Стивен Вайнберг: Американ физигі, Нобель жүлдесінің лауреаты

Кіріспе

Американдық теориялық физик (1933–2021)

Стивен Вайнберг (1933 жылғы 3 мамыр – 2021 жылғы 23 шілде) – американдық теориялық физик және физика саласындағы Нобель сыйлығының лауреаты. Ол Абдус Салам мен Шелдон Глашоумен бірлесе, элементар бөлшектер арасындағы әлсіз күш пен электромагниттік өзара әрекеттестікті біріктіруге қосқан үлесі үшін Нобель сыйлығын алды. Ол Остин қаласындағы Техас университетінің физика және астрономия кафедраларының мүшесі болды. Оның элементар бөлшектер және физикалық космология саласындағы зерттеулері көптеген сыйлықтармен және наградалармен марапатталды, соның ішінде 1979 жылғы физика бойынша Нобель сыйлығы және 1991 жылғы Ұлттық ғылым медалі. 2004 жылы ол Американдық философиялық қоғамның Бенджамин Франклин медалін алды, онда оның «көптеген адамдар қазіргі әлемдегі ең көрнекті теориялық физик деп санайды» делінді. Вайнберг АҚШ Ұлттық ғылым академиясының, Ұлыбритания Корольдік қоғамының, Америка философиялық қоғамының және Америка өнер мен ғылым академиясының мүшесі болып сайланды. Оның түрлі тақырыптардағы мақалалары «The New York Review of Books» және басқа да мерзімдік басылымдарда жарияланды. Ол АҚШ-тың қару-жарақ бақылау және қарусыздандыру агенттігінің консультанты, Техас философиялық қоғамының президенті, «Daedalus» журналының редакторлар кеңесінің, Конгресс кітапханасының ғалымдар кеңесінің, қорғаныс консультанттарынан тұратын «JASON» тобының және көптеген басқа кеңестер мен комитеттердің мүшесі болды.

Ерте өмір

Стивен Вайнберг 1933 жылы Нью-Йорк қаласында дүниеге келген. Оның ата-анасы еврей иммигранттары еді; әкесі Фредерик сот стенографы, ал анасы Ева (Израиль) үй шаруасымен айналысты. 16 жасында туысынан алған химия жинағы арқылы ғылымға қызығушылық танытып, Шелдон Глашowпен бірге бітірген. Вайнберг 1954 жылы Корнелл университетінен бакалавр дәрежесін алды. Ол Теллурид үйінде тұрды. Содан кейін ол Копенгагендегі Нильс Бор институтына аспирантураға түсіп, зерттеу жұмыстарын бастады. Бір жыл өткен соң Вайнберг Принстон университетіне көшіп, 1957 жылы физика ғылымдарының докторы дәрежесін алды, Сэм Трейманның жетекшілігімен "Жою процестеріндегі күшті өзара әрекеттесулердің рөлі" тақырыбында диссертациясын қорғады.

