Кіріспе
Американдық теориялық физик (1918–1994)
Джулиан Сеймур Швингер (/ʃ//w//ɪ//ŋ//ər/; 12 ақпан 1918 – 16 шілде 1994) – Нобель сыйлығын жеңіп алған американдық теориялық физик. Ол кванттық электродинамика (QED) саласындағы еңбектерімен, әсіресе релятивистік түрде өзгермейтін бұзылыстар теориясын жасауымен және QED-ді бір циклдық деңгейде нормализациялауымен танымал. Швингер бірнеше университеттерде физика профессоры болып жұмыс істеген. Швингер ХХ ғасырдың ең көрнекті физиктерінің бірі ретінде танылады, ол қазіргі кванттық өрістер теориясының көп бөлігін, соның ішінде вариациялық тәсілді және кванттық өрістердің қозғалыс теңдеулерін жасауға үлкен үлес қосты. Ол алғашқы электроәлсіз модельді және 1+1 өлшемдегі конфайнменттің алғашқы мысалын жасады. Ол көптеген нейтринолар теориясы, Швингер мүшелері және спин 3/2 өрісі теориясын жасауға жауапты.
Ерте өмір және мансап
Джулиан Сеймур Швингер Нью-Йорк қаласында, Ашкеназдық еврейлер Белл (туған есімі Розенфельд) мен Бенджамин Швингердің отбасында дүниеге келді. Оның әкесі де, анасының ата-анасы да өркендеген киім өндірушілер болған, бірақ 1929 жылғы Уолл-стрит құлауынан кейін отбасылық бизнес төмендеді. Отбасы православиелік еврей дәстүрін сақтады. Джулианның ағасы Гарольд Швингер 1911 жылы, Джулианнан жеті жыл бұрын дүниеге келді, ал Джулиан 1918 жылы туды. Швингер өте қабілетті оқушы болды. Ол 1932-1934 жылдары Таунсенд Харрис орта мектебінде оқыды, сол кезде ол дарынды студенттерге арналған беделді мектеп саналды. Орта мектепте оқыған кезінде Джулиан Нью-Йорк қалалық колледжінің кітапханасында Пол Дирак сияқты авторлардың "Physical Review" мақалаларын оқи бастады, сол кезде Таунсенд Харрис осы колледждің кампусында орналасқан еді. 1934 жылдың күзінде Швингер Нью-Йорк қалалық колледжіне бакалавр ретінде түсті. CCNY сол кезде барлық Таунсенд Харрис түлектерін автоматты түрде қабылдады, және екі оқу орны да тегін білім беру мүмкіндігін ұсынды. Физика мен математикаға деген қызығушылығының арқасында Джулиан сабақтарды жиі жіберіп алып, тікелей кітаптардан білім алғанына қарамастан, бұл пәндерде өте жақсы нәтижелер көрсетті. Алайда, ағылшын тілі сияқты басқа пәндерге қызығушылық танытпауы осы пәндердің мұғалімдерімен академиялық келіспеушіліктерге әкелді. Джулиан CCNY-ге түскеннен кейін, оның ағасы Гарольд, бұрын CCNY-ді бітірген, өзінің бұрынғы сыныптасы Ллойд Моцтен Джулианды "таныстыруын" сұрады. Ллойд CCNY-де физика пәнін оқытушысы және сол кезде Колумбия университетінде докторлық диссертациясын қорғап жүрген студент болды. Ллойд Джулианмен танысып, оның талантын тез арада мойындады. Швингердің оқудағы қиындықтарын байқаған Ллойд Колумбияда танысқан Исидор Исаак Рабиден көмек сұрауға шешім қабылдады. Раби де Джулианмен алғашқы кездесуінде оның қабілеттерін бірден мойындады, содан кейін Джулианға Колумбияда оқуға стипендия беру туралы келісімге келді. Бастапқыда Джулианның CCNY-дегі кейбір пәндердегі нашар бағалары стипендия алуға кедергі келтірді. Бірақ Раби табандылық танытып, Нью-Йорк арқылы өтіп бара жатқан Ханс Бетеге Швингердің кванттық электродинамика бойынша жарияланбаған жұмысын көрсетті. Бетенің жұмысты мақұлдауы және оның