Julian Schwinger - Julian Schwinger
Julian Seymour Schwinger ( / ʃ w ɪ ŋ ər / ; 12 fev 1918 - 16 julho de 1994) foi um Prémio Nobel vencedora americano físico teórico . Ele é mais conhecido por seu trabalho em eletrodinâmica quântica (QED), em particular por desenvolver uma teoria de perturbação invariante relativista e por renormalizar QED para uma ordem de loop. Schwinger foi professor de física em várias universidades.
Schwinger é reconhecido como um dos maiores físicos do século XX, responsável por grande parte da moderna teoria de campos quânticos, incluindo uma abordagem variacional e as equações de movimento para campos quânticos. Ele desenvolveu o primeiro modelo eletrofraco e o primeiro exemplo de confinamento em 1 + 1 dimensões. Ele é responsável pela teoria dos neutrinos múltiplos, termos de Schwinger e pela teoria do campo de spin-3/2.
Biografia
Juventude e carreira
Julian Seymour Schwinger nasceu na cidade de Nova York, filho de pais judeus Ashkenazi , Belle ( nascida Rosenfeld) e Benjamin Schwinger, um fabricante de roupas que emigrou da Polônia para os Estados Unidos. Tanto seu pai quanto os pais de sua mãe eram prósperos fabricantes de roupas, embora os negócios da família tenham declinado após a Quebra de Wall Street em 1929 . A família seguia a tradição judaica ortodoxa . O irmão mais velho de Julian, Harold Schwinger, nasceu em 1911, sete anos antes de Julian, que nasceu em 1918.
Schwinger foi um aluno precoce. Ele frequentou a Townsend Harris High School de 1932 a 1934, uma escola de ensino médio altamente conceituada para alunos talentosos na época. Durante o ensino médio, Julian já havia começado a ler artigos da Physical Review de autores como Paul Dirac na biblioteca do City College de Nova York , em cujo campus Townsend Harris estava localizado.
No outono de 1934, Schwinger ingressou no City College de Nova York como estudante de graduação. O CCNY aceitou automaticamente todos os formandos da Townsend Harris na época, e ambas as instituições ofereceram aulas gratuitas. Devido ao seu intenso interesse em física e matemática, Julian se saiu muito bem nessas matérias, apesar de muitas vezes faltar às aulas e aprender diretamente dos livros. Por outro lado, seu desinteresse por outros temas como o inglês gerou conflitos acadêmicos com professores dessas disciplinas.
Depois que Julian se juntou à CCNY, seu irmão Harold, que já havia se formado na CCNY, pediu a seu ex-colega Lloyd Motz para "conhecer [Julian]". Lloyd foi instrutor de física CCNY e Ph.D. candidato da Columbia University na época. Lloyd o conheceu e logo reconheceu o talento de Julian. Percebendo os problemas acadêmicos de Schwinger, Lloyd decidiu pedir ajuda a Isidor Isaac Rabi, que ele conhecia em Columbia. Rabi também reconheceu imediatamente as capacidades de Schwinger em seu primeiro encontro e, em seguida, fez arranjos para conceder a Schwinger uma bolsa de estudos em Columbia. No início, as notas ruins de Julian em algumas disciplinas do CCNY impediram a concessão da bolsa. Mas Rabi persistiu e mostrou um artigo não publicado sobre eletrodinâmica quântica, escrito por Schwinger para Hans Bethe , que por acaso estava passando por Nova York. A aprovação do artigo por Bethe e sua reputação naquele domínio foram suficientes para garantir a bolsa de estudos para Julian, que então se transferiu para Columbia. Sua situação acadêmica na Columbia era muito melhor do que na CCNY. Ele aceitou na sociedade Phi Beta Kappa e recebeu seu BA em 1936.
Durante os estudos de graduação de Schwinger, Rabi sentiu que seria bom para Julian visitar outras instituições em todo o país, e Julian recebeu uma bolsa de estudos para o ano 37/38, que passou trabalhando com Gregory Breit e Eugene Wigner . Nesse período, Schwinger, que antes já tinha o hábito de trabalhar até tarde da noite, foi além e tornou mais completa a troca dia / noite, trabalhando à noite e dormindo durante o dia, hábito que carregaria ao longo de sua carreira. Schwinger comentou mais tarde que essa mudança foi em parte uma forma de manter uma maior independência intelectual e evitar ser "dominado" por Breit e Wigner.
Schwinger obteve seu PhD supervisionado por Rabi em 1939 aos 21 anos.
Durante o outono de 1939, Schwinger começou a trabalhar na Universidade da Califórnia, Berkeley, com J. Robert Oppenheimer , onde permaneceu por dois anos como bolsista do NRC .
Carreira
Depois de ter trabalhado com Oppenheimer, a primeira nomeação acadêmica regular de Schwinger foi na Purdue University em 1941. Enquanto estava de licença de Purdue, ele trabalhou no Laboratório de Radiação do MIT em vez de no Laboratório Nacional de Los Alamos durante a Segunda Guerra Mundial. Ele forneceu suporte teórico para o desenvolvimento do radar . Após a guerra, Schwinger trocou Purdue pela Universidade de Harvard , onde lecionou de 1945 a 1974. Em 1966, ele se tornou professor de física de Eugene Higgins em Harvard.
Schwinger desenvolveu uma afinidade com as funções de Green a partir de seu trabalho de radar e usou esses métodos para formular a teoria quântica de campos em termos das funções locais de Green de uma forma relativisticamente invariável. Isso permitiu que ele calculasse de forma inequívoca as primeiras correções para o momento magnético do elétron na eletrodinâmica quântica. O trabalho não covariante anterior havia chegado a respostas infinitas, mas a simetria extra em seus métodos permitiu que Schwinger isolasse as correções finitas corretas.
Schwinger desenvolveu a renormalização , formulando a eletrodinâmica quântica de forma inequívoca para a ordem de um loop.
Na mesma época, ele introduziu métodos não perturbativos na teoria quântica de campos, calculando a taxa na qual pares elétron - pósitron são criados por tunelamento em um campo elétrico, um processo agora conhecido como "efeito Schwinger". Este efeito não pode ser visto em nenhuma ordem finita na teoria das perturbações.
O trabalho fundamental de Schwinger sobre a teoria quântica de campos construiu a estrutura moderna das funções de correlação de campo e suas equações de movimento . Sua abordagem começou com uma ação quântica e permitiu bósons e férmions ser tratados igualmente, pela primeira vez, usando uma forma diferencial da integração Grassman . Ele deu provas elegantes para o teorema da estatística de spin e o teorema CPT , e observou que a álgebra de campo levou a termos de Schwinger anômalos em várias identidades clássicas, por causa de singularidades de curta distância. Esses foram resultados fundamentais na teoria de campo, instrumentais para a compreensão adequada das anomalias .
Em outro trabalho inicial notável, Rarita e Schwinger formularam a teoria abstrata de Pauli e Fierz do campo spin-3/2 em uma forma concreta, como um vetor de espinores de Dirac, a equação de Rarita-Schwinger . Para que o campo de spin-3/2 interaja consistentemente, alguma forma de supersimetria é necessária, e Schwinger mais tarde lamentou não ter dado continuidade a esse trabalho o suficiente para descobrir a supersimetria.
Schwinger descobriu que os neutrinos existem em várias variedades, uma para o elétron e outra para o múon . Hoje em dia, sabe-se que existem três neutrinos leves; o terceiro é o parceiro do tau lepton .
Na década de 1960, Schwinger formulou e analisou o que hoje é conhecido como modelo de Schwinger , eletrodinâmica quântica em um espaço e uma dimensão de tempo, o primeiro exemplo de teoria de confinamento . Ele também foi o primeiro a sugerir uma teoria de calibre eletrofraca, um grupo de calibre que se transforma espontaneamente em eletromagnético em longas distâncias. Isso foi estendido por seu aluno Sheldon Glashow ao padrão aceito de unificação eletrofraca. Ele tentou formular uma teoria da eletrodinâmica quântica com monopólos magnéticos pontuais , um programa que teve sucesso limitado porque os monopólos estão interagindo fortemente quando o quantum de carga é pequeno.
Tendo orientado 73 dissertações de doutorado, Schwinger é conhecido como um dos mais prolíficos orientadores de pós-graduação em física. Quatro de seus alunos ganharam o prêmio Nobel: Roy Glauber , Benjamin Roy Mottelson , Sheldon Glashow e Walter Kohn (em química).
Schwinger tinha um relacionamento misto com seus colegas, porque sempre buscou pesquisas independentes, diferentes da moda mainstream. Em particular, Schwinger desenvolveu a teoria da fonte, uma teoria fenomenológica para a física de partículas elementares, que é uma predecessora da teoria de campo efetiva moderna . Ele trata os campos quânticos como fenômenos de longa distância e usa 'fontes' auxiliares que se assemelham às correntes nas teorias de campo clássicas. A teoria da fonte é uma teoria de campo matematicamente consistente com resultados fenomenológicos claramente derivados. As críticas de seus colegas de Harvard levaram Schwinger a deixar o corpo docente em 1972 para ir para a UCLA . É uma história amplamente contada que Steven Weinberg , que herdou o escritório de painéis de Schwinger no Laboratório Lyman , encontrou um par de sapatos velhos, com a mensagem implícita, "acha que você pode enchê-los?" Na UCLA, e pelo resto de sua carreira, Schwinger continuou a desenvolver a teoria das fontes e suas várias aplicações.
Depois de 1989, Schwinger teve um grande interesse na pesquisa não convencional da fusão a frio . Ele escreveu oito artigos teóricos sobre isso. Ele pediu demissão da American Physical Society após a recusa em publicar seus artigos. Ele sentiu que a pesquisa sobre fusão a frio estava sendo suprimida e a liberdade acadêmica violada. Ele escreveu: "A pressão por conformidade é enorme. Eu experimentei isso na rejeição dos editores de artigos submetidos, com base em críticas venenosas de árbitros anônimos. A substituição da revisão imparcial pela censura será a morte da ciência."
Em suas últimas publicações, Schwinger propôs uma teoria da sonoluminescência como um fenômeno radiativo quântico de longa distância associado não a átomos, mas a superfícies que se movem rapidamente na bolha em colapso, onde há descontinuidades na constante dielétrica. O mecanismo de sonoluminescência agora apoiado por experimentos concentra-se no gás superaquecido dentro da bolha como fonte de luz.
Schwinger recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1965 por seu trabalho em eletrodinâmica quântica (QED), junto com Richard Feynman e Shin'ichirō Tomonaga . Os prêmios e homenagens de Schwinger foram numerosos mesmo antes de sua conquista do Nobel. Eles incluem o primeiro Prêmio Albert Einstein (1951), a Medalha Nacional de Ciência dos Estados Unidos (1964), D.Sc. graduou-se pela Purdue University (1961) e pela Harvard University (1962), e o Nature of Light Award da US National Academy of Sciences (1949). Em 1987, Schwinger recebeu o prêmio Golden Plate da American Academy of Achievement .
Schwinger e Feynman
Como um físico famoso, Schwinger foi freqüentemente comparado a outro físico lendário de sua geração, Richard Feynman . Schwinger era mais formalmente inclinado e favorecia as manipulações simbólicas na teoria quântica de campos . Ele trabalhou com operadores de campo locais, encontrou relações entre eles e sentiu que os físicos deveriam compreender a álgebra de campos locais, por mais paradoxal que fosse. Em contraste, Feynman era mais intuitivo, acreditando que a física poderia ser extraída inteiramente dos diagramas de Feynman , que forneciam uma imagem das partículas. Schwinger comentou sobre os diagramas de Feynman da seguinte maneira,
Como os chips de silício dos anos mais recentes, o diagrama de Feynman estava trazendo a computação para as massas.
Schwinger não gostava dos diagramas de Feynman porque achava que eles faziam o aluno focar nas partículas e esquecer os campos locais, o que, em sua opinião, inibia a compreensão. Ele chegou a bani-los completamente de sua classe, embora os entendesse perfeitamente bem. A verdadeira diferença é, no entanto, mais profunda e foi expressa por Schwinger na seguinte passagem,
Eventualmente, essas idéias levaram a formulações lagrangianas ou de ação da mecânica quântica, aparecendo em duas formas distintas, mas relacionadas, que eu distingo como diferencial e integral . Este último, encabeçado por Feynman, teve toda a cobertura da imprensa, mas continuo a acreditar que o ponto de vista diferencial é mais geral, mais elegante, mais útil.
Apesar de compartilhar o Prêmio Nobel, Schwinger e Feynman tinham uma abordagem diferente para a eletrodinâmica quântica e para a teoria quântica de campos em geral. Feynman usou um regulador , enquanto Schwinger foi capaz de renormalizar formalmente para um loop sem um regulador explícito. Schwinger acreditava no formalismo dos campos locais, enquanto Feynman acreditava nos caminhos das partículas. Eles acompanhavam o trabalho um do outro de perto e se respeitavam. Com a morte de Feynman, Schwinger o descreveu como
Um homem honesto, o notável intuicionista de nossa época e um excelente exemplo do que pode estar reservado para quem se atreve a seguir a batida de um tambor diferente.
Morte
Schwinger morreu de câncer no pâncreas . Ele está enterrado no cemitério Mount Auburn ; , onde está a constante estrutura fina , está gravado acima de seu nome em sua lápide. Esses símbolos referem-se ao seu cálculo da correção ("anômala") ao momento magnético do elétron .
Veja também
Publicações selecionadas
- Schwinger, J (1948). "On Quantum-Electrodynamics and the Magnetic Moment of the Electron" . Phys. Rev . 73 (4): 416–417. Bibcode : 1948PhRv ... 73..416S . doi : 10.1103 / PhysRev.73.416 .
- Schwinger, J (1948). "Quantum Electrodynamics. I. A Covariant Formulation". Phys. Rev . 74 (10): 1439–1461. Bibcode : 1948PhRv ... 74.1439S . doi : 10.1103 / PhysRev.74.1439 .
- Schwinger, J (1949). "Quantum Electrodynamics. II. Vacuum Polarization and Self-Energy". Phys. Rev . 75 (4): 651–679. Bibcode : 1949PhRv ... 75..651S . doi : 10.1103 / PhysRev.75.651 .
- Schwinger, J (1949). "Eletrodinâmica quântica. III. As propriedades eletromagnéticas das correções radiativas de elétrons para espalhamento". Phys. Rev . 76 (6): 790–817. Bibcode : 1949PhRv ... 76..790S . doi : 10.1103 / PhysRev.76.790 .
- Feshbach, H., Schwinger, J. e JA Harr. "Effect of Tensor Range in Nuclear Two-Body Problems" , Laboratório de Computação da Universidade de Harvard , Departamento de Energia dos Estados Unidos (por meio da agência predecessora, a Comissão de Energia Atômica ) (novembro de 1949).
- Schwinger, J (1951). "On Gauge Invariance and Vacuum Polarization". Phys. Rev . 82 (5): 664–679. Bibcode : 1951PhRv ... 82..664S . doi : 10.1103 / PhysRev.82.664 .
- Schwinger, J. "On Angular Momentum" , Universidade de Harvard , Nuclear Development Associates, Inc., Departamento de Energia dos Estados Unidos (por meio da agência predecessora, a Comissão de Energia Atômica ) (26 de janeiro de 1952).
- Schwinger, J. "The Theory of Quantized Fields. II" , Universidade de Harvard , Departamento de Energia dos Estados Unidos (através da agência predecessora, a Comissão de Energia Atômica ) (1951).
- Schwinger, J. "The Theory of Quantizied Fields. Part 3" , Universidade de Harvard , Departamento de Energia dos Estados Unidos (por meio da agência predecessora, a Comissão de Energia Atômica ) (maio de 1953).
- Schwinger, J. Einstein's Legacy (1986). Scientific American Library. 2012 e-book
Referências
Leitura adicional
- Mehra, Jagdish e Milton, Kimball A. (2000) Climbing the Mountain: a biografia científica de Julian Schwinger . Imprensa da Universidade de Oxford.
- Milton, Kimball (2007). "Julian Schwinger: Física Nuclear, o Laboratório de Radiação, QED Renormalizado, Teoria da Fonte e Além". Física em Perspectiva . 9 (1): 70–114. arXiv : física / 0610054 . Bibcode : 2007PhP ..... 9 ... 70M . doi : 10.1007 / s00016-007-0326-6 . S2CID 684471 .Versão revisada publicada como (2007) "Julian Schwinger: From Nuclear Physics and Quantum Electrodynamics to Source Theory and Beyond," Physics in Perspective 9 : 70-114.
- Schweber, Silvan S. (1994). QED e os homens que o fizeram: Dyson, Feynman, Schwinger e Tomonaga . Princeton University Press. ISBN 978-0-691-03327-3.
- Ng, Y. Jack, ed. (1996) Julian Schwinger: The Physicist, the Teacher, and the Man . Singapura: World Scientific. ISBN 981-02-2531-8 .
- Julian Seymour Schwinger (2000), Kimball A. Milton (ed.), A quantum legacy: seminal papers of Julian Schwinger , World Scientific series in 20th century physics, 26 , World Scientific, Bibcode : 2000qlsp.book ..... K , ISBN 978-981-02-4006-6
links externos
-
Julian Schwinger em Nobelprize.org
incluindo a Palestra do Nobel, 11 de dezembro de 1965 Relativistic Quantum Field Theory
- O'Connor, John J .; Robertson, Edmund F. , "Julian Schwinger" , arquivo MacTutor History of Mathematics , University of St Andrews