Мансап және зерттеу

Философиялық диссертациясын аяқтағаннан кейін, Вайнберг 1957–59 жылдары Колумбия университетінде және 1959 жылы Калифорния университетінде (Беркли) докторантурадан кейінгі зерттеуші болып жұмыс істеді, содан кейін Берклидегі профессорлық қызметке көтерілді (1960–66). Ол бөлшектер физикасының түрлі салаларында зерттеулер жүргізді, мысалы, кванттық өріс теориясының жоғары энергиядағы қасиеттері, симметрияның бұзылуы, пиондардың шашырауы, инфрақызыл фотондар және кванттық гравитация. Осы кезеңде ол өзінің «Кванттық өрістер теориясы» кітабының алғашқы тарауларында сипатталған кванттық өріс теориясына қатысты жаңа көзқарас қалыптастырды және «Гравитация және космология» оқулығын жазуға кірісті, себебі ғарыштық микротолқынды сәулеленудің табылуынан кейін жалпы салыстырмалылық теориясына қызығушылық танытты. Ол сондай-ақ Смитсониялық астрофизикалық обсерваторияның аға ғылыми қызметкері болып тағайындалды. Әлсіз өзара әрекеттесудің күш тасымалдаушыларының массасы спонтанды симметрияның бұзылуымен түсіндіріледі. Оның маңызды аспектілерінің бірі – Хиггс бозонының бар екендігін болжауы болды. Вайнбергтің моделі, қазір электрожұқ әлсіз бірігу теориясы деп аталады, 1961 жылы Глашоу ұсынғанмен ұқсас симметриялық құрылымға ие: екеуі де сол кездегі белгісіз әлсіз өзара әрекеттесу механизмін, лептондар арасындағы бейтарап ток ретінде белгілі және Z бозоны арқылы жүзеге асырылатынды қамтыды. 1973 жылы әлсіз бейтарап тоқтардың (осы Z бозоны арқылы) тәжірибелік түрде табылуы электрожұқ әлсіз бірігудің бір растамасы болды. Вайнбергтің осы теорияны ұсынған еңбегі – жоғары энергиялық физикадағы ең көп сілтеме жасалған жұмыстардың бірі. 1967 жылы әлсіз және электромагниттік өзара әрекеттесуді біріктіру жөніндегі маңызды жұмысынан кейін Вайнберг бөлшектер физикасының, кванттық өріс теориясының, гравитацияның, суперсимметрияның, суперструналардың және космологияның көптеген салаларындағы зерттеулерін жалғастырды. 1967 жылдан кейін көптеген ғалымдардың еңбегі арқасында элементар бөлшектер теориясының толық Стандартты моделі жасалды. Онда Вайнберг, Салам және Глашоудың жұмысымен біріктірілген әлсіз және электромагниттік өзара әрекеттесулер кварктар арасындағы күшті өзара әрекеттесулер теориясымен үйлесімді болды. 1973 жылы Вайнберг Стандартты модельдегі негізгі Хиггс бозонын қамтымайтын модельдің өзгертілген нұсқасын ұсынды. Сондай-ақ 1970 жылдары ол кейіннен техноцвет деп аталған теорияны ұсынды, онда жаңа күшті өзара әрекеттесулер иерархиялық мәселені шешеді. 1973 жылы Вайнберг Гарвард университетінде физика профессоры болып тағайындалды және 1983 жылға дейін осы қызметте болды. Бұл тәсіл кванттық гравитацияның тиімді теориясын, төмен энергиялы КҚД-ны, ауыр кварктардың тиімді өріс теориясын және басқа да жетістіктерді дамытуға мүмкіндік берді және қазіргі зерттеулерде үлкен қызығушылық тудыратын тақырып болып табылады. 1979 жылы, бейтарап тоқтардың тәжірибелік түрде табылуынан алты жыл өткен соң, яғни Z бозонының бар екендігін болжаудан кейін, бірақ 1978 жылы Z бозондарының электромагниттік өзара әрекеттесуімен араласуына байланысты теорияның болжамды паритеттік бұзу мөлшерінің тәжірибелік түрде табылуынан кейін, Вайнбергке спонтанды симметрияның бұзылуына негізделген электрожұқ әлсіз бірігу теориясын ұсынған Глашоу мен Саламмен бірге физика саласындағы Нобель сыйлығы берілді. Теориялық физик Питер Войт Вайнбергті «алпыстың соңынан сексеннің басына дейінгі кезеңдегі үлкен жетістіктерге толы теориялық бөлшектер физикасының ең басты тұлғасы» деп атады, оның электрожұқ әлсіз бірігуге қосқан үлесін «бүгінгі күні Стандартты модельдің ортасында, негізгі физиканы ең жақсы түсінуде» деп бағалады. Science News оны Мюррей Гелл-Манн және Ричард Фейнман сияқты теориялық физиктермен бірге сол дәуірдің жетекші физиктері деп атады, «Вайнберг өзінің әріптестері арасында физиканың және жалпы ғылымның ең құрметті тұлғаларының бірі болды» деп түсіндірді. Шон Кэрролл Вайнбергті «біздің ең үздік физиктеріміздің бірі, ұзақ және өнімді өмірінің барлық кезеңінде ерекше қызулық пен ойдың айқындығын көрсеткен ойшылдардың бірі» деп сипаттады, ал Джон Прескилл оны «біздің заманымыздың ең жетістікке жеткен ғалымдарының бірі және ғылыми көзқарастың ерекше шешен жақтасы» деп атады.

