Sir Franz Arthur Friedrich Schuster (ur. 12 września 1851 we Frankfurcie nad Menem, zm. 14 października 1934 w Yeldall Manor w Berkshire) – niemiecko-brytyjski fizyk znany z prac w dziedzinie spektroskopii, optyki, fotografii rentgenowskiej i magnetyzmu ziemskiego oraz z zastosowania analizy harmonicznej w fizyce. Jako jeden z pierwszych użył pojęcia antymaterii, wprowadził termin „periodogram” i współtworzył magnetometr Schustera-Smitha. Jako pierwszy zastosował przybliżenie dwustrumieniowe w teorii transportu promieniowania.
Był synem niemieckiego przedsiębiorcy z branży bawełnianej, który po aneksji Frankfurtu przez Prusy przeniósł rodzinę do Manchesteru. Studiował fizykę w u , a doktorat uzyskał w Heidelbergu pod kierunkiem Gustava Kirchhoffa. W 1875 roku stanął na czele ekspedycji do Syjamu w celu sfotografowania widma korony słonecznej. W 1881 roku objął katedrę matematyki stosowanej, a w 1888 – katedrę fizyki w Manchesterze, gdzie zbudował jedno z pierwszych nowoczesnych laboratoriów fizycznych, a w 1907 roku ustąpił z katedry na rzecz Ernesta Rutherforda. Przyczynił się do przekształcenia Uniwersytetu w Manchesterze w ośrodek badań fizycznych.
Schuster był też aktywnym organizatorem nauki: pełnił funkcję sekretarza Royal Society, przewodniczył (1915–1916) i został pierwszym sekretarzem generalnym Międzynarodowej Rady Badań Naukowych. Otrzymał Medal Królewski, Medal Rumforda i Medal Copleya, był czterokrotnie nominowany do Nagrody Nobla, a w 1920 roku otrzymał tytuł szlachecki.
Młodość i wykształcenie Dzieciństwo i nauka w Genewie Arthur Schuster urodził się we Frankfurcie nad Menem jako syn Francisa Josepha Schustera, kupca bawełnianego i bankiera, oraz Marie z domu Pfeiffer. Rodzice pobrali się w 1849 roku, przeszli z judaizmu na chrześcijaństwo i w tej wierze wychowali dzieci. Arthura, podobnie jak jego dwóch braci, przeznaczono do pracy w przedsiębiorstwie rodzinnym, dlatego uczęszczał do gimnazjum we Frankfurcie, a w 1868 roku wysłano go do Genewy na naukę języka francuskiego. Fizyką i naukami przyrodniczymi zainteresował się jeszcze w czasie nauki we Frankfurcie. W Genewie uczęszczał ponadto na wykłady z fizyki u Jacques’a-Louisa Soreta, z chemii u Jeana Charles’a Galissarda de Marignaca oraz z astronomii u .
W 1866 roku dotąd wolne miasto Frankfurt zostało zaanektowane przez Prusy w następstwie wojny prusko-austriackiej. Aby uchronić synów przed służbą w armii pruskiej, ojciec poczynił starania finansowe, dzięki którym Arthur i jego bracia otrzymali obywatelstwo szwajcarskie. W 1869 roku – gdy Schuster studiował w Genewie – rodzina przeniosła się do tekstylnego Manchesteru. Nekrolog Royal Society podaje, że ojciec przeniósł wówczas z Frankfurtu także rodzinne przedsiębiorstwo, właśnie po to, by uniknąć obywatelstwa pruskiego. Oxford Dictionary of National Biography odnotowuje natomiast, że firma włókiennicza działała w Manchesterze już od 1811 roku, a ojciec objął w niej wtedy stanowisko. Po zakończeniu studiów Schuster opuścił Genewę 25 maja 1870 roku i przeprowadził się do Manchesteru. Wraz z rodzeństwem przyjął obywatelstwo brytyjskie w 1875 roku.
Studia w Manchesterze i Niemczech Przez rok Schuster pracował w przedsiębiorstwie rodzinnym jako urzędnik, lecz zajęcie to uznał za rutynowe i pozbawione bodźców. W tym czasie czytał O powstawaniu gatunków Karola Darwina oraz prace Johna Tyndalla, a wieczorami uczęszczał na zajęcia z chemii u w Owens College. Dzięki wsparciu matki przekonał ojca, by pozwolił mu kontynuować naukę zamiast pracować w firmie, i w październiku 1871 roku zaczął studiować fizykę pod kierunkiem Balfoura Stewarta oraz matematykę czystą i stosowaną u . W tym okresie przeprowadził pierwsze doświadczenia spektroskopowe, na których podstawie 20 czerwca 1872 roku ogłosił pierwszą pracę, zatytułowaną (o widmie azotu).
