Карл Генри Бранс: Жизнь и вклад в теорию гравитации

Введение

Американский математический физик Карл Генри Бранс (произносится /b//r//æ//n//z/; родился 13 декабря 1935 года) — американский математический физик, наиболее известный своими исследованиями теоретических основ гравитации, изложенными в его наиболее известной работе — теории Бранса — Дикке.

Биография

Техасец, родившийся в Далласе, Карл Бранс провел свою академическую карьеру в соседней Луизиане, окончив в 1957 году Университет Лойолы в Новом Орлеане. Получив степень доктора философии в Принстонском университете в 1961 году, он вернулся в Лойолу в 1960 году и впоследствии стал именным профессором теоретической физики имени Дж. С. Картера. С тех пор он занимал должности приглашенного профессора в Принстонском университете, Институте перспективных исследований и Институте теоретической физики в Кельнском университете (Германия). Бранс хорошо известен среди исследователей гравитации и известен благодаря разработке, совместно с Робертом Х. Дикком, теории гравитации Бранса — Дикка, в которой гравитационная постоянная изменяется со временем, являясь одним из основных конкурентов теории общей относительности Альберта Эйнштейна. Работа Бранса и Дикка была тесно связана с более ранними работами Паскуаля Джордана, но была разработана независимо. Эта формулировка часто называется скалярно-тензорной теорией гравитации Джордана — Бранса — Дикка (JBD). В этой теории, основанной на предположениях Маха, Эддингтона, Дирака и других, в дополнение к метрике вводится универсально связанное скалярное поле, что приводит к теории, в которой гравитационная постоянная зависит от распределения материи во Вселенной. Ряд высокоточных измерений, проведенных в конце 1970-х годов, показал, что теория JBD не превосходит более простую стандартную общую теорию относительности Эйнштейна в контексте Солнечной системы. Однако развитие теории струн и инфляционной космологии возродило интерес к модификациям стандартной общей теории относительности с использованием скалярных полей, хотя и не в исходной форме JBD. В 1960-х и 1970-х годах Бранс разработал полную и эффективную инвариантную классификацию четырехмерных геометрий Риччи с нулевым кривизной, представляющую собой подход, следующий за работами Петрова, и разработал одни из первых компьютерных программ для символьных вычислений. Он обобщил эту работу с точки зрения комплексификации двухмерного расслоения над пространством-временем. Он также занимался вопросами, связанными с кажущимся круговым аргументом в доказательствах теоремы Белла, где скрытые переменные априори предполагаются не влияющими на настройки детекторов, тем самым отрицая причинность скрытых переменных с самого начала. Начиная с 1980-х годов, Бранс рассматривал определенные разработки в дифференциальной топологии, касающиеся существования экзотических (нестандартных) глобальных дифференциальных структур и их возможных применений в физике. Эта работа включает изучение экзотической 7-сферы Милнора как экзотического расслоения Янга — Миллса, и особенно бесконечности экзотических дифференциальных структур на евклидовом четырехпространстве (экзотический R4) в качестве альтернативных моделей пространства-времени в общей теории относительности. Большая часть этой работы была выполнена в сотрудничестве с Торстеном Ассельмайером Малугой из Берлина. В частности, они предположили, что экзотические структуры гладкости могут решить некоторые проблемы в космологии, такие как темная материя или темная энергия. Вместе они опубликовали книгу «Экзотическая гладкость и физика» в 2007 году.

A Texan, born in Dallas, Carl Brans spent his academic career in neighboring Louisiana, graduating in 1957 from Loyola University New Orleans. Having obtained his Ph. D. from Princeton University in 1961, he returned to Loyola in 1960 and later became the J. C. Carter Distinguished Professor of Theoretical Physics. Since then he has held visiting professorships at Princeton University, the Institute for Advanced Study, and the Institute for Theoretical Physics at the University of Cologne, Germany. Brans is well known among those engaged in the study of gravity and is noted for his development, with Robert H. Dicke of the Brans–Dicke theory of gravitation in which the gravitational constant varies with time, a leading competitor of Albert Einstein's theory of general relativity. The work of Brans and Dicke actually was closely related to earlier work of Pascual Jordan, but was developed independently. This formulation is often referred to as the Jordan–Brans–Dicke (JBD) scalar–tensor theory of gravity. In this theory, based on speculations of Mach, Eddington, Dirac and others, a universally coupled scalar field, in addition to the metric, is introduced which ultimately results in a theory in which the gravitational constant depends on the distribution of matter in the universe. A number of very accurate measurements made in the late 1970s has indicated that JBD fares no better than the simpler standard Einstein General Relativity, in the solar system context. However, developments in string theory and in inflationary cosmology have renewed interest in scalar field modifications of standard general relativity, although not in the original JBD form. In the 1960s and 1970s Brans developed a complete and effective invariant classification of four dimensional Ricci flat geometries, a type of post Petrov approach, developing very early computer programs for symbolic manipulations. He summarized this work in terms of the complexification of the two form fiber over space time. He also worked on certain questions related to the apparently circular argument in proofs of Bell's theorem in which the hidden variables are a priori assumed to not influence detector settings, denying hidden variable causality from the beginning. From the 1980s on, Brans has considered certain developments in differential topology concerning the existence of exotic (non standard) global differential structures and their possible applications to physics. This work includes looking at the exotic 7 sphere of Milnor as an exotic Yang–Mills bundle, and most especially the infinity of exotic differential structure on Euclidean four space (exotic R4) as alternative models for space time in general relativity. Much of this work has been done in collaboration with Torsten Asselmeyer Maluga of Berlin. In particular, they proposed that exotic smoothness structures can resolve some of the problems in cosmology like dark matter or dark energy. Together they published a book, Exotic Smoothness and Physics, in 2007.