After completing his Ph. D., Weinberg worked as a postdoctoral researcher at Columbia University (1957–59) and University of California, Berkeley (1959) and then was promoted to faculty at Berkeley (1960–66). He did research in a variety of topics of particle physics, such as the high energy behavior of quantum field theory, symmetry breaking, pion scattering, infrared photons and quantum gravity. It was also during this time that he developed the approach to quantum field theory described in the first chapters of his book The Quantum Theory of Fields and started to write his textbook Gravitation and Cosmology, having taken up an interest in general relativity after the discovery of cosmic microwave background radiation. He was also appointed the senior scientist at the Smithsonian Astrophysical Observatory. with the masses of the force carriers of the weak part of the interaction being explained by spontaneous symmetry breaking. One of its fundamental aspects was the prediction of the existence of the Higgs boson. Weinberg's model, now known as the electroweak unification theory, had the same symmetry structure as that proposed by Glashow in 1961: both included the then unknown weak interaction mechanism between leptons, known as neutral current and mediated by the Z boson. The 1973 experimental discovery of weak neutral currents (mediated by this Z boson) was one verification of the electroweak unification. The paper by Weinberg in which he presented this theory is one of the most cited works ever in high energy physics. After his 1967 seminal work on the unification of weak and electromagnetic interactions, Weinberg continued his work in many aspects of particle physics, quantum field theory, gravity, supersymmetry, superstrings and cosmology. In the years after 1967, the full Standard Model of elementary particle theory was developed through the work of many contributors. In it, the weak and electromagnetic interactions already unified by the work of Weinberg, Salam and Glashow, are made consistent with a theory of the strong interactions between quarks, in one overarching theory. In 1973, Weinberg proposed a modification of the Standard Model that did not contain that model's fundamental Higgs boson. Also during the 1970s, he proposed a theory later known as technicolor, in which new strong interactions resolve the hierarchy problem. Weinberg became Eugene Higgins Professor of Physics at Harvard University in 1973, a post he held until 1983. This approach allowed the development of effective theory of quantum gravity, low energy QCD, heavy quark effective field theory and other developments, and is a topic of considerable interest in current research. In 1979, some six years after the experimental discovery of the neutral currents—i. e. the discovery of the inferred existence of the Z boson—but after the 1978 experimental discovery of the theory's predicted amount of parity violation due to Z bosons' mixing with electromagnetic interactions, Weinberg was awarded the Nobel Prize in physics with Glashow and Salam, who had independently proposed a theory of electroweak unification based on spontaneous symmetry breaking. The theoretical physicist Peter Woit called Weinberg "arguably the dominant figure in theoretical particle physics during its period of great success from the late sixties to the early eighties", calling his contribution to electroweak unification "to this day at the center of the Standard Model, our best understanding of fundamental physics". Science News named him along with fellow theorists Murray Gell Mann and Richard Feynman the leading physicists of the era, commenting, "Among his peers, Weinberg was one of the most respected figures in all of physics or perhaps all of science". Sean Carroll called Weinberg one of the “best physicists we had; one of the best thinkers of any variety” who “exhibited extraordinary verve and clarity of thought through the whole stretch of a long and productive life”, while John Preskill called him "one of the most accomplished scientists of our age, and a particularly eloquent spokesperson for the scientific worldview".

