Юлиан Швингер - Julian Schwinger

Джулиан Швингер
Schwinger.jpg
Родился
Джулиан Сеймур Швингер

( 1918-02-12 )12 февраля 1918 г.
Нью-Йорк, Нью-Йорк, США
Умер 16 июля 1994 г. (1994-07-16)(76 лет)
Лос-Анджелес, Калифорния, США
Национальность Соединенные Штаты
Альма-матер Городской колледж Нью-Йорка
Колумбийского университета
Известен Квантовая электродинамика
Электрослабое взаимодействие
Теория возмущений резонатора
Теорема спин-статистики Теорема
Мак-Магона
Основная теорема Взаимно несмещенные основы
Формализм Келдыша
Список вещей, названных в честь Джулиана Швингера
Супруг (а) Кларис Кэррол (м. 1947)
Награды Премия Альберта Эйнштейна (1951),
Национальная медаль науки (1964),
Нобелевская премия по физике (1965)
Научная карьера
Поля Квантовая теория поля
Учреждения Калифорнийский университет, Беркли,
Университет Пердью,
Массачусетский технологический институт,
Гарвардский университет,
Калифорнийский университет, Лос-Анджелес
Тезис О магнитном рассеянии нейтронов  (1939 г.)
Докторант Исидор Исаак Раби
Докторанты Ричард Арновитт
Рой Глаубер
Бен Р. Моттельсон
Ойген Мерцбахер
Шелдон Ли Глэшоу
Уолтер Кон
Брайс ДеВитт
Дэниел Клейтман
Сэм Эдвардс
Гордон Бэйм
Лоуэлл С. Браун
Стэнли Дезер
Лоуренс Пол Хорвиц
Маргарет Г. Кивельсон
Тунг-Моу Ян
Чарльз М. Соммерфилд

Джулиан Швингер, лауреат Нобелевской премии по физике 1965 года . Оригинальная подпись: «Его лаборатория - его шариковая ручка».

Джулиан Сеймур Schwinger ( / ʃ ж ɪ ŋ ər / ; 12 февраля 1918 - 16 июля 1994) был Нобелевской премии известный американский физик - теоретик . Он наиболее известен своей работой по квантовой электродинамике (КЭД), в частности, разработкой релятивистски инвариантной теории возмущений и перенормировкой КЭД до одного петлевого порядка. Швингер был профессором физики в нескольких университетах.

Швингер признан одним из величайших физиков двадцатого века, ответственным за большую часть современной квантовой теории поля, включая вариационный подход и уравнения движения для квантовых полей. Он разработал первую электрослабую модель и первый пример ограничения в измерениях 1 + 1. Он отвечает за теорию множественных нейтрино, термины Швингера и теорию поля со спином 3/2.

биография

Ранняя жизнь и карьера

Джулиан Сеймур Швингер родился в Нью-Йорке в семье евреев-ашкенази , Белль (урожденная Розенфельд) и Бенджамина Швингера, производителя одежды, эмигрировавшего из Польши в США. И его отец, и родители его матери были преуспевающими производителями одежды, хотя семейный бизнес пришел в упадок после краха на Уолл-стрит в 1929 году . Семья следовала ортодоксальным еврейским традициям. Старший брат Джулиана Гарольд Швингер родился в 1911 году, на семь лет раньше Джулиана, родившегося в 1918 году.

Швингер был не по годам развитым учеником. С 1932 по 1934 год он посещал среднюю школу Таунсенда Харриса , высоко ценимую в то время для одаренных учеников. В старших классах школы Джулиан уже начал читать статьи Physical Review таких авторов, как Поль Дирак, в библиотеке Городского колледжа Нью-Йорка , в кампусе которого тогда находился Таунсенд Харрис.

Осенью 1934 года Швингер поступил на бакалавриат в Городской колледж Нью-Йорка. CCNY автоматически принимал всех выпускников Townsend Harris в то время, и оба института предлагали бесплатное обучение. Из-за сильного интереса к физике и математике Джулиан очень хорошо учился по этим предметам, несмотря на то, что часто пропускал занятия и учился прямо по книгам. С другой стороны, его отсутствие интереса к другим темам, таким как английский, привело к академическим конфликтам с учителями этих предметов.