Latem 1872 roku Schuster wyjechał do Heidelbergu z listami polecającymi od Roscoe do Gustava Kirchhoffa i Roberta Bunsena, a 25 lutego 1873 roku uzyskał stopień doktora. Powrócił następnie do Manchesteru, gdzie jesienią został pierwszym demonstratorem w laboratorium fizycznym. Wakacje 1874 roku spędził w Getyndze, studiując w laboratorium Wilhelma Webera, a później kontynuował naukę w Berlinie u Hermanna von Helmholtza.
Fotografia widma korony słonecznej mały|Szkic zaćmienia Słońca z 6 kwietnia 1875 roku z raportu Schustera i Lockyera dla Royal Society Pod koniec grudnia 1874 roku, w drodze powrotnej z Berlina, Schuster otrzymał od Normana Lockyera propozycję udziału w ekspedycji do Syjamu (dzisiejsza Tajlandia) w celu sfotografowania widma korony słonecznej podczas zaćmienia Słońca 6 kwietnia 1875 roku. Schuster przyjął zaproszenie, a 4 lutego, na siedem dni przed wyjazdem, otrzymał z Royal Society zawiadomienie, że to jemu – wówczas 23-letniemu – powierzono kierownictwo całej wyprawy. Podróż statkiem parowym trwała 45 dni. 28 marca grupa dotarła do Bangkoku, skąd udała się do przygotowanego stanowiska obserwacyjnego nad Zatoką Tajlandzką, dokładnie tam, gdzie linia całkowitego zaćmienia przecinała wybrzeże. Sama obserwacja przebiegła bez zakłóceń, lecz klisze fotograficzne okazały się zbyt mało czułe, by uchwycić widmo korony. W drodze powrotnej Schuster zatrzymał się w Indiach, skąd odbył pełną przygód podróż przez Himalaje – ze Simli przez Kullu i Ladakh do Śrinagaru – i powrócił do Anglii dopiero w listopadzie 1875 roku.
Od tej wyprawy zaczęło się trwałe zainteresowanie Schustera widmem korony. Odbył jeszcze trzy podróże obserwacyjne. Pierwsza prowadziła do Kolorado (29 lipca 1878), gdzie obserwacje wizualne wypadły nieco lepiej niż w Syjamie, lecz fotografia widma znów się nie powiodła. Udane zdjęcia widma uzyskał dopiero w Sohag w Egipcie (17 maja 1882), gdzie zarejestrował i zmierzył 29 linii widmowych. Powodzenie zawdzięczał wyjątkowo czułym kliszom suchym, przygotowanym dla niego przez . Również podczas ostatniej wyprawy, na Grenadę w Indiach Zachodnich (29 sierpnia 1886), otrzymał wyraźne obrazy widma korony.
Kariera naukowa mały|Arthur Schuster na portrecie z 1912 roku Po powrocie z Indii Schuster ponownie objął funkcję demonstratora fizyki w Owens College. Jeden z prowadzonych przez niego kursów dotyczył teorii elektryczności i magnetyzmu Maxwella, a wśród jego słuchaczy znalazł się m.in. Joseph John Thomson. Schuster pozostał w Manchesterze tylko jeden semestr, po czym przeniósł się do Cambridge, gdzie pracował najpierw pod kierunkiem Maxwella w Laboratorium Cavendisha, a następnie z lordem Rayleighem nad wyznaczeniem bezwzględnej wartości jednostki om. Na podstawie tego wyniku ustalił wartość oma legalnego. Po pięciu latach w Cambridge w 1881 roku otrzymał stanowisko profesora matematyki stosowanej w dawnym Owens College, włączonym wówczas do federacyjnego Uniwersytetu Victorii, a po śmierci Balfoura Stewarta objął po nim w 1888 roku katedrę fizyki. Około 1897 roku zajął się projektem nowych pracowni fizycznych: po objeździe najważniejszych laboratoriów na kontynencie zaprojektował je wspólnie z architektem Beaumontem. Gmach przy Coupland Street kosztował około 35 tys. funtów i został otwarty przez lorda Rayleigha w 1900 roku. Schuster opowiadał się też za rozwiązaniem federacyjnego Uniwersytetu Victorii. Po podziale uczelni brał czynny udział w opracowaniu jej nowego statutu i został pierwszym dziekanem Wydziału Nauk Ścisłych.
18 września 1887 roku Schuster poślubił Emmę Caroline Elizabeth Loveday (1867–1962), córkę George’a Lovedaya z Wardington w Oxfordshire, której wujem był , profesor i późniejszy rektor Owens College. Mieli pięcioro dzieci – syna i cztery córki. Małżonkowie mieszkali w Victoria Park na południe od centrum Manchesteru aż do 1913 roku, gdy Schuster nabył Yeldall Manor w pobliżu Reading, aby mieć bliżej do Londynu i Royal Society.
