Джордж Ф. Чаплин: Теоретические работы в квантовой гравитации и астрофизике.

Введение

Американский физик-теоретик Джордж Фредерик Чаплин-младший (родился 6 мая 1942 года) — американский физик-теоретик, работающий в Лоуренсовской национальной лаборатории Ливермора. В последнее время его основные интересы связаны с теорией квантовой информации, физикой конденсированного состояния и квантовой гравитацией. В 2003 году он получил награду Computing Anticipatory Systems за новую интерпретацию квантовой механики, основанную на сходстве квантовой механики и машин Гельмгольца. В 1982 году он был удостоен премии имени Э. О. Лоуренса от Министерства энергетики США за руководство командой, впервые создавшей рабочий рентгеновский лазер.

Работа

В области физики конденсированного вещества Чаплин наиболее известен как автор концепции «госсемерного металла», то есть металла, в котором плотность состояний на поверхности Ферми подавлена из-за парных корреляций. Актиниды и высокотемпературные сверхпроводники являются примерами госсемерных металлов. Чаплин известен своей работой совместно с Ником С. Мантоном над поиском классических уравнений, объединяющих теории супергравитации и калибровочных теорий Янга — Миллса. Эти уравнения играют важную роль в теории суперструн. Чаплин также первым указал на то, что условие отмены аномалий для суперструн в 10 измерениях может быть выполнено группой E8 × E8, и первым предположил, что 24-мерная решетка Лича может играть центральную роль в теории, объединяющей гравитацию и физику элементарных частиц. Чаплин, пожалуй, наиболее известен своими исследованиями чёрных дыр, предложив, что их нельзя описать как решения уравнений общей теории относительности Эйнштейна. Опираясь на квантовомеханические идеи, разработанные им самим и Паулем Мазуром в начале 2000-х годов, он предположил, что объекты, которые в настоящее время считаются чёрными дырами, на самом деле являются звёздами тёмной энергии. Чаплин и Мазур также ответственны за единственный известный точный результат в квантовой гравитации, а именно, все вращающиеся пространства-времена могут быть построены из массива квантованных вращающихся струн. Эта идея включает в себя предложение 1980 года Роберта Б. Лофлина и Чаплина о том, что поверхность чёрной дыры на самом деле представляет собой квантово-критический переход сверхтекучего вакуума. Теория Чаплина — Лофлина предсказывает, что пространства-времена с большой энергией вакуума нестабильны по отношению к образованию звёзд тёмной энергии; в контексте ранней Вселенной это даёт естественное объяснение как тёмной материи, так и метрическим флуктуациям, которые привели к образованию галактик. Замечательное астрофизическое предсказание теории Чаплина — Лофлина заключается в том, что звёзды тёмной энергии должны быть обильными источниками позитронов, поскольку нуклоны распадаются при столкновении с поверхностью звезды тёмной энергии. Замечательное предсказание этой новой теории поверхностей чёрных дыр заключается в том, что спектр масс первичных чёрных дыр должен иметь нижний предел массы около 0,1 солнечной массы, который должен быть наблюдаемым с помощью космического телескопа «Рим» в сочетании с крупными наземными телескопами. Интерес Чаплина к квантовой гравитации восходит к тому времени, когда он подростком написал Ричарду Фейнману письмо о проблеме квантового распространения в гравитационном поле. Поскольку квантовая механика по своей сути нелокальна, а принцип эквивалентности локален, между квантовой механикой и общей теорией относительности существует напряжённость, которая до сих пор не разрешена. В ответ на письмо Фейнман пригласил 15-летнего Чаплина на обед в Калтех. Чаплин и Фейнман часто обсуждали физику в последующие годы, особенно когда он был аспирантом в Калтеке (см. фото). По сообщениям, Фейнман помог Чаплину получить его первую работу — должность ассистент-профессора в Калифорнийском университете в Санта-Крусе. Чаплин также хорошо известен своей работой по квантовой механике и байесовскому выводу. Идеи, которые привели к его награде Computing Anticipatory от Университета Льежа в 2004 году, описаны в его книге «Квантовая механика и байесовские машины», опубликованной World Scientific в 2023 году. Чаплин получил степень бакалавра математики в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе в 1961 году. Он был членом команды Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе на соревновании Putnam Competition 1959 года, занявшей 3-е место в стране. Он получил докторскую степень по физике в Калифорнийском технологическом институте в 1967 году.

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.