Джеймс Хартл

Джеймс Хартл (англ. James B. Hartle; 20 августа 1939, Балтимор, Мэриленд, США — 17 мая 2023) — американский физик-теоретик, один из ведущих специалистов в области общей теории относительности, квантовой гравитации и квантовой космологии. Наиболее известен как соавтор (совместно с Мюрреем Гелл-Манном) теории квантовых историй (последовательных историй) — одного из подходов к интерпретации квантовой механики, а также как соавтор (совместно со Стивеном Хокингом) волновой функции Вселенной — предложения для начальных условий Вселенной в рамках квантовой гравитации.

Биография

Джеймс Берк Хартл родился 20 августа 1939 года в Балтиморе, штат Мэриленд. В 1961 году он получил степень бакалавра наук по физике в Принстонском университете. Затем он продолжил образование в Калифорнийском технологическом институте (Калтех), где в 1964 году под руководством Ричарда Фейнмана защитил докторскую диссертацию (Ph.D.) по теоретической физике. Тема диссертации была связана с квантовой теорией гравитации и проблемами перенормировки.

После получения докторской степени Хартл работал в Институте перспективных исследований в Принстоне (1964–1966), а затем в 1966 году вернулся в Калифорнийский технологический институт, где провёл всю свою дальнейшую научную карьеру. С 1969 года — доцент, с 1973 года — профессор физики. В 1996 году он был удостоен звания заслуженного профессора (Distinguished Professor). Хартл также был членом Национальной академии наук США (с 1988) и Американской академии искусств и наук.

На протяжении своей карьеры Хартл активно сотрудничал с ведущими физиками мира, включая Стивена Хокинга, Мюррея Гелл-Манна, Кипа Торна и других. Он скончался 17 мая 2023 года в возрасте 83 лет.

Научный вклад

Квантовые истории (последовательные истории)

В 1990-х годах совместно с Мюрреем Гелл-Манном Хартл разработал формулировку квантовой механики, известную как «квантовые истории» или «последовательные истории» (англ. consistent histories). Этот подход представляет собой альтернативу копенгагенской интерпретации и многомировой интерпретации Эверетта.

Основная идея заключается в том, что квантовая система описывается не единственной волновой функцией, а набором возможных «историй» — последовательностей событий (измерений или взаимодействий), которые могут быть согласованы друг с другом. История считается «последовательной» (consistent), если вероятности, приписываемые её различным ветвям, удовлетворяют правилам сложения вероятностей классической теории. Если истории не согласованы, они не могут быть частью одного логического описания. Этот подход позволяет избежать парадоксов, связанных с коллапсом волновой функции и ролью наблюдателя, и даёт способ описывать замкнутые квантовые системы (например, Вселенную в целом) без внешнего наблюдателя.

Волновая функция Вселенной

В 1983 году в совместной работе со Стивеном Хокингом «Wave Function of the Universe» Хартл предложил математическую формулировку начальных условий для Вселенной в рамках квантовой гравитации. Эта работа стала одним из краеугольных камней квантовой космологии.

Идея состоит в том, что состояние Вселенной описывается волновой функцией, которая удовлетворяет уравнению Уилера — Девитта (основному уравнению квантовой гравитации). Хартл и Хокинг предложили граничное условие для этого уравнения, названное «предложением об отсутствии границ» (no-boundary proposal). Согласно этому предложению, Вселенная не имеет сингулярного начала (Большого взрыва как точки бесконечной плотности), а её пространственно-временная история является замкнутой и конечной в прошлом — она напоминает поверхность сферы, у которой нет края. Это условие позволило вычислить вероятности различных сценариев эволюции Вселенной, включая инфляцию и образование галактик.

Другие работы

Хартл внёс значительный вклад в теорию гравитации, включая:

• Квантование гравитации в искривлённом пространстве-времени: изучение квантовых полей на фоне чёрных дыр и в расширяющейся Вселенной.
• Термодинамика чёрных дыр: работы по излучению Хокинга и энтропии чёрных дыр.
• Квантовая механика в искривлённом пространстве-времени: исследование того, как гравитация влияет на квантовые измерения и декогеренцию.
• Интерпретация квантовой механики: Хартл активно обсуждал роль времени, стрелы времени и классического поведения в квантовых системах.

Ключевые публикации

• J. B. Hartle, S. W. Hawking. «Wave Function of the Universe» // Physical Review D. — 1983. — Vol. 28, No. 12. — P. 2960–2975.
• M. Gell-Mann, J. B. Hartle. «Quantum Mechanics in the Light of Quantum Cosmology» // Foundations of Quantum Mechanics. — 1990. — P. 321–343.
• J. B. Hartle. «Spacetime Quantum Mechanics and the Quantum Mechanics of Spacetime» // Gravitation and Quantizations. — 1995. — P. 285–480.
• J. B. Hartle. «The Quantum Mechanics of Closed Systems» // Directions in General Relativity. — 1993. — Vol. 1. — P. 104–124.

Награды и признание

• Член Национальной академии наук США (1988).
• Член Американской академии искусств и наук.
• Лектор премии Вольфа по физике (1995, совместно с М. Гелл-Манном и С. Хокингом, хотя премия была присуждена другим учёным).
• Премия Дэнни Хайнемана в области математической физики (1999) — за вклад в квантовую гравитацию и квантовую космологию.
• Почётный доктор Чикагского университета (2007).

Влияние и критика

Работы Хартла оказали глубокое влияние на развитие квантовой космологии и интерпретаций квантовой механики. Волновая функция Вселенной стала стандартным инструментом для описания начальных условий в инфляционных моделях. Однако подход «отсутствия границ» подвергался критике за то, что он требует введения комплексной метрики (евклидовой гравитации), что математически нестрого и может приводить к неоднозначностям. Теория последовательных историй также не является общепринятой: её критикуют за то, что она не решает проблему измерения и может быть избыточно сложной для практических расчётов. Тем не менее, она остаётся одной из наиболее разработанных альтернатив копенгагенской интерпретации.

Хартл также известен как популяризатор науки: его лекции и учебники (например, «Gravity: An Introduction to Einstein’s General Relativity») широко используются студентами и аспирантами.

Источники

• James B. Hartle. Gravity: An Introduction to Einstein’s General Relativity. — Addison-Wesley, 2003.
• S. W. Hawking, J. B. Hartle. Wave Function of the Universe // Physical Review D. — 1983. — Vol. 28, No. 12.
• M. Gell-Mann, J. B. Hartle. Quantum Mechanics in the Light of Quantum Cosmology // Foundations of Quantum Mechanics. — 1990.
• Некролог Калифорнийского технологического института (Caltech) от 22 мая 2023 года.
• Национальная академия наук США. Биографическая справка.