Басқа салымдар

Ғылыми зерттеулерінен өзге, Вайнберг ғылымды қоғамдық түрде қолдаушы болды, Конгресс алдында суперөткізгіш супер коллайдерді қолдап куәлік берді, «Нью-Йорк кітаптар шолуына» мақалалар жазды және ғылымның кең мағынасы туралы түрлі лекциялар оқыды. Оның көпшілікке арналған ғылым кітаптары ғылыми таныстырудың дәстүрлі әдістерін ғылымның тарихы мен философиясы және атеизм деп есептелетін мәселелермен үйлестіреді. Оның алғашқы ғылыми кітабы «Бірінші үш минут: Әлемнің пайда болуына қазіргі көзқарас» (1977) Әлемнің Ұлы Жарылыстан басталып, кеңейгенін сипаттап, оның кеңеюіне қатысты аргументтер келтірді. Физика пәнін оқытумен қатар, кейінгі жылдары ғылым тарихына қызығушылық танытты, бұл жұмыстары «Әлемді түсіндіру: Қазіргі ғылымның ашылуы» (2015) кітабында жемісті болды. Стивен Шапиннің «Уолл-стрит журналында» жариялаған сынды пікірі көптеген жауаптарға және Вайнбергтің өзінің жауабына себеп болды.

2016 жылы Вайнберг UT оқу залдарында жасырын қару ұстауға рұқсат беретін жаңа заңға қарсы шыққан профессорлар мен студенттердің белсенді басшысы болды. Ол өзінің сабақтарында қару-жараққа тыйым салатынын жариялады және егер сотқа шақырылса да, осы мәселеде университет ережелерін бұзу туралы шешімінен мойын бұрмайтынын айтты. Вайнберг зейнетке шықпады және өмірінің соңына дейін UT-да сабақ берді. Вайнбергтің қолжазбалары Техас университетінің Гарри Рэнсом орталығына тапсырылды.

Әлемге көзқарас

Вайнберг либералдық көзқарастағы адам ретінде танылды.

Дінге қатысты көзқарастар

Вайнберг атеист болған. Үлкен жарылыс теориясын қолдаушы болғанға дейін ол былай деген: "Тұрақты күй теориясы философиялық тұрғыдан ең тартымды, себебі ол Төрелік кітабында баяндалған оқиғаға ең аз ұқсайды."

Исраилге қатысты көзқарастар

Вайнберг Израильді қолдауымен белгілі болды, оны "либералды демократиялар мен мұсылман теократиялары арасындағы соғыстағы ең осал және көзге түсетін бөлік" деп сипаттады. Ол 1997 жылы осы тақырыпта "Сионизм және оның қарсыластары" атты мақала жазды.

Таңдалған жарияланымдар

Вайнбергтің жарияланымдарының тізімін arXiv және Scopus-та кездестіруге болады.

Халыққа танымал мақалалар

"Әлемді жобалаушы?" кітабы эволюция және космология теорияларына (мысалы, "ақылды жобалау" деп аталатын бағыттардағы сынға ұшырауларға) жауап ретінде жазылған. Ол 1999 жылғы сәуірде Вашингтонда өткен Америка ғылымды дамыту қауымдастығының "Ғарыштық жобалау" конференциясында сөйленген дәріске негізделген. "Көрікті теориялар" – Стивен Вайнбергтің 1992 жылы жарық көрген "Соңғы теорияның арманы" кітабынан алынған мақала. Бұл мақала физикалық теориялардағы әдемілік табиғатына арналған. "Үлкен ғылымның дағдарысы", 10 мамыр, 2012, "Нью-Йорк кітаптар шолуы". Вайнберг суперөткізгіш суперколайдер жобасының тоқтатылуын үлкен ұлттық және жаһандық әлеуметтік-экономикалық дағдарыс контекстінде қарастырады, оның ішінде ғылыми зерттеулерді қаржыландырудағы дағдарыс, сондай-ақ білім беру, денсаулық сақтау, көлік және байланыс инфрақұрылымын, қылмыстық әділет және құқық қорғау жүйесін жетілдірудегі мәселелер де бар.