После того, как Джулиан присоединился к CCNY, его брат Гарольд, ранее окончивший CCNY, попросил своего бывшего одноклассника Ллойда Моца «познакомиться с [Джулианом]». Ллойд был преподавателем физики CCNY и доктором философии. кандидат Колумбийского университета в то время. Ллойд познакомился и вскоре признал талант Джулиана. Заметив академические проблемы Швингера, Ллойд решил обратиться за помощью к Исидору Исааку Раби, которого он знал в Колумбии. Лави также сразу же признал способности Швингера на их первой встрече, а затем принял меры, чтобы наградить Швингера стипендией для обучения в Колумбии. Сначала плохие оценки Джулиана по некоторым предметам в CCNY помешали присуждению стипендии. Но Раби настоял на своем и показал неопубликованную статью по квантовой электродинамике, написанную Швингером Хансу Бете , который случайно проезжал мимо Нью-Йорка. Одобрения статьи Бете и его репутации в этой области было тогда достаточно, чтобы обеспечить стипендию Джулиану, который затем переехал в Колумбию. Его академическая ситуация в Колумбии была намного лучше, чем в CCNY. Он был принят в общество Phi Beta Kappa и получил степень бакалавра в 1936 году.

Во время учебы в аспирантуре Швингера Лави чувствовал, что для Джулиана было бы хорошо посетить другие учреждения по всей стране, и Джулиан получил стипендию на 37/38 год, которую он провел, работая с Грегори Брайтом и Юджином Вигнером . За это время Швингер, который раньше уже имел привычку работать до поздней ночи, пошел дальше и сделал переключение день / ночь более полным, работая ночью и спя днем ​​- привычку, которую он сохранял на протяжении всей своей карьеры. Позже Швингер заметил, что этот переход отчасти был способом сохранить большую интеллектуальную независимость и избежать «доминирования» Брейта и Вигнера.

Швингер получил докторскую степень под руководством Лави в 1939 году в возрасте 21 года.

Осенью 1939 года Швингер начал работать в Калифорнийском университете в Беркли под руководством Дж. Роберта Оппенгеймера , где он проработал два года в качестве научного сотрудника NRC .

Карьера

После работы с Оппенгеймером Швингер впервые получил регулярное академическое назначение в Университете Пердью в 1941 году. Во время отпуска из Пердью он работал в Радиационной лаборатории Массачусетского технологического института, а не в Национальной лаборатории Лос-Аламоса во время Второй мировой войны. Он оказал теоретическую поддержку развитию радара . После войны Швингер покинул Purdue и поступил в Гарвардский университет , где преподавал с 1945 по 1974 год. В 1966 году он стал профессором физики Юджина Хиггинса в Гарварде.

Швингер развил сродство к функциям Грина из его радиолокационных работ, и он использовал эти методы, чтобы сформулировать квантовую теорию поля в терминах локальных функций Грина релятивистски инвариантным способом. Это позволило ему однозначно вычислить первые поправки к магнитному моменту электрона в квантовой электродинамике. Ранние нековариантные исследования давали бесконечные ответы, но дополнительная симметрия в его методах позволила Швингеру выделить правильные конечные поправки.

Швингер разработал перенормировку , однозначно сформулировав квантовую электродинамику до однопетлевого порядка.

В той же эпохе, он ввел непертурбативные методы в квантовую теорию поля, путем вычисления скорости , с которой электрон - позитронные пары создаются путем туннелирования в электрическом поле, процесс теперь известен как «эффект швингеровского.» Этот эффект нельзя было увидеть ни в каком конечном порядке в теории возмущений.

Основополагающая работа Швингера по квантовой теории поля построила современную структуру корреляционных функций поля и их уравнений движения . Его подход начался с квантового действия и впервые позволил одинаково рассматривать бозоны и фермионы, используя дифференциальную форму интегрирования Грассмана . Он дал изящные доказательства для спин-статистики теоремы и теоремы CPT , и отметил , что поле алгебра привела к терминам аномальных швингеровских в различных классических идентичностях, из - за короткие особенности расстояния. Это были фундаментальные результаты теории поля, способствующие правильному пониманию аномалий .

