Джулиан Швингер

Джулиан Швингер (англ. Julian Seymour Schwinger; 12 февраля 1918, Нью-Йорк — 16 июля 1994, Лос-Анджелес) — американский физик-теоретик, один из создателей квантовой электродинамики, лауреат Нобелевской премии по физике 1965 года (совместно с Ричардом Фейнманом и Синъитиро Томонагой). Внёс фундаментальный вклад в квантовую теорию поля, теорию элементарных частиц, ядерную физику и статистическую механику. Известен разработкой формализма функций Грина в квантовой теории поля, вариационного принципа для квантовых полей, а также открытием аномального магнитного момента электрона.

Биография

Ранние годы и образование

Джулиан Швингер родился в Нью-Йорке в семье еврейских эмигрантов из Польши. Его отец, Бенджамин Швингер, был владельцем магазина одежды, мать, София Швингер, занималась домашним хозяйством. С раннего возраста проявил выдающиеся способности к математике и физике. В 14 лет поступил в Городской колледж Нью-Йорка, где изучал физику под руководством Ллойда Мотта. В 1935 году, в возрасте 17 лет, опубликовал свою первую научную работу, посвящённую квантовой теории магнитного момента электрона.

В 1936 году перевёлся в Колумбийский университет, где его научным руководителем стал Исидор Раби. В 1939 году защитил докторскую диссертацию на тему «Магнитное рассеяние нейтронов», в которой предсказал существование дейтрона с ненулевым квадрупольным моментом. Это предсказание впоследствии было подтверждено экспериментально.

Научная карьера

После защиты диссертации Швингер работал в Калифорнийском университете в Беркли (1939–1940), затем в Университете Пердью (1940–1941) и в Массачусетском технологическом институте (1941–1943). Во время Второй мировой войны участвовал в Манхэттенском проекте в Радиационной лаборатории Массачусетского технологического института, где занимался разработкой радиолокационных систем. В 1945 году перешёл в Гарвардский университет, где проработал до 1972 года. В Гарварде он стал одним из ведущих теоретиков в области квантовой электродинамики.

В 1965 году Швингер совместно с Ричардом Фейнманом и Синъитиро Томонагой получил Нобелевскую премию по физике «за фундаментальные работы по квантовой электродинамике, имеющие глубокