samaran "Gonbee" (権兵衛^{Bahasa Jepun}). Beliau juga dipanggil "Iwan-chan" (イワンちゃん^{Bahasa Jepun}) kerana kurang bercakap, sering menjawab "Iwan" (言わん_{tidak akan bercakap}^{Bahasa Jepun}) untuk perkara-perkara yang menyusahkan. Sikap pendiamnya menyebabkan bapanya meragui keupayaannya berbanding abang-abangnya, malah pernah mempertimbangkan untuk menghantarnya ke kolej teknikal dan bukannya universiti. Namun, pengetua sekolah menengahnya memuji "potensi tinggi" Yukawa dalam matematik, meyakinkan bapanya untuk membenarkan beliau meneruskan kerjaya akademik.

Yukawa menukar fikirannya untuk menjadi ahli matematik ketika di sekolah menengah apabila seorang guru menandakan jawapannya salah, walaupun beliau membuktikan satu teorem dengan cara yang berbeza daripada yang dijangka. Di kolej, beliau memutuskan untuk tidak meneruskan kerjaya dalam fizik eksperimen kerana kekurangannya dalam meniup kaca, kemahiran yang diperlukan untuk eksperimen dalam spektroskopi. Pada tahun 1929, beliau menamatkan pengajian dari Jabatan Fizik, Fakulti Sains, Universiti Imperial Kyoto, dan kekal sebagai pembantu penyelidik di makmal Kajuro Tamaki. Beliau berminat dalam fizik teori, terutamanya teori zarah asas.

1.2. Perkahwinan dan Keluarga

Pada tahun 1932, Hideki Ogawa berkahwin dengan Sumi Yukawa (nama lahir: Sumiko), anak perempuan kedua kepada Genyo Yukawa, pengarah Hospital Gastroenterologi Osaka. Mengikut adat Jepun yang dikenali sebagai mukoyoshi (pengangkatan menantu lelaki ke dalam keluarga isteri), beliau telah diambil sebagai anak angkat oleh keluarga Sumi kerana bapa mertuanya tidak mempunyai anak lelaki. Dengan itu, beliau menukar nama keluarganya dari Ogawa kepada Yukawa. Pasangan ini dikurniakan dua orang anak lelaki, Harumi dan Takaaki. Harumi (lahir 8 April 1933) kemudian menjadi penyelidik teater moden selepas bekerja di Heibonsha, manakala Takaaki (lahir 29 September 1934) meninggal dunia pada tahun 1971 akibat serangan jantung semasa bekerja di Kodansha.

Keluarga Yukawa mempunyai hubungan dengan beberapa tokoh terkenal. Datuk sebelah bapa Yukawa ialah Atsushi Asai, seorang sarjana Konfusianisme dari Domain Tanabe. Antara saudara-maranya termasuk abang-abangnya, Yoshiki Ogawa, seorang ahli metalurgi dan profesor di Universiti Tokyo, serta Shigeki Kaizuka, seorang ahli sejarah Oriental dan profesor kehormat di Universiti Kyoto yang juga menerima Order of Culture. Adik-adiknya ialah Tamaki Ogawa, seorang sarjana kesusasteraan Cina dan profesor kehormat di Universiti Kyoto, dan Masuki, yang meninggal dunia akibat penyakit semasa berkhidmat dalam Perang Dunia Kedua. Antara kerabat jauhnya termasuk ahli perniagaan Kunio Takeda, pemain biola Diana Yukawa, ahli politik Koji Kakizawa, bekas Perdana Menteri Jepun Yoshiro Mori, dan pelakon Shinya Mibu.

2.1. Teori Meson dan Daya Nuklear

Pada awal tahun 1930-an, Hideki Yukawa mula menangani masalah daya yang mengikat proton dan neutron bersama-sama dalam nukleus atom, mengatasi daya tolakan elektrik antara proton. Beliau berhipotesis bahawa interaksi ini mesti cukup kuat tetapi mempunyai julat yang terhad. Pada tahun 1934, beliau mengemukakan konsep teori meson, dan pada tahun berikutnya, 1935, beliau menerbitkan kertas kerjanya yang terkenal, "On the Interaction of Elementary Particles," di mana beliau secara teorinya meramalkan kewujudan zarah perantara, yang kini dikenali sebagai pi meson (pion), sebagai pembawa daya nuklear kuat. Beliau menganggarkan bahawa zarah ini akan mempunyai jisim kira-kira 200 kali jisim elektron. Teori ini mencadangkan bahawa daya nuklear diperantarai oleh pertukaran zarah (meson) antara nukleon.

Pada mulanya, kebanyakan saintis di Eropah dan Amerika Syarikat skeptikal terhadap teori Yukawa yang mencadangkan kewujudan zarah baru yang belum diperhatikan. Malah Niels Bohr, perintis mekanik kuantum, dilaporkan mengkritik Yukawa semasa lawatannya ke Jepun pada tahun 1937, bertanya, "Adakah anda begitu ingin mencipta zarah baru?" Walaupun keraguan awal ini, teori Yukawa mendapat perhatian global apabila Carl David Anderson dan Seth Neddermeyer pada tahun 1936 menemui zarah dengan jisim perantaraan (kira-kira 207 kali jisim elektron) dalam sinar kosmik, yang pada mulanya dinamakan muon. Walaupun muon kemudiannya didapati berinteraksi lemah dengan nukleus, misteri ini terungkai pada tahun 1947 apabila ahli fizik British Cecil Frank Powell dan pasukannya menemui pion sebenar dalam sinar kosmik, yang menunjukkan ciri-ciri yang diramalkan oleh Yukawa. Penemuan ini mengesahkan teori Yukawa dan membuka jalan baru dalam penyelidikan fizik zarah.

Teori meson Yukawa bukan sahaja berjaya merumuskan daya kuat, tetapi juga menunjukkan dengan jelas bahawa daya diperantarai oleh zarah, mengukuhkan konsep zarah yang mencipta medan. Walaupun Werner Heisenberg sebelum ini mencadangkan bahawa elektron membawa daya kuat, teori itu tidak berjaya, dan idea zarah yang bertanggungjawab untuk medan tidak mantap sehingga kerja Yukawa. Teori meson Yukawa dianggap sebagai teori medan asas yang paling penting pada zamannya, merangkumi kedua-dua daya lemah dan kuat.

2.2. Hadiah Nobel dalam Fizik

Pada 3 November 1949, Hideki Yukawa dianugerahkan Hadiah Nobel dalam Fizik "untuk ramalannya mengenai kewujudan meson berdasarkan kerja teori mengenai daya nuklear." Beliau menjadi rakyat Jepun pertama dan orang Asia ketiga (selepas Rabindranath Tagore dan C. V. Raman) yang menerima Hadiah Nobel. Berita ini memberikan dorongan moral yang besar kepada rakyat Jepun yang masih dalam pemulihan selepas kekalahan dan pendudukan pada Perang Dunia Kedua. Ahli fizik Katsuhiko Sato mengenang Yukawa sebagai seorang wira dan idola, yang berjaya meramalkan zarah baru hanya dengan kertas, pensel, dan otaknya dalam negara yang miskin, berbanding saintis Barat yang mempunyai persekitaran penyelidikan yang lebih baik.

Analisis dokumen pemilihan Hadiah Nobel Yukawa pada tahun 2000 oleh Takuji Okamoto menunjukkan bahawa kebanyakan surat cadangan datang daripada pencadang asing, dan beliau menyatakan bahawa hubungan antara penyelidikan dan anugerah itu "nampaknya lebih jelas daripada kebanyakan dalam sejarah Hadiah Nobel."

2.3. Penyelidikan dan Teori Lanjutan

Selepas Hadiah Nobel, Yukawa meneruskan penyelidikan dalam fizik teori. Beliau mencadangkan teori medan bukan lokal (non-local field theory) dan teori domain asas (elementary domain theory), walaupun teori-teori ini tidak membawa kepada kejayaan teori yang signifikan. Beliau juga mengkritik teori quark Murray Gell-Mann, dengan menyatakan, "Tidak mungkin ada caj yang tidak lengkap seperti 1/3 atau 2/3."