осы саладағы беделі Джулианға стипендия алуға жеткілікті болды, ол кейін Колумбияға ауысты. Оның Колумбиядағы академиялық жағдайы CCNY-ге қарағанда жақсырақ болды. Ол Фи-Бета-Каппа қоғамына қабылданды және 1936 жылы "B" дәрежесін алды. Швингердің аспирантура кезінде Раби Джулианның елдегі басқа да оқу орындарына баруына ыңғайлы болар деп ойлады, содан кейін Джулиан 37/38 оқу жылына Грегори Брайт пен Эуген Вигнермен жұмыс істеу үшін саяхаттау стипендиясын алды. Осы уақыт ішінде бұрын кешке дейін жұмыс істеуге дағдыланған Швингер одан әрі барып, күндізгі-түнгі режимді толығымен өзгертіп, түнде жұмыс істеп, күндіз ұйықтады, бұл әдеті оның бүкіл өмірі бойы сақталды. Швингер кейіннен бұл өзгерістің мақсаты – зияткерлік тәуелсіздігін сақтап, Брайт пен Вигнердің "әсерінен" құтылу, олармен жұмыс істеу уақытын қысқарту болғанын айтты. Швингер 1939 жылы 21 жасында Рабидің жетекшілігімен докторлық диссертациясын қорғады. 1939 жылдың күзінде Швингер Дж. Роберт Оппенгеймердің басшылығымен Калифорния университетінде (Беркли) жұмыс істей бастады, онда ол екі жыл бойы NRC стипендиаты ретінде қалды.
Мансап
Оппенгеймермен жұмыс істегеннен кейін Швингердің алғашқы тұрақты академиялық қызметі 1941 жылы Пурдью университетінде болды. Пурдьюдан демалысқа шыққанда, ол Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде Лос-Аламос Ұлттық зертханасының орнына MIT радиациялық зертханасында жұмыс істеді. Ол радарды дамытуға теориялық қолдау көрсетті. Соғыстан кейін Швингер Пурдьюден Гарвард университетіне кетті, онда 1945 жылдан 1974 жылға дейін оқытумен айналысты. 1966 жылы Гарвард университетінде физика профессоры, Юджин Хиггинс атындағы профессор болды. Швингер радарлық жұмысынан Грин функцияларына қызығушылық танытты және осы әдістерді кванттық өріс теориясын жергілікті Грин функциялары арқылы релятивистік инвариантты түрде тұжырымдау үшін пайдаланды. Бұл оған кванттық электродинамикадағы электронның магниттік моментіне алғашқы түзетулерді нақты есептеуге мүмкіндік берді. Бұрынғы ковариант емес жұмыстар шексіз жауаптарға келген, бірақ оның әдістеріндегі қосымша симметрия Швингерге дұрыс шекті түзетулерді анықтауға мүмкіндік берді. Швингер қайта нормалауды дамытып, кванттық электродинамиканы бір циклдық деңгейде нақты тұжырымдады. Сол кезеңде ол кванттық өріс теориясына электрондар мен позитрондардың электр өрісінде туннельдеу арқылы пайда болатын жылдамдығын есептеу арқылы, қазір "Швингер эффектісі" деп аталатын процеске қатысты бұрынғы есептеулерді енгізді. Бұл эффектті кез келген шекті реттегі perturbation теориясында көру мүмкін емес еді. Швингердің кванттық өріс теориясы бойынша негізгі жұмысы өріс корреляциялық функциялары мен олардың қозғалыс теңдеулерінің қазіргі заманғы жүйесін құрастырды. Оның тәсілі кванттық әрекеттен басталып, алғаш рет бозон мен фермионды тең қарауға мүмкіндік берді, Grassman интеграциясының дифференциалдық түрін қолдана отырып. Ол спин статистикасы теоремасы мен CPT теоремасы үшін нақты дәлелдер келтірді және өріс алгебрасы әртүрлі классикалық сәйкестіктердегі аномальды Швингер мүшелеріне, қысқа қашықтықтағы ерекшеліктерге байланысты әкелетінін атап өтті. Бұл өріс теориясының