В другой известной ранней работе Рарита и Швингер сформулировали абстрактную теорию Паули и Фирца поля спина 3/2 в конкретной форме, как вектор спиноров Дирака, уравнение Рариты-Швингера . Для того чтобы поле со спином 3/2 взаимодействовало согласованно, требуется некоторая форма суперсимметрии , и Швингер позже сожалел, что он не продвинулся в этой работе достаточно далеко, чтобы обнаружить суперсимметрию.

Швингер обнаружил, что нейтрино бывают разных видов: электронное и мюонное . В настоящее время известно три легких нейтрино; третий - партнер тау-лептона .

В 1960-х Швингер сформулировал и проанализировал то, что сейчас известно как модель Швингера , квантовая электродинамика в одном пространстве и одном измерении времени, первый пример теории ограничения . Он также был первым, кто предложил теорию электрослабой калибровки - калибровочную группу, спонтанно разрушающуюся до электромагнитных на больших расстояниях. Его ученик Шелдон Глэшоу расширил это до общепринятой модели электрослабого объединения. Он попытался сформулировать теорию квантовой электродинамики с точечными магнитными монополями , программа, которая имела ограниченный успех, потому что монополи сильно взаимодействуют, когда квант заряда мал.

Автор 73 докторских диссертаций, Швингер известен как один из самых плодовитых советников по физике. Четверо его учеников получили Нобелевские премии: Рой Глаубер , Бенджамин Рой Моттельсон , Шелдон Глэшоу и Уолтер Кон (по химии).

У Швингера были смешанные отношения со своими коллегами, потому что он всегда проводил независимые исследования, отличные от основной моды. В частности, Швингер разработал теорию источников, феноменологическую теорию физики элементарных частиц, которая является предшественницей современной эффективной теории поля . Он рассматривает квантовые поля как явления на больших расстояниях и использует вспомогательные «источники», которые напоминают токи в классических теориях поля. Теория источников - это математически последовательная теория поля с четко выведенными феноменологическими результатами. Критика со стороны его коллег из Гарварда вынудила Швингера покинуть факультет в 1972 году и поступить в Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе . Широко рассказывается история о том, что Стивен Вайнберг , унаследовавший обшитый панелями офис Швингера в лаборатории Лаймана , нашел там пару старых туфель с подразумеваемым посланием: «Думаешь, ты сможешь их заполнить?» В Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе и до конца своей карьеры Швингер продолжал развивать теорию источников и ее различные приложения.

После 1989 года Швингер проявил большой интерес к неосновным исследованиям холодного синтеза . Он написал об этом восемь теоретических работ. Он ушел из Американского физического общества после отказа опубликовать его статьи. Он чувствовал, что исследования холодного синтеза подавляются, а академическая свобода нарушается. Он писал: «Давление в пользу соответствия огромно. Я испытал это, когда редакторы отвергли представленные статьи, основанные на ядовитой критике анонимных рецензентов. Замена беспристрастного рецензирования цензурой будет смертью науки».

В своих последних публикациях Швингер предложил теорию сонолюминесценции как квантового излучения на больших расстояниях, связанного не с атомами, а с быстро движущимися поверхностями в схлопывающемся пузыре, где есть разрывы диэлектрической проницаемости. Механизм звуколюминисценции теперь поддерживается экспериментами фокусируется на перегретом газе внутри пузырька в качестве источника света.

Швингер был совместно удостоен Нобелевской премии по физике в 1965 году за свои работы по квантовой электродинамике (КЭД) вместе с Ричардом Фейнманом и Синъитиро Томонага . Швингер получил множество наград и почестей еще до его Нобелевской победы. Среди них первая премия Альберта Эйнштейна (1951 г.), Национальная медаль науки США (1964 г.), почетный доктор наук. степени от Университета Пердью (1961 г.) и Гарвардского университета (1962 г.), а также премии «Природа света» Национальной академии наук США (1949 г.). В 1987 году Швингер получил премию «Золотая тарелка» Американской академии достижений .