Yukawa juga bekerja pada teori K-capture, di mana elektron tenaga rendah diserap oleh nukleus, selepas ramalan awal oleh G. C. Wick. Beliau menghabiskan sebahagian besar hidupnya untuk menyelesaikan masalah fundamental dalam fizik kuantum yang dikenali sebagai "Lingkaran Yukawa" (湯川の丸○_{Yukawa no Maru}^{Bahasa Jepun}), yang berkaitan dengan pelanggaran kausaliti dalam teori medan apabila amplitud kebarangkalian ditakrifkan pada permukaan tertutup dalam ruang Minkowski. Masalah ini menjadi fokus utama penyelidikannya sepanjang hayatnya, dan walaupun Paul Dirac kemudiannya juga mengemukakan masalah yang serupa, isu ini masih belum diselesaikan sepenuhnya. Walaupun Shin'ichirō Tomonaga menyumbang kepada penyelesaian masalah kausaliti dengan mengehadkannya kepada aspek spatial melalui teori super-banyak-masa, Yukawa terus menangani isu ini sebagai medan bukan lokal, walaupun tanpa kejayaan yang jelas. Hironari Miyazawa, yang pertama kali mencadangkan supersimetri, berpendapat bahawa fizik moden telah mengelak masalah asas kausaliti Yukawa dan beralih kepada fenomenologi.

3.1. Jawatan Profesor dan Aktiviti Institut

Selepas menamatkan pengajian dari Universiti Imperial Kyoto pada tahun 1929, Yukawa kekal sebagai pensyarah di sana selama empat tahun. Pada tahun 1933, beliau menjadi pensyarah di Universiti Imperial Osaka pada usia 26 tahun, dan kemudiannya dinaikkan pangkat menjadi profesor madya di Fakulti Sains Universiti Imperial Osaka pada tahun 1936. Pada tahun 1939, beliau kembali ke Universiti Imperial Kyoto sebagai profesor.

Pada tahun 1942, beliau juga memegang jawatan profesor di Fakulti Sains Universiti Imperial Tokyo. Selepas Perang Dunia Kedua, pada tahun 1948, beliau menjadi profesor pelawat di Institute for Advanced Study di Princeton, Amerika Syarikat. Pada Julai 1949, beliau dilantik sebagai profesor pelawat di Universiti Columbia dan kemudiannya menjadi profesor penuh di sana, sebelum kembali ke Jepun pada tahun 1950.

Pada tahun 1953, Yukawa menjadi pengerusi pertama Yukawa Institute for Theoretical Physics (YITP) di Universiti Kyoto, sebuah institusi yang diasaskan untuk memajukan penyelidikan dalam fizik teori. Beliau juga berkhidmat sebagai pengerusi Persidangan Fizik Teori Antarabangsa di Tokyo dan Kyoto pada tahun yang sama. Selain itu, beliau adalah editor jurnal "Progress of Theoretical Physics", yang diasaskan atas inisiatifnya pada tahun 1946, menjadi platform penting untuk penerbitan penyelidikan fizik teori di Jepun.

Beliau bersara dari Universiti Kyoto pada tahun 1970 sebagai Profesor Emeritus.

4.1. Falsafah Sains dan Pandangan Dunia

Yukawa mempunyai pandangan yang mendalam tentang hubungan antara sains dan kemanusiaan. Beliau percaya bahawa sains harus menyumbang kepada kesejahteraan manusia dan sentiasa mempertimbangkan implikasi etika dan sosial penemuan saintifik. Dalam kata pengantar autobiografinya, beliau menulis: "Fizik adalah sains yang telah membuat kemajuan pesat pada abad kedua puluh... Saya ingin, seperti dahulu, menjadi seorang pengembara di tanah asing dan seorang penjajah di negara baru." Ini mencerminkan semangat penerokaan dan keinginannya untuk sentiasa mencari pengetahuan baru.

Beliau juga berminat dalam falsafah Timur dan Barat, cuba mencari titik pertemuan antara kedua-dua tradisi pemikiran. Beliau mendalami pemikiran Miura Baien, seorang ahli falsafah Jepun dari zaman Edo akhir. Apabila diminta untuk menulis kaligrafi, beliau sering menulis "知魚樂_Chigyoraku^{Bahasa Cina}", yang bermaksud "mengetahui kegembiraan ikan," merujuk kepada petikan terakhir dari bab "Musim Gugur" dalam karya Zhuangzi (莊子_Chuang-Tzu^{Bahasa Cina}). Ini melambangkan pandangannya tentang kebebasan, kebahagiaan, dan pemahaman mendalam tentang alam. Beliau juga menunjukkan minat dalam biologi pada tahun-tahun terakhirnya, terutamanya peranan maklumat dalam fenomena kehidupan.

4.2. Eksplorasi Masalah Kausaliti

Sepanjang kerjayanya, Yukawa sentiasa berusaha untuk menangani isu-isu fundamental dalam fizik, terutamanya yang berkaitan dengan kausaliti dalam teori medan. Beliau mencetuskan masalah yang dikenali sebagai "Lingkaran Yukawa" (湯川の丸○_{Yukawa no Maru}^{Bahasa Jepun}), di mana beliau berpendapat bahawa takrifan amplitud kebarangkalian pada permukaan tertutup dalam ruang Minkowski akan melanggar prinsip kausaliti. Masalah ini menjadi fokus utama penyelidikannya sepanjang hayatnya, dan walaupun Paul Dirac kemudiannya juga mengemukakan masalah yang serupa, ia masih belum diselesaikan sepenuhnya.

Walaupun Shin'ichirō Tomonaga menyumbang kepada penyelesaian masalah kausaliti dengan mengehadkannya kepada aspek spatial melalui teori super-banyak-masa, Yukawa terus mendekati isu ini sebagai medan bukan lokal, walaupun tanpa kejayaan yang jelas. Hironari Miyazawa, yang pertama kali mencadangkan supersimetri, berpendapat bahawa fizik moden telah mengelak masalah asas kausaliti Yukawa dan beralih kepada fenomenologi. Ini menunjukkan komitmen Yukawa yang tidak berbelah bahagi untuk memahami asas-asas alam semesta, walaupun menghadapi cabaran yang besar.

5.1. Pergerakan Anti-Nuklear dan Pasifisme

Selepas pengeboman atom Hiroshima dan Nagasaki pada tahun 1945, Hideki Yukawa menjadi seorang pasifis yang lantang. Walaupun beliau pernah dijemput untuk perbincangan mengenai projek bom atom Jepun (penyelidikan F) yang dipimpin oleh Tentera Laut Jepun pada Jun 1945, projek itu tidak sempat menjadi kenyataan sebelum Jepun menyerah kalah. Beliau menolak permintaan daripada syarikat akhbar untuk mengulas mengenai pengeboman Hiroshima, tetapi kemudiannya disoal siasat oleh pasukan pendudukan Amerika Syarikat. Diari beliau yang merekodkan peristiwa-peristiwa ini telah didedahkan pada Disember 2017 oleh Arkib Muzium Peringatan Yukawa di Universiti Kyoto.

Pada tahun 1955, beliau menyertai sepuluh saintis dan intelektual terkemuka lain dalam menandatangani Manifesto Russell-Einstein, yang menyeru kepada pelucutan senjata nuklear dan menekankan bahaya perang nuklear. Beliau juga menjadi ahli Jawatankuasa Tenaga Atom Jepun pada tahun 1956 atas permintaan Matsutaro Shoriki, pengerusi Jawatankuasa Tenaga Atom. Namun, beliau berkonflik dengan Shoriki yang berpendapat bahawa loji janakuasa nuklear praktikal perlu dibina dalam tempoh lima tahun, walaupun perlu membeli reaktor dari luar negara. Yukawa membantah keras, menyatakan bahawa tergesa-gesa membina loji nuklear tanpa penyelidikan asas yang mencukupi akan meninggalkan masalah besar di masa hadapan. Beliau hampir meletak jawatan pada hari yang sama, tetapi dipujuk untuk kekal. Pertentangan mereka berterusan, dan beliau akhirnya meletak jawatan selepas satu tahun tiga bulan pada Mac 1957, dengan alasan masalah kesihatan.

Pada 7 Mei 1962, beliau mempengerusikan Persidangan Saintis Kyoto yang pertama di Tenryū-ji, Kyoto. Persidangan ini, yang berlandaskan semangat Persidangan Pugwash, menekankan keperluan untuk memeterai Perjanjian Larangan Senjata Nuklear. Beliau juga dicalonkan untuk Hadiah Keamanan Nobel pada tahun 1966, seperti yang didedahkan oleh senarai calon yang dikeluarkan oleh Yayasan Nobel. Pada Jun 1981, beliau menjadi salah seorang pengasas Persidangan Saintis Kyoto keempat, yang diadakan semula selepas 15 tahun di tengah-tengah ketegangan yang semakin memuncak antara Amerika Syarikat dan Kesatuan Soviet. Walaupun kesihatannya merosot, beliau menghadiri persidangan itu dengan kerusi roda untuk menyeru penghapusan senjata nuklear.