негізгі нәтижелері болды, аномалияларды дұрыс түсіну үшін маңызды. Басқа да маңызды ерте жұмыста Рарита мен Швингер спин 3/2 өрісінің абстрактілі Паули және Фиерц теориясын Дирак спинерлерінің векторы ретінде нақты формада жасады, Рарита-Швингер теңдеуі. Спин 3/2 өрісінің өзара әрекеттесуі үшін суперсимметрияның кейбір түрі қажет, ал Швингер кейіннен суперсимметрияны табу үшін осы жұмысты жеткілікті дамытпағаны үшін өкінді. Швингер нейтриноның бірнеше түрлерін, біреуін электрон үшін, екіншісін мюон үшін ашты. Қазіргі кезде үш жеңіл нейтрино бар екені белгілі; үшіншісі тау-лептонның серігі. 1960 жылдары Швингер қазіргі Швингер моделі деп аталатын кванттық электродинамиканы бір кеңістікте және бір уақыт өлшемінде тұжырымдап, талдады, бұл шектеулі теорияның алғашқы мысалы. Ол сондай-ақ электр әлсіз гаузер теориясын ұсынған алғашқы адам болды, гаузер тобы ұзақ қашықтықта электромагниттікке өздігінен бұзылады. Бұл оның шәкірті Шелдон Глашшоумен электр әлсіз бірігудің қабылданған үлгісіне дейін кеңейтілді. Ол нүктелік магниттік монопольдер арқылы кванттық электродинамика теориясын жасауға тырысты, бұл бағдарлама шектеулі табысқа жетті, өйткені заряд кванты кішкентай болған кезде монопольдер күшті өзара әрекеттеседі. 73 докторлық диссертацияны басқарып, Швингер физика саласындағы ең өнімді аспирант кеңесшілерінің бірі ретінде танымал. Оның төрт шәкірті Нобель сыйлығын жеңіп алды: Рой Глаубер, Бенджамин Рой Моттельсон, Шелдон Глашшоу және Уолтер Кон (химия бойынша). Швингердің әріптестерімен арақатынасы күрделі болды, өйткені ол әрқашан тәуелсіз зерттеулерді жүргізді, ол бағыттық ағымнан ерекшеленді. Атап айтқанда, Швингер элементар бөлшектер физикасы үшін феноменологиялық теорияны, қазіргі заманғы тиімді өріс теориясының алғысы болып табылатын көз теориясын дамытты. Ол кванттық өрістерді алыс қашықтықтағы құбылыстар ретінде қарастырады және классикалық өріс теорияларындағы токтарға ұқсас көмекші "көздерді" қолданады. Көз теориясы - нақты алынған феноменологиялық нәтижелерге ие математикалық түрде дәйекті өріс теориясы. Гарвардтық әріптестерінің сын-пікірлері Швингерді 1972 жылы UCLA факультетінен кетуге мәжбүр етті. Көпшілікке белгілі болғандай, Стивен Вайнберг Лайман зертханасындағы Швингердің кеңсесін мұра еткен, ол жерден "Сендер осыларды толтыра аласыңдар ма?" деген хабармен бірге ескі аяқ киімді тапты. Швингердің көз теориясына негізделген Вайнберг тиімді өріс теориясының негізін қалады, ол физиктер арасында көбірек бағаланады. Аяқ киім оқиғасына қарамастан, Вайнберг Швингерге шабыттанғаны үшін алғыс айтты. UCLA-да және өмірінің соңына дейін Швингер көз теориясын және оның әртүрлі қолдануларын дамытуды жалғастырды. 1989 жылдан кейін Швингер балама емес зерттеулерге, салқын ядролық синтезге қызығушылық танытты. Ол осы тақырыпта сегіз теориялық мақала жазды. Ол өз мақалаларын жариялаудан бас тартқандықтан Американ физикалық қоғамынан кетті. Ол салқын ядролық синтез зерттеулерінің басылып қалғанын және академиялық бостандық бұзылғанын сезінді. Ол былай деп жазды: "Бірлікке қысым өте зор. Мен редакторлардың ұсынған мақалаларын қабылдамауында, анонимді рецензенттердің жаулы сын-пікірлерінде оны сезіндім. Бәйсіз қарастыруды цензурамен алмастыру ғылымның өліміне әкеледі." Соңғы жарияланымдарында Швингер сонолюминесценция теориясын ұзақ қашықтықтағы кванттық радиациялық құбылыс ретінде ұсынды, ол атомдармен емес, күшіктеп жатқан көпіршіктегі жылдам қозғалатын беттермен байланысты, онда диэлектрлік тұрақтылықтағы үздіксіздер бар. Қазіргі эксперименттермен қолдау көрсетілген сонолюминесценция механизмі көпіршік ішіндегі қыздырылған газды жарық көзі ретінде қарастырады. Швингер 1965 жылы кванттық электродинамика (QED) бойынша жұмысы үшін Ричард Фейнманмен және Синичиро Томонағамен бірге физика бойынша Нобель сыйлығымен марапатталды. Швингердің сыйлықтары мен құрметтері Нобель сыйлығын алғанға дейін де көп болды. Оларға алғашқы Альберт Эйнштейн сыйлығы (1951), АҚШ Ұлттық ғылым медалі (1964), Пурдью университетінен (1961) және Гарвард университетінен (1962) құрметті ғылым докторлары, сондай-ақ АҚШ Ұлттық ғылым академиясының Жарық табиғаты сыйлығы (1949) кіреді. 1987 жылы Швингер Американ жетістіктері академиясының Алтын табақ сыйлығын алды.
Швингер мен Фейнман
Белгілі физик ретінде Швингерді өз буынының тағы бір көрнекті физигі Ричард Фейнманмен салыстырған. Швингер формальдылыққа көбірек бейімді болды және кванттық өріс теориясындағы символдық түрлендірулерді ұнатты. Ол жергілікті өріс операторларымен жұмыс істеді, олардың арасындағы байланыстарды тапты және физиктер жергілікті өрістердің алгебрасын түсінуі керек деп ойлады, ол қаншалықты парадоксалды болса да. Ал Фейнман физиканы Фейнман диаграммаларынан толығымен алуға болатынына сенді, олар бөлшектердің суретін берді. Швингер Фейнман диаграммалары туралы былай деді:
Like the silicon chips of more recent years, the Feynman diagram was bringing computation to the masses. Schwinger disliked Feynman diagrams because he felt that they made the student focus on the particles and forget about local fields, which in his view inhibited understanding. He went so far as to ban them altogether from his class, although he understood them perfectly well. The true difference is however deeper, and it was expressed by Schwinger in the following passage,
Eventually, these ideas led to Lagrangian or action formulations of quantum mechanics, appearing in two distinct but related forms, which I distinguish as differential and integral. The latter, spearheaded by Feynman has had all the press coverage, but I continue to believe that the differential viewpoint is more general, more elegant, more useful. Despite sharing the Nobel Prize, Schwinger and Feynman had a different approach to quantum electrodynamics and to quantum field theory in general. Feynman used a regulator, while Schwinger was able to formally renormalize to one loop without an explicit regulator. Schwinger believed in the formalism of local fields, while Feynman had faith in the particle paths. They followed each other's work closely, and each respected the other. On Feynman's death, Schwinger described him as
An honest man, the outstanding intuitionist of our age, and a prime example of what may lie in store for anyone who dares to follow the beat of a different drum.
"Соңғы жылдардағы кремнийлі чиптер сияқты, Фейнман диаграммасы есептеуді көпшілікке жақын қылды. Швингерге Фейнман диаграммалары ұнамады, өйткені ол олардың студенттерді бөлшектерге назар аударуға және жергілікті өрістерді ұмытуға мәжбүр ететінін, бұл оның пікірінше түсінуге кедерілтіретінін сезінді. Ол тіпті оларды жақсы түсінгенімен, сыныптан толығымен шығарып тастады. Бірақ нағыз айырмашылық одан да тереңдеп жатыр, оны Швингер келесідей түсіндірді:
Like the silicon chips of more recent years, the Feynman diagram was bringing computation to the masses. Schwinger disliked Feynman diagrams because he felt that they made the student focus on the particles and forget about local fields, which in his view inhibited understanding. He went so far as to ban them altogether from his class, although he understood them perfectly well. The true difference is however deeper, and it was expressed by Schwinger in the following passage,
Eventually, these ideas led to Lagrangian or action formulations of quantum mechanics, appearing in two distinct but related forms, which I distinguish as differential and integral. The latter, spearheaded by Feynman has had all the press coverage, but I continue to believe that the differential viewpoint is more general, more elegant, more useful. Despite sharing the Nobel Prize, Schwinger and Feynman had a different approach to quantum electrodynamics and to quantum field theory in general. Feynman used a regulator, while Schwinger was able to formally renormalize to one loop without an explicit regulator. Schwinger believed in the formalism of local fields, while Feynman had faith in the particle paths. They followed each other's work closely, and each respected the other. On Feynman's death, Schwinger described him as
An honest man, the outstanding intuitionist of our age, and a prime example of what may lie in store for anyone who dares to follow the beat of a different drum.
Соңында, бұл идеялар кванттық механиканың Лагранждық немесе әрекеттік формулаларына әкелді, олар екі ерекше, бірақ байланысты формада пайда болды, мен оларды дифференциалдық және интегралдық деп ажыратамын. Соңғысы, Фейнманның бастамасымен, көп талқыланды, бірақ мен дифференциалдық көзқарас жалпылама, әдемі және пайдалы деп санаймын. Нобель сыйлығын бөліскеніне қарамастан, Швингер мен Фейнман кванттық электродинамикаға және жалпы кванттық өріс теориясына әртүрлі көзқарас танытты. Фейнман реттегіш пайдаланды, ал Швингер бір циклға формальды түрде реттеуге реттегішсіз қол жеткізе алды. Швингер жергілікті өрістердің формализміне сенді, ал Фейнман бөлшектердің траекториясына сенді. Олар бір-бірінің жұмысын жақыннан қадағалап, бір-бірін құрметтеді. Фейнманның қазасынан кейін Швингер оны адал адам, біздің заманымыздың ең көрнекті интуиционисі және басқа да үнге құлақ қоғайтын әркімді күтіп тұрған нәрсенің жарқын мысалы деп сипаттады.
Like the silicon chips of more recent years, the Feynman diagram was bringing computation to the masses. Schwinger disliked Feynman diagrams because he felt that they made the student focus on the particles and forget about local fields, which in his view inhibited understanding. He went so far as to ban them altogether from his class, although he understood them perfectly well. The true difference is however deeper, and it was expressed by Schwinger in the following passage,
Eventually, these ideas led to Lagrangian or action formulations of quantum mechanics, appearing in two distinct but related forms, which I distinguish as differential and integral. The latter, spearheaded by Feynman has had all the press coverage, but I continue to believe that the differential viewpoint is more general, more elegant, more useful. Despite sharing the Nobel Prize, Schwinger and Feynman had a different approach to quantum electrodynamics and to quantum field theory in general. Feynman used a regulator, while Schwinger was able to formally renormalize to one loop without an explicit regulator. Schwinger believed in the formalism of local fields, while Feynman had faith in the particle paths. They followed each other's work closely, and each respected the other. On Feynman's death, Schwinger described him as
An honest man, the outstanding intuitionist of our age, and a prime example of what may lie in store for anyone who dares to follow the beat of a different drum.
Өлім
Швингер қуырық безінің қатерінен қайтыс болды. Ол Маунт-Оберн қорымында жерленген; , мұндағы α – жақсы құрылым тұрақтысы, оның есімі қабір тасына ойылып жазылған. Бұл символдар оның электронның магниттік моментіне түзетуді ("аномальды") есептеуімен байланысты.