Джулиан Швингер

Джулиан Швингер
Швингер в 1965 году
Рожденный	Джулиан Сеймур Швингер ( 1918-02-12 ) 12 февраля 1918 г. Нью-Йорк , США
Умер	16 июля 1994 г. (16 июля 1994 г.) (76 лет) Лос-Анджелес , Калифорния , США
Альма-матер	Городской колледж Нью-Йорка ( бакалавр ) Колумбийский университет ( бакалавр , доктор философии )
Известный	Квантовая электродинамика Электрослабое взаимодействие Теория возмущений резонатора Там Теорема о спин-статистике Основная теорема Мак-Магона Теория источника Взаимно несмещенные базы Келдыш формализм Список вещей, названных в честь Джулиана Швингера
Супруг	Кларис Кэррол (м. 1947) (1917–2011)
Награды	Премия Альберта Эйнштейна (1951) Национальная медаль науки (1964 г.) Нобелевская премия по физике (1965 г.)
Научная карьера
Поля	Квантовая теория поля
Учреждения	Калифорнийский университет, Беркли Университет Пердью Массачусетский технологический институт Гарвардский университет Калифорнийский университет, Лос-Анджелес Чикагский университет
Диссертация	О магнитном рассеянии нейтронов   (1939 г.)
Докторантура	Исидор Исаак Раби
Докторанты	Ричард Арновитт Рой Глаубер Бен Р. Моттельсон Ойген Мерцбахер Шелдон Глэшоу Уолтер Кон Брайс ДеВитт Дэниел Клейтман Сэм Эдвардс Гордон Бэйм Лоуэлл С. Браун Стэнли Десерт Лоуренс Пол Хорвиц Маргарет Дж. Кивельсон Тунг-Моу Ян Чарльз М. Соммерфилд Кеннет Алан Джонсон

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

Джулиан Сеймур Швингер ( / ˈ ʃ w ɪ ŋ ər / ; 12 февраля 1918 — 16 июля 1994) — лауреат Нобелевской премии американский физик-теоретик, . Он наиболее известен своими работами по квантовой электродинамике (КЭД), в частности, разработкой релятивистски-инвариантной теории возмущений и перенормировкой КЭД на один петлевой порядок. 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 квантовых полей. Он разработал первую электрослабою модель и первый пример ограничения в измерениях 1+1. Он отвечает за теорию кратных нейтрино, термины Швингера и теорию поля со спином 3/2.

Биография

Молодость

Джулиан Сеймур Швингер родился в Нью-Йорке в семье евреев-ашкенази Белль (урожденной Розенфельд) и Бенджамина Швингера, производителя одежды. эмигрировавший из Польши в США. И его отец, и родители его матери были преуспевающими производителями одежды, хотя семейный бизнес пришел в упадок после краха 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 студентом. С 1932 по 1934 год он посещал среднюю школу Таунсенда Харриса , которая в то время пользовалась большим уважением для одаренных учеников. В старших классах 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 в то время автоматически принимал всех выпускников Таунсенда Харриса, и оба учреждения предлагали бесплатное обучение. Благодаря своему сильному интересу к физике и математике, Джулиан очень хорошо успевал по этим предметам, несмотря на то, что часто пропускал занятия и учился непосредственно по книгам. С другой стороны, отсутствие у него 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, который ранее окончил 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 Колумбийском университете. Лави также сразу же признал способности Швингера при их первой встрече, а затем договорился о предоставлении Швингеру стипендии для обучения в Колумбии. Поначалу плохие оценки Джулиана по некоторым предметам в CCNY не позволили ему получить стипендию. Но Лави настоял на своем и показал неопубликованную статью по квантовой электродинамике, написанную Швингером Гансу 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 перешел в Колумбийский университет. Его академическая ситуация в Колумбии была намного лучше, чем в CCNY. Его приняли в Общество Фи Бета Каппа и получил степень бакалавра в 1936 году.

Во время учебы Швингера в аспирантуре Лави почувствовал, что Джулиану было бы полезно посетить другие учреждения по всей стране, и Джулиану была предоставлена ​​стипендия на поездку на 37/38 год, которую он провел, работая с Грегори Брейтом и Юджином Вигнером . За это время Швингер, который раньше уже имел привычку работать до поздней ночи, пошел дальше и сделал более полное переключение дня и ночи, работая ночью и спал днем ​​- привычка, которую он пронес на протяжении всей своей карьеры. Позже Швингер заметил, что этот переход отчасти был способом сохранить большую интеллектуальную независимость и избежать «доминирования» Брейта и Вигнера, просто сократив продолжительность контакта с ними, работая в другое время.

Швингер получил докторскую степень под руководством Раби 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 первое регулярное академическое назначение Швингера состоялось 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. Оказывал теоретическую поддержку развитию радиолокации . После войны Швингер покинул Purdue и перешел в Гарвардский университет , где преподавал с 1945 по 1974 год. В 1966 году он стал профессором физики Юджина Хиггинса в Гарварде.

Швингер развил близость к функциям Грина в результате своих радиолокационных работ и использовал эти методы для формулировки квантовой теории поля в терминах локальных функций Грина релятивистски-инвариантным способом. Это позволило ему однозначно вычислить первые поправки к магнитному моменту электрона в квантовой электродинамике. Более ранние нековариантные работы привели к бесконечным ответам, но дополнительная симметрия в его методах позволила Швингеру изолировать правильные конечные поправки.

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

В ту же эпоху он ввел непертурбативные методы в квантовую теорию поля, рассчитав скорость, с которой пары электрон - позитрон создаются путем туннелирования в электрическом поле, процесс, теперь известный как «эффект Швингера». Этот эффект нельзя было наблюдать ни в каком конечном порядке теории возмущений.

Фундаментальная работа Швингера по квантовой теории поля создала современную структуру полевых корреляционных функций 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 элегантные доказательства теоремы о спин-статистике и теоремы CPT и отметил, что полевая алгебра привела к аномальным слагаемым Швингера в различных классических тождествах из-за особенностей на малых расстояниях. Это были основополагающие результаты в теории поля, необходимые для правильного понимания аномалий .

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

Швингер обнаружил, что нейтрино бывают нескольких разновидностей: одно для электрона , а другое для мюона . В настоящее время известно о трех легких нейтрино; третий — партнер тау-лептона .

В 1960-х годах Швингер сформулировал и проанализировал то, что сейчас известно как модель Швингера , квантовая электродинамика в одном пространстве и одном временном измерении, первый пример ограничивающей теории . Он также был первым, кто предложил электрослабую калибровочную теорию. $SU(2)$ группа датчиков самопроизвольно разбивается на электромагнитную $U(1)$ на больших дистанциях. расширил это Его ученик Шелдон Глэшоу до общепринятой модели электрослабого объединения. Он попытался сформулировать теорию квантовой электродинамики с точечными магнитными монополями , программа, которая имела ограниченный успех, поскольку монополи сильно взаимодействуют, когда квант заряда мал.

Под руководством защитил 73 докторские диссертации. Швингер известен как один из самых плодовитых научных сотрудников 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, поскольку он всегда проводил независимые исследования, отличные от мейнстрима моды. В частности, Швингер разработал теорию источников , феноменологическая теория физики элементарных частиц, предшественница современной эффективной теории поля . Он рассматривает квантовые поля как явления на больших расстояниях и использует вспомогательные «источники», напоминающие токи в классических теориях поля. Теория источника представляет собой математически последовательную теорию поля с четко полученными феноменологическими результатами. Критика со стороны его коллег из Гарварда заставила Швингера покинуть факультет в 1972 году и переехать в Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе . Широко распространена история о том, что Стивен Вайнберг , унаследовавший обшитый панелями кабинет Швингера в лаборатории Лаймана , нашел там пару старых ботинок с подразумеваемой надписью: «Думаешь, ты сможешь их заполнить?» Основываясь на теории источников Швингера, Вайнберг заложил основы эффективной теории поля, которая больше ценится среди физиков. Несмотря на инцидент с обувью, Вайнберг отдал должное Швингеру за вдохновение.

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 статей. Он ушел из Американского физического общества после отказа опубликовать его статьи. Он считал, что исследования холодного синтеза подавляются и нарушаются академические свободы. Он писал: «Давление в пользу соответствия огромно. Я испытал это, когда редакторы отклоняли представленные статьи на основании ядовитой критики анонимных рецензентов. Замена беспристрастного рецензирования цензурой будет смертью науки».

В своих последних публикациях Швингер предложил теорию сонолюминесценции как квантового радиационного явления на больших расстояниях, связанного не с атомами, а с быстродвижущимися поверхностями в коллапсирующем пузыре, где имеются разрывы диэлектрической проницаемости. Механизм сонолюминесценции , который теперь подтверждается экспериментами, фокусируется на перегретом газе внутри пузыря как на источнике света.

Швингер был удостоен Нобелевской премии по физике в 1965 году за свою работу по квантовой электродинамике (КЭД) вместе с Ричардом Фейнманом и Шиничиро Томонагой . Награды и почести Швингера были многочисленными еще до его Нобелевской премии. Среди них первая премия Альберта Эйнштейна США (1951 г.), Национальная медаль науки (1964 г.), почетный доктор наук. США «Природа света» степени Университета Пердью (1961 г.) и Гарвардского университета (1962 г.), а также премию Национальной академии наук (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 формальным и предпочитал символические манипуляции в квантовой теории поля . Он работал с операторами локальных полей, находил связи между ними и чувствовал, что физики должны понимать алгебру локальных полей, какой бы парадоксальной она ни была. Напротив, Фейнман был более интуитивным, полагая, что физику можно полностью извлечь из диаграмм Фейнмана , которые дают картину частиц. Швингер так прокомментировал диаграммы Фейнмана:

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

Швингеру не нравились диаграммы Фейнмана, потому что он чувствовал, что они заставляют студента сосредоточиться на частицах и забыть о локальных полях, что, по его мнению, затрудняет понимание. Он дошел до того, что вообще исключил их из своего класса, хотя прекрасно их понимал. Однако истинная разница глубже, и она была выражена Швингером в следующем отрывке:

В конце концов, эти идеи привели к лагранжевой формулировке квантовой механики, или формулировке действия, появившейся в двух различных, но связанных между собой формах, которые я различаю как дифференциальную и интегральную . Последняя, ​​возглавляемая Фейнманом, широко освещалась в прессе, но я продолжаю верить, что дифференциальная точка зрения является более общей, более элегантной и более полезной.

Несмотря на то, что Швингер и Фейнман получили Нобелевскую премию, у них был разный подход к квантовой электродинамике и к квантовой теории поля в целом. Фейнман использовал регулятор , а Швингер смог формально перенормировать его до одного контура 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 ожидать каждого, кто осмелится следовать за ритмом 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 ; ${\frac {\alpha }{2\pi }}$, где $\alpha$ — постоянная тонкой структуры , выгравированная над его именем на его надгробии. Эти символы относятся к его расчету поправки («аномальной») к магнитному моменту электрона .

См. также

• Список вещей, названных в честь Джулиана Швингера
• Список еврейских нобелевских лауреатов
• Список учебников по электромагнетизму

Избранные публикации

Книги

• Милтон К.А., Квантовое наследие: основополагающие статьи Джулиана Швингера , World Scientific, 2000.
• Милтон К.А., Швингер Дж. Классическая электродинамика , 2-е изд., Тейлор и Фрэнсис, 2024 г.
• Милтон К.А., Швингер Дж. Электромагнитное излучение: вариационные методы, волноводы и ускорители , Springer, 2006.
• Швингер Дж. Наследие Эйнштейна: единство пространства и времени , Дувр, 2002.
• Швингер Дж. Частицы, источники и поля , 3 тома, CRC, 2018.
• Швингер Дж. Квантовая кинематика и динамика , Westview, 2000.
• Швингер Дж. Квантовая механика: символика атомных измерений , Springer, 2001.
• Швингер Дж., Саксон Д.С., Разрывы в волноводах , Гордон и Брич, 1968.

Статьи

• Джулиан Швингер (февраль 1948 г.). «О квантовой электродинамике и магнитном моменте электрона» . Физический обзор . 73 (4): 416–417. Бибкод : 1948PhRv...73..416S . дои : 10.1103/PHYSREV.73.416 . ISSN   0031-899X . Збл   0035.13102 . Викиданные   Q21709238 .
• Джулиан Швингер (15 ноября 1948 г.). «Квантовая электродинамика. I. Ковариантная формулировка». Физический обзор . 74 (10): 1439–1461. Бибкод : 1948PhRv...74.1439S . дои : 10.1103/PHYSREV.74.1439 . ISSN   0031-899X . Збл   0032.09404 . Викиданные   Q27346842 .
• Джулиан Швингер (15 февраля 1949 г.). «Квантовая электродинамика. II. Поляризация вакуума и собственная энергия». Физический обзор . 75 (4): 651–679. Бибкод : 1949PhRv...75..651S . дои : 10.1103/PHYSREV.75.651 . ISSN   0031-899X . Збл   0033.23406 . Викиданные   Q56021118 .
• Джулиан Швингер (15 сентября 1949 г.). «Квантовая электродинамика. III. Электромагнитные свойства электрона - радиационные поправки к рассеянию». Физический обзор . 76 (6): 790–817. Бибкод : 1949PhRv...76..790S . дои : 10.1103/PHYSREV.76.790 . ISSN   0031-899X . Збл   0035.13201 . Викиданные   Q56021119 .
• Фешбах Х., Швингер Дж. и Дж. Харр. «Эффект тензорного диапазона в ядерных задачах двух тел» , Вычислительная лаборатория Гарвардского университета , Министерство энергетики США (через предшествовавшее агентство — Комиссию по атомной энергии ) (ноябрь 1949 г.).
• Джулиан Швингер (июнь 1951 г.). «О калибровочной инвариантности и поляризации вакуума». Физический обзор . 82 (5): 664–679. Бибкод : 1951PhRv...82..664S . дои : 10.1103/PHYSREV.82.664 . ISSN   0031-899X . Збл   0043.42201 . Викиданные   Q21709192 .
• Швингер, Дж. «Об угловом моменте» , Гарвардский университет , Nuclear Development Associates, Inc., Министерство энергетики США (через предшествовавшее агентство – Комиссию по атомной энергии ) (26 января 1952 г.).
• Швингер, Дж. «Теория квантованных полей. II» , Гарвардский университет , Министерство энергетики США (через предшествовавшее агентство — Комиссию по атомной энергии ) (1951).
• Швингер, Дж. «Теория квантованных полей. Часть 3» , Гарвардский университет , Министерство энергетики США (через предшествовавшее агентство — Комиссию по атомной энергии ) (май 1953 г.).

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 . Бибкод : 2007PhP.....9...70M . дои : 10.1007/s00016-007-0326-6 . S2CID   684471 . Пересмотренная версия опубликована как (2007 г.) «Джулиан Швингер: от ядерной физики и квантовой электродинамики к теории источников и за ее пределами», Physics in Perspective 9 : 70–114.
• Швебер, Сильван С. (1994). QED и люди, которые это сделали: 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 , серия World Scientific по физике 20-го века, том. 26, World Scientific, Bibcode : 2000qlsp.book.....K , ISBN  978-981-02-4006-6

Внешние ссылки

• Джулиан Швингер на Nobelprize.org включая Нобелевскую лекцию 11 декабря 1965 г. Релятивистская квантовая теория поля
• О'Коннор, Джон Дж.; Робертсон, Эдмунд Ф. , «Джулиан Швингер» , Архив истории математики MacTutor , Университет Сент-Эндрюс