Di Taman Peringatan Keamanan Hiroshima, di dasar patung "Daun Muda" (若葉_Wakaba^{Bahasa Jepun}), terukir sebuah tanka yang ditulis oleh Yukawa: "まがつびよ ふたたびここにくるなかれ 平和をいのる人のみぞここは_{Wahai api malapetaka, jangan kembali ke sini lagi, ini adalah tempat bagi mereka yang mendambakan keamanan}^{Bahasa Jepun}". "まがつび" (magatsubi) merujuk kepada bom atom.

5.2. Pergerakan Perlembagaan Dunia

Yukawa juga merupakan salah seorang penandatangan perjanjian untuk mengadakan konvensyen bagi menggubal perlembagaan dunia. Hasilnya, sebuah Perhimpunan Konstituen Dunia telah bersidang untuk menggubal dan menerima pakai Perlembagaan Persekutuan Bumi, mencerminkan visinya untuk kerjasama global dan tadbir urus global.

8.1. Karya Berkaitan Fizik

• β-ray Radioactivity Theory (β線放射能の理論, 1936)
• Introduction to Quantum Mechanics (量子力学序説, 1947)
• Introduction to the Theory of Elementary Particles (素粒子論序説, Jilid Atas, 1948)
• Physics Lecture (物理講義, disunting oleh Osamu Hara, 1975)
• Talking about Theoretical Physics (理論物理学を語る, disunting oleh Hiroshi Ezawa, 1997)
• Reading "Hideki Yukawa Physics Lecture" (「湯川秀樹 物理講義」を読む, diselia oleh Michiji Konuma, 2007)
• Non-local Field Theory (非局所場の理論, diterjemah dan diulas oleh Ken Inoue, 1952)

8.2. Karya Falsafah, Esei, dan Autobiografi

• Recent Views on Matter (最近の物質観, 1939)
• The Law of Existence (存在の理法, 1943)
• The Invisible (目に見えないもの, 1946)
• Discourse on Theoretical Physics (理論物理学講話, 1946)
• Nature and Reason (自然と理性, 1947)
• Thought and Observation (思考と観測, 1948)
• Views on Matter and Worldview (物質観と世界観, 1948)
• The World of the Extremely Small (極微の世界, 1950)
• Creative Human (創造的人間, 1966)
• Leap to Creation (創造への飛躍, 1968)
• My Theory of Creation: Identification and Combination (私の創造論 同定と結合, 1981)
• Tabibito: A Physicist's Reminiscence (旅人 ある物理学者の回想, autobiografi, 1958)
• Hideki Yukawa Diary Showa 9: The Road to Meson Theory (湯川秀樹日記 昭和九年：中間子論への道, disunting oleh Michiji Konuma, 2007)
• Hideki Yukawa Diary 1945: Wartime and Postwar Recorded in Kyoto (湯川秀樹日記1945 京都で記した戦中戦後, disunting oleh Michiji Konuma, 2020)
• Self-Discovery (自己発見, 1972)
• The World of Genius (天才の世界, 1973)
• The Scientist's Heart (科学者のこころ, 1977)
• Outer World and Inner World (外的世界と内的世界, 1976)
• Atom and Human (原子と人間, 1948)
• Science and Humanity (科学と人間性, 1948)
• Brief Happiness (しばしの幸, 1954)
• Modern Science and Human (現代科学と人間, 1961)
• The World in Books (本の中の世界, 1963)
• Rich Heart: A Collection of Essays (心ゆたかに 随想集, 1969)
• Scholarship and Life (学問と人生, 1971)
• Universe and Human: Seven Mysteries (宇宙と人間 七つのなぞ, 1974)
• Born on This Earth (この地球に生れあわせて, 1975)
• Living Science: Hideki Yukawa Essay Collection (科学を生きる 湯川秀樹エッセイ集, disunting oleh Satoru Ikeuchi, 2015)
• Hideki Yukawa Poetry and Prose Collection (湯川秀樹歌文集, 2016)
• Hideki Yukawa: Poetry and Science (湯川秀樹 詩と科学, 2017)
• Scientist's Creativity - From "Nature" Magazine (科学者の創造性－雑誌『自然』より, 2021)