Жордж Чаплин: Кванттық гравитация және қара саңыраулар туралы зерттеулер

Кіріспе

Американдық теориялық физик Джордж Фредерик Чаплин (George Frederick Chapline Jr.) (6 мамыр 1942 жылы туған) – американдық теориялық физик, қазіргі кезде Лоуренс Ливермор ұлттық зертханасында қызмет етеді. Оның соңғы зерттеу қызығушылықтары кванттық ақпарат теориясы, конденсирленген заттар физикасы және кванттық гравитация салаларын қамтиды. 2003 жылы ол кванттық механика мен Гельмгольц машиналары арасындағы ұқсастыққа негізделген кванттық механиканың жаңа түсіндірмесі үшін Есептеу алдын ала жүйелері сыйлығымен марапатталды. 1982 жылы АҚШ Энергетика министрлігі оған алғаш рет жұмыс істейтін рентген лазерін жасаған команданы басқарғаны үшін Е. О. Лоуренс сыйлығын табыс етті.

Жұмыс

Конденсацияланған материя физикасы саласында Чаплин ең алдымен госсемерлік металл тұжырымдамасын қалыптастырушы ретінде танымал; яғни, Ферми бетіндегі күйлердің тығыздығы жұптасу корреляцияларының әсерінен төмендеген металл. Актинидтер мен жоғары температуралық суперөткізгіштер – госсемерлік металлдардың мысалдары. Чаплин Ник С. Мантонмен бірлесіп, супергравитация мен Янг-Миллз теорияларын біріктіретін классикалық теңдеулерді табу жөніндегі жұмыстарымен белгілі. Бұл теңдеулер суперструна теориясында маңызды рөл атқарады. Сонымен қатар, Чаплин 10 өлшемдегі суперструналар үшін аномалияны жою шартын E8 x E8 тобы қанағаттандыратынын және 24 өлшемді Лич торы гравитация мен элементарлық бөлшектер физикасын біріктіретін теориядағы маңызды рөл атқаратынын алғашқылардың бірі болып көрсетті. Чаплин, бәлкім, қара тесіктер туралы зерттеулерімен танымал, ол олардың Эйнштейннің жалпы салыстырмалылық теңдеулерінің шешімі ретінде сипатталуы мүмкін емес деп санайды. Өзінің және Пауль Мазурдың 2000-жылдардың басындағы кванттық-механикалық түсініктеріне сүйене отырып, ол қазір қара тесіктер деп есептелетін нысандардың іс жүзінде қара энергия жұлдыздары екенін ұсынды. Чаплин мен Мазур кванттық гравитациядағы жалғыз белгілі нақты нәтижеге жауапты: барлық айналатын кеңістік-уақыттар квантталған айналатын жолдардың массивінен құрастырылуы мүмкін. Бұл идея 1980 жылы Роберт Б. Лафлин мен Чаплиннің қара тесіктің беті суперфлюидтік вакуумның кванттық фазалық өтуін көрсететінін ұсынған тұжырымын қамтиды. Чаплин-Лафлин теориясы үлкен вакуумдық энергияға ие кеңістік-уақыттардың қара энергия жұлдыздарының пайда болуына тұрақсыз екенін болжайды; ерте ғаламда бұл қара материя мен галактикалардың қалыптасуына әкелген метрикалық флуктуацияларға табиғи түсіндірме береді. Чаплин-Лафлин теориясының таңғажайып астрофизикалық болжамы – қара энергия жұлдыздары позитрондардың өнімді көзі болуы керек, себебі ядролар қара энергия жұлдызының бетімен кездескенде ыдырайды. Бұл қара тесік беттерінің жаңа теориясының тағы бір ерекше болжамы – бастапқы қара тесіктердің массалық спектрінде 0,1 күн массасына жуық төменгі шек болуы керек, оны жердегі үлкен телескоптармен бірге жұмыс істейтін Роман ғарыш телескопымен байқауға болады. Чаплиннің кванттық гравитацияға деген қызығушылығы оның жасөспірім кезінде Ричард Фейнманға гравитациялық өрісте кванттық таралу мәселесі туралы хат жазған сәттен басталады. Кванттық механиканың өзіндік жергілікті еместігіне және эквиваленттік принципінің жергіліктілігіне байланысты кванттық механика мен жалпы салыстырмалылық арасында әлі шешілмеген керіспір бар. Фейнман хатына жауап ретінде 15 жасар Чаплинді Калтехте түскі асқа шақырды. Чаплин мен Фейнман келесі жылдары физика туралы жиі әңгімелесті, әсіресе ол Калтехте аспирантурада оқыған кезде (суретке қараңыз). Фейнман Чаплинге UC Санта-Крузда профессор ассистенті қызметіне орналасуына көмектескен деген аңыз бар. Чаплин сонымен қатар кванттық механика және Байес тұжырымдамасы бойынша жұмыстарымен де танымал. 2004 жылы Льеж университетінен алған "Есептеуші болжамдылық" сыйлығына негіде болған идеялар оның 2023 жылы World Scientific баспасынан шыққан "Кванттық механика және Байес машиналарын" атты кітабында сипатталған. Чаплин 1961 жылы UCLA-да математикадан бакалавр дәрежесін алды. Ол 1959 жылы UCLA Putnam Competition командасының құрамында болды, ол ұлттық деңгейде 3-орынды иеленді. 1967 жылы Калифорния технология институтында физика ғылымдарының докторы ғылымын қорғады.

