Стивен Вайнберг: Жизнь и научное наследие

Введение

Стивен Вайнберг (англ. Steven Weinberg; 3 мая 1933 – 23 июля 2021) – американский физик-теоретик, лауреат Нобелевской премии по физике за вклад, совместно с Абдусом Саламом и Шелдоном Глашоу, в объединение слабого взаимодействия и электромагнитного взаимодействия между элементарными частицами. Он занимал должность профессора наук имени Хосеи Регента в Техасском университете в Остине, где был членом факультетов физики и астрономии. Его исследования в области элементарных частиц и физической космологии были отмечены многочисленными наградами и премиями, включая Нобелевскую премию по физике 1979 года и Национальную медаль науки 1991 года. В 2004 году он был удостоен медали Бенджамина Франклина Американского философского общества, где отмечалось, что он "многими считается выдающимся теоретическим физиком современности". Он был избран членом Национальной академии наук США, Королевского общества Великобритании, Американского философского общества и Американской академии искусств и наук. Статьи Вайнберга на различные темы периодически публиковались в The New York Review of Books и других периодических изданиях. Он был консультантом Агентства США по контролю над вооружениями и разоружению, президентом Философского общества Техаса и членом редакционного совета журнала Daedalus, Совета ученых Библиотеки Конгресса, группы консультантов по вопросам обороны JASON и многих других советов и комитетов.

Ранние годы

Стивен Вайнберг родился в 1933 году в Нью-Йорке. Его родители были еврейскими иммигрантами; его отец, Фредерик, работал стенографистом в суде, а его мать, Ева (Израиль), была домохозяйкой. Он увлекся наукой в 16 лет, получив в подарок от двоюродного брата набор для химических опытов, и учился в одном классе с Шелдоном Глашоу.

Вайнберг получил степень бакалавра в Корнелльском университете в 1954 году, где проживал в Теллурайд-хаусе. Затем он поступил в Институт Нильса Бора в Копенгагене, где начал обучение в аспирантуре и заниматься исследованиями. Через год Вайнберг переехал в Принстонский университет, где в 1957 году защитил диссертацию "Роль сильных взаимодействий в процессах распада" под руководством Сэма Треймана и получил степень доктора философии по физике.

Карьера и исследования

После завершения докторской диссертации Вайнберг работал постдокторантом в Колумбийском университете (1957–1959) и Калифорнийском университете в Беркли (1959), а затем был повышен до преподавателя в Беркли (1960–1966). Он проводил исследования по различным темам физики частиц, таким как поведение квантовой теории поля при высоких энергиях, нарушение симметрии, рассеяние пионов, инфракрасные фотоны и квантовая гравитация. В это же время он разработал подход к квантовой теории поля, описанный в первых главах его книги «Квантовая теория полей», и начал писать свой учебник «Гравитация и космология», проявив интерес к общей теории относительности после открытия космического микроволнового фонового излучения. Он также был назначен старшим научным сотрудником в Смитсоновской астрофизической обсерватории. Объяснение масс носителей силы слабой части взаимодействия было дано через спонтанное нарушение симметрии. Одним из фундаментальных аспектов стало предсказание существования бозона Хиггса. Модель Вайнберга, ныне известная как теория электрослабого объединения, имела ту же структуру симметрии, что и предложенная Глашоу в 1961 году: обе включали тогда неизвестный механизм слабого взаимодействия между лептонами, известный как нейтральный ток и опосредованный Z-бозоном. Экспериментальное открытие в 1973 году слабых нейтральных токов (посредством этого Z-бозона) стало одним из подтверждений электрослабого объединения. Статья Вайнберга, в которой он представил эту теорию, является одной из наиболее цитируемых работ в физике высоких энергий. После своей основополагающей работы 1967 года по объединению слабых и электромагнитных взаимодействий Вайнберг продолжил исследования в различных областях физики частиц, квантовой теории поля, гравитации, суперсимметрии, суперструн и космологии. В годы после 1967 года полная Стандартная модель теории элементарных частиц была разработана благодаря усилиям многих ученых. В ней слабые и электромагнитные взаимодействия, уже объединенные работами Вайнберга, Салама и Глашоу, согласованы с теорией сильных взаимодействий между кварками в единой всеобъемлющей теории. В 1973 году Вайнберг предложил модификацию Стандартной модели, не содержащую фундаментального бозона Хиггса. Также в 1970-х годах он предложил теорию, позже известную как технicolor, в которой новые сильные взаимодействия решают проблему иерархии. В 1973 году Вайнберг стал профессором физики имени Юджина Хиггинса в Гарвардском университете, эту должность он занимал до 1983 года. Этот подход позволил разработать эффективную теорию квантовой гравитации, низкоэнергетическую КХД, эффективную теорию поля тяжелых кварков и другие разработки, и остается предметом значительного интереса в современных исследованиях. В 1979 году, спустя примерно шесть лет после экспериментального открытия нейтральных токов – то есть открытия, косвенно подтверждающего существование Z-бозона – но после экспериментального открытия в 1978 году предсказанного теорией уровня нарушения четности, обусловленного смешением Z-бозонов с электромагнитными взаимодействиями, Вайнберг был удостоен Нобелевской премии по физике совместно с Глашоу и Саламом, которые независимо друг от друга предложили теорию электрослабого объединения, основанную на спонтанном нарушении симметрии. Физик-теоретик Питер Войт назвал Вайнберга, возможно, доминирующей фигурой в теоретической физике частиц в период ее больших успехов с конца 1960-х до начала 1980-х годов, отметив, что его вклад в электрослабое объединение «и по сей день лежит в основе Стандартной модели, нашего наилучшего понимания фундаментальной физики». Science News назвал его наряду с другими теоретиками Мюрреем Гелл-Манном и Ричардом Фейнманом ведущими физиками эпохи, комментируя: «Среди своих коллег Вайнберг был одной из самых уважаемых фигур во всей физике или, возможно, во всей науке». Шон Кэрролл назвал Вайнберга одним из «лучших физиков, которые у нас были; одним из лучших мыслителей любого типа», который «на протяжении всей долгой и продуктивной жизни демонстрировал необычайную энергию и ясность мысли», а Джон Прескилл назвал его «одним из самых выдающихся ученых нашего времени и особенно красноречивым представителем научного мировоззрения».

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".

Другие взносы

Помимо научных исследований, Вайнберг был публичным защитником науки, выступая с показаниями перед Конгрессом в поддержку сверхпроводящего суперколайдера, публикуя статьи в The New York Review of Books и читая различные лекции о более глубоком смысле науки. Его научно-популярные книги сочетают в себе традиционную популяризацию науки с историей и философией науки, а также с вопросами атеизма. Его первая научно-популярная книга «Первые три минуты: современный взгляд на происхождение Вселенной» (1977) описывала начало Вселенной с Большого взрыва и представляла аргументы в пользу ее расширения. Продолжая преподавать физику, в более поздние годы он обратился к истории науки, что вылилось в книгу «Объяснить мир: открытие современной науки» (2015). Негативная рецензия Стивена Шапина в Wall Street Journal вызвала ряд комментариев и ответную реакцию Вайнберга.

В 2016 году Вайнберг стал неформальным лидером преподавателей и студентов, выступавших против нового закона, разрешающего ношение скрытого оружия в аудиториях Университета Техаса. Он объявил о запрете на оружие на своих занятиях и заявил, что будет стоять на своем решении нарушать правила университета в этом вопросе, даже если ему предъявят иск. Вайнберг никогда не выходил на пенсию и преподавал в Университете Техаса до самой смерти. Его архив был передан в Центр Гарри Рэнсона при Техасском университете.

Мировоззрение

Вайнберг определял себя как либерал.

Взгляды на религию

Вайнберг был атеистом. До того, как стать сторонником теории Большого взрыва, Вайнберг заявлял: "Теория стационарного состояния наиболее привлекательна с философской точки зрения, поскольку она наименее похожа на описание, представленное в Книге Бытия".

Мнения о Израиле

Вайнберг был известен своей поддержкой Израиля, который он охарактеризовал как "самый уязвимый плацдарм" в войне между либеральными демократиями и мусульманскими теократиями. В 1997 году он написал эссе "Сионизм и его противники" на эту тему.

Избранные публикации

Список публикаций Вайнберга можно найти на arXiv и Scopus.