Główny przedmiot prac Schustera do końca lat 90. XIX wieku stanowiły wyładowania elektryczne w gazach. Wykazał on, że świecące wyładowanie wprawia gaz przejściowo w stan przewodzący za sprawą obecności naładowanych jonów. Był przy tym bardzo bliski wyznaczenia stosunku ładunku do masy elektronu, sam jednak nie rozpoznał w nim cząstki podatomowej. Jako pierwszy pokazał, jak wyznaczyć ten stosunek dla promieni katodowych z ich odchylenia w polu magnetycznym, w doświadczeniach uzyskał jednak jedynie górne i dolne ograniczenie szukanej wielkości. Ponieważ dolne z nich wypadało blisko wartości znanych z elektrolizy, uznał sprawę za rozstrzygniętą. Zdaniem , autora jego nekrologu dla Royal Society, zaufanie górnemu ograniczeniu pozwoliłoby mu prawdopodobnie wyprzedzić Thomsona w odkryciu elektronu. Pełnej interpretacji dokonał w 1897 roku Joseph John Thomson, odkrywając elektron. Stuart M. Feffer zakwestionował jednak w 1989 roku pogląd, że prace Schustera wyprzedzały odkrycie Thomsona: jego zdaniem Schuster nie interesował się ani naturą promieni katodowych, ani samymi cząstkami przenoszącymi ładunek.
Fotografia rentgenowska mały|Zdjęcie rentgenowskie dłoni (z pierścionkiem) wykonane przez Schustera, ok. 1896 Na początku 1896 roku Wilhelm Röntgen przesłał Schusterowi swoją pracę (o nowym rodzaju promieni). Schuster ogłosił wówczas w dzienniku Manchester Guardian list wyjaśniający naturę i znaczenie promieni X – była to pierwsza publikacja na ten temat w Wielkiej Brytanii. Kolejne listy skierował 18 stycznia do British Medical Journal i do numeru Nature z 23 stycznia 1896 roku. Schuster sam zaczął wówczas eksperymentować z promieniowaniem rentgenowskim i wykonał szereg udanych zdjęć części ciała oraz zwierząt, w wyniku czego zaczęto go zasypywać prośbami o pomoc ze strony manchesterskich lekarzy. Jego wczesne radiogramy należą do pionierskich zastosowań radiografii medycznej.
Odkrycie elektronu i promieniowania rentgenowskiego nagle wyjaśniło zjawiska, którymi Schuster zajmował się w badaniach nad wyładowaniami w gazach, a o jego własnym wkładzie szybko zapomniano. Po śmierci asystenta Arthura T. Stantona w 1898 roku Schuster zaprzestał doświadczeń praktycznych i poświęcił się wyłącznie badaniom teoretycznym i matematycznym, choć w jego laboratorium nadal prowadzili prace jego studenci.
Optyka i podręczniki To Schuster wprowadził w 1882 roku sam termin „spektroskopia”, w miejsce dotychczasowej „analizy widmowej”, aby podkreślić zastosowanie metody w badaniach fizycznych, a nie w analizie chemicznej. Niezależnie od Johannesa Rydberga, choć później niż on, odkrył też związki między różnymi seriami linii widmowych. Wieloletnie zainteresowanie Schustera spektroskopią skierowało go ku optyce, z której prowadził wykłady. Doprowadziło to do wydania w 1904 roku jego podręcznika , który doczekał się dwóch kolejnych wydań (1909 oraz wydanie trzecie, poprawione wspólnie z , w 1924). W 1908 roku, na zaproszenie uniwersytetu w Kalkucie, wygłosił serię wykładów o rozwoju fizyki w latach 1875–1908, które wydał następnie w formie książki The Progress of Physics. Udzielił w niej ostrożnej, wstępnej aprobaty szczególnej teorii względności Alberta Einsteina oraz wczesnym ideom Maxa Plancka dotyczącym kwantów. W 1932 roku opublikował wspomnienia .
Wkład naukowy Antymateria Schuster bywa uznawany za pierwszego uczonego, który w 1898 roku posłużył się pojęciem antymaterii – w dwóch listach skierowanych do czasopisma Nature. Wysunął hipotezę istnienia antyatomów oraz całych układów planetarnych zbudowanych z antymaterii, które wyzwalałyby energię w zetknięciu z atomami zwykłej materii. Spekulował, że w takich układach również grawitacja mogłaby działać odpychająco. Niezależnie od tych spekulacji dopiero teoria Paula Diraca z 1928 roku dała matematyczne podstawy przewidywania antycząstek, co później doprowadziło do ich odkrycia.
Periodogram mały|Gabinet Schustera, ok. 1900