Швингер и Фейнман

Как известного физика Швингера часто сравнивали с другим легендарным физиком его поколения, Ричардом Фейнманом . Швингер был более склонен к формальным взглядам и предпочитал символические манипуляции в квантовой теории поля . Он работал с операторами локального поля и обнаружил связи между ними, и он чувствовал, что физики должны понимать алгебру локальных полей, как бы парадоксально это ни было. Напротив, Фейнман был более интуитивным, полагая, что физику можно полностью извлечь из диаграмм Фейнмана , которые давали картину частиц. Швингер прокомментировал диаграммы Фейнмана следующим образом:

Как и кремниевые чипы последних лет, диаграмма Фейнмана приносила вычисления в массы.

Швингеру не нравились диаграммы Фейнмана, потому что он чувствовал, что они заставляют ученика сосредоточиться на частицах и забыть о локальных полях, что, по его мнению, препятствует пониманию. Он зашел так далеко, что полностью запретил им посещать свой класс, хотя прекрасно их понимал. Однако настоящая разница глубже, и Швингер выразил ее в следующем отрывке:

В конце концов, эти идеи привели к лагранжианам или формулировкам действия квантовой механики, появившимся в двух различных, но связанных формах, которые я различаю как дифференциальную и интегральную . Последний, возглавляемый Фейнманом, получил все освещение в прессе, но я по-прежнему считаю, что дифференциальная точка зрения более общая, более элегантная и более полезная.

Несмотря на разделение Нобелевской премии, Швингер и Фейнман придерживались другого подхода к квантовой электродинамике и к квантовой теории поля в целом. Фейнман использовал регулятор , в то время как Швингер смог формально перенормировать его до одного цикла без явного регулятора. Швингер верил в формализм локальных полей, а Фейнман верил в траектории частиц. Они внимательно следили за работой друг друга и уважали друг друга. После смерти Фейнмана Швингер описал его как

Честный человек, выдающийся интуиционист нашего времени и яркий пример того, что может быть в запасе для любого, кто осмелится следовать за ударами другого барабана.

Смерть

Надгробие Джулиана Швингера на кладбище Маунт-Оберн в Кембридже, Массачусетс.

Швингер умер от рака поджелудочной железы . Он похоронен на кладбище Маунт-Оберн ; , где - постоянная тонкой структуры , выгравировано над его именем на его надгробии. Эти символы относятся к его расчету поправки («аномальной») к магнитному моменту электрона .

Смотрите также

Избранные публикации

использованная литература

дальнейшее чтение

  • Мехра, Джагдиш и Милтон, Кимбалл А. (2000) Восхождение на гору: научная биография Джулиана Швингера . Издательство Оксфордского университета.
  • Милтон, Кимбалл (2007). «Джулиан Швингер: ядерная физика, радиационная лаборатория, перенормированная КЭД, теория источников и не только». Физика в перспективе . 9 (1): 70–114. arXiv : физика / 0610054 . Bibcode : 2007PhP ..... 9 ... 70M . DOI : 10.1007 / s00016-007-0326-6 . S2CID  684471 .Пересмотренная версия опубликована как (2007) «Джулиан Швингер: от ядерной физики и квантовой электродинамики к теории источников и не только», Physics in Perspective 9 : 70–114.
  • Швебер, Сильван С. (1994). QED и люди, которые сделали это: Дайсон, Фейнман, Швингер и Томонага . Издательство Принстонского университета. ISBN 978-0-691-03327-3.
  • Нг, Ю. Джек, изд. (1996) Джулиан Швингер: физик, учитель и человек . Сингапур: World Scientific. ISBN  981-02-2531-8 .
  • Джулиан Сеймур Швингер (2000), Кимбалл А. Милтон (редактор), Квантовое наследие: основополагающие статьи Джулиана Швингера , Мировая научная серия по физике 20-го века, 26 , World Scientific, Bibcode : 2000qlsp.book ..... K , ISBN 978-981-02-4006-6

внешние ссылки