Давид Гросс

Давид Гросс — американский физик-теоретик, лауреат Нобелевской премии по физике (2004), один из создателей квантовой хромодинамики — теории сильного взаимодействия элементарных частиц. Научные работы Гросса посвящены квантовой теории поля, теории струн и физике высоких энергий. Наиболее известен открытием явления асимптотической свободы, которое объясняет, почему кварки внутри адронов ведут себя как практически свободные частицы на малых расстояниях.

Биография

Ранние годы и образование

Давид Джонатан Гросс родился 19 февраля 1941 года в Вашингтоне, округ Колумбия, в семье еврейских иммигрантов. Его отец, Бертрам Майрон Гросс, был юристом и политическим активистом, мать — Нора Файн — учительницей. С детства проявлял интерес к математике и естественным наукам. В 1962 году окончил Еврейский университет в Иерусалиме со степенью бакалавра по физике и математике. В 1966 году получил степень доктора философии (PhD) в Калифорнийском университете в Беркли под руководством Джеффри Чу, защитив диссертацию по теории S-матрицы.

Научная карьера

После защиты диссертации Гросс работал в Институте перспективных исследований в Принстоне (1966–1969), затем перешёл в Гарвардский университет, где в 1972 году стал профессором. В 1973 году, совместно с Фрэнком Вильчеком, он опубликовал работу, в которой впервые было сформулировано понятие асимптотической свободы. В том же году независимо к аналогичным выводам пришёл Дэвид Политцер. В 1997 году Гросс перешёл в Калифорнийский университет в Санта-Барбаре, где возглавил Институт теоретической физики Кавли (Kavli Institute for Theoretical Physics), которым руководил до 2012 года. В настоящее время (на 2024 год) является почётным профессором университета и продолжает активную научную деятельность.

Научные достижения

Асимптотическая свобода

Главное открытие Гросса — асимптотическая свобода в неабелевых калибровочных теориях. В 1973 году, работая с Фрэнком Вильчеком, он показал, что в теориях, подобных квантовой хромодинамике (КХД), константа сильного взаимодействия уменьшается с уменьшением расстояния между кварками. Это означает, что на очень малых расстояниях (высоких энергиях) кварки ведут себя как почти свободные частицы, что объясняет результаты экспериментов по глубоко неупругому рассеянию электронов на протонах, проведённых в Стэнфордском центре линейных ускорителей (SLAC). Открытие асимптотической свободы стало ключевым шагом на пути к созданию квантовой хромодинамики как общепринятой теории сильных взаимодействий.

Квантовая хромодинамика

На основе асимптотической свободы Гросс, Вильчек и Политцер разработали квантовую хромодинамику — калибровочную теорию, описывающую взаимодействие кварков и глюонов. КХД является частью Стандартной модели физики элементарных частиц. Гросс внёс вклад в понимание конфайнмента (удержания кварков) — явления, при котором кварки никогда не наблюдаются в свободном виде, а всегда находятся внутри адронов (протонов, нейтронов и т.д.). В 2004 году за открытие асимптотической свободы Гросс, Вильчек и Политцер были удостоены Нобелевской премии по физике.

Теория струн

В 1980-х годах Гросс активно работал в области теории струн. Он внёс вклад в развитие гетеротической струны — класса струнных моделей, объединяющих свойства бозонных и суперсимметричных струн. В 1985 году совместно с Джеффри Харви, Эмилем Мартинеком и Райаном Ромом он опубликовал серию работ, в которых была построена гетеротическая струна, что стало важным этапом в развитии теории суперструн. Гросс также исследовал взаимосвязь между теорией струн и квантовой хромодинамикой, в частности, свойства струнных решений в КХД.

Другие работы

Помимо основных направлений, Гросс занимался проблемами квантовой гравитации, теорией чёрных дыр, а также вопросами оснований квантовой механики. В 2010-х годах он участвовал в дискуссиях о природе тёмной материи и тёмной энергии, а также о возможных путях выхода за рамки Стандартной модели. В 2020 году выступил с критикой некоторых подходов к теории струн, призывая к поиску новых экспериментальных подтверждений.

Награды и признание

• Нобелевская премия по физике (2004, совместно с Ф. Вильчеком и Д. Политцером) — «за открытие асимптотической свободы в теории сильных взаимодействий».
• Премия Дирака (1988) — от Международного центра теоретической физики (ICTP).
• Медаль Оскара Клейна (2000) — от Стокгольмского университета.
• Премия Харви (2000) — от Техниона (Израиль).
• Премия Гран-Сассо (2014) — за вклад в физику высоких энергий.
• Член Национальной академии наук США (с 1985), Американской академии искусств и наук (с 1985), иностранный член Лондонского королевского общества (с 2011).

Общественная и научно-организационная деятельность

Гросс активно участвует в популяризации науки. Он является автором научно-популярных статей и лекций, в которых разъясняет сложные концепции физики элементарных частиц. В 2005–2012 годах возглавлял Институт теоретической физики Кавли, где организовывал международные конференции и программы для молодых учёных. В 2013 году подписал открытое письмо против политики правительства Израиля в отношении академических учреждений на Западном берегу реки Иордан, что вызвало неоднозначную реакцию в научном сообществе. Гросс также выступает за увеличение финансирования фундаментальной науки и за развитие международного научного сотрудничества, включая проекты в области физики высоких энергий на Большом адронном коллайдере.

Личная жизнь

Давид Гросс женат на Шуламит Гросс, имеет троих детей. В свободное время увлекается игрой на фортепиано и чтением философской литературы. Известен своим интересом к истории науки, особенно к работам Альберта Эйнштейна и Ричарда Фейнмана.

Критика и дискуссии

В научном сообществе подходы Гросса к некоторым проблемам теории струн подвергались критике. В частности, его скептическое отношение к альтернативным подходам, таким как петлевая квантовая гравитация, вызвало дискуссии о методологии теоретической физики. Также Гросс высказывался против так называемой «антропной» интерпретации космологических параметров, считая её ненаучной. В 2022 году он участвовал в дебатах о возможностях экспериментальной проверки теории струн, утверждая, что дальнейшее развитие физики высоких энергий требует строительства новых ускорителей, таких как Международный линейный коллайдер (ILC).

Источники

• Gross, D. J., Wilczek, F. (1973). «Ultraviolet Behavior of Non-Abelian Gauge Theories». Physical Review Letters.
• Nobel Prize in Physics 2004 — Official Nobel Prize website.
• «David Gross: A Life in Physics». Kavli Institute for Theoretical Physics.
• «The Rise of the Standard Model: Particle Physics in the 1960s and 1970s». Cambridge University Press.
• «String Theory: The First 25 Years». Annual Review of Nuclear and Particle Science.