In the field of condensed matter physics Chapline is best known as the originator of the concept of a gossamer metal; i. e. a metal where the density of states at the Fermi surface is depressed because of pairing correlations. Both the actinides and high Tc superconductors are examples of gossamer metals. Chapline is known for his work with Nick S. Manton on finding the classical equations which unify supergravity and Yang–Mills gauge theories. These equations play an important role in superstring theory. Chapline was also the first person to point out that the anomaly cancellation condition for superstrings in 10 dimensions could be satisfied by E8 x E8, and the first person to suggest that the 24 dimensional Leech lattice might play a central role in a theory unifying gravity and elementary particle physics. Chapline is perhaps best known for his research on black holes, proposing that they cannot be described as solutions of Einstein’s general relativity equations. Drawing upon quantum mechanical insights of himself and Pawel Mazur from the early 2000s, he proposed that objects currently thought to be black holes are actually dark energy stars. Chapline and Mazur are also responsible for the only known exact result in quantum gravity; namely all rotating space times can be constructed from an array of quantized spinning strings. This idea incorporates the 1980 proposal by Robert B. Laughlin and Chapline that the surface of a black hole actually represents a quantum critical transition of a superfluid vacuum. The Chapline–Laughlin theory predicts that space times with a large vacuum energy are unstable to the formation of dark energy stars; in the context of the early universe, this provides a natural explanation for both dark matter and the metric fluctuations which led to the formation of galaxies. A remarkable astrophysical prediction of the Chapline–Laughlin theory is that dark energy stars should be prolific sources of positrons because nucleons decay when they encounter the surface of a dark energy star. A remarkable prediction of this new theory of black hole surfaces is that the mass spectrum of primordial black holes should have a low mass cutfoff near 0.1 solar masses, which ought to be observable with the Roman space telescope operating together with large ground based telescopes. Chapline's interest in quantum gravity dates from the time when as a teenager he wrote Richard Feynman a letter about the problem of quantum propagation in a gravitational field. Because quantum mechanics is intrinsically non local while the equivalence principle is local there is a tension between quantum mechanics and general relativity that has not yet been resolved. As a result of his letter Feynman invited the 15 year old Chapline to have lunch at Caltech. Chapline and Feynman talked often about physics in the following years, particularly when he was a graduate student at Caltech (see photo). Feynman reportedly helped Chapline get his first job, as an assistant professor at UC Santa Cruz. Chapline is also well known for his work on quantum mechanics and Bayesian inference. The ideas which led to his Computing Anticipatory award from the U Liege in 2004 are described in his book “Quantum Mechanics and Bayesian Machines” published by World Scientific in 2023. Chapline earned a B. A. in mathematics at UCLA in 1961. He was a member of the 1959 UCLA Putnam Competition team which scored 3rd in the nation. He earned a PhD in physics from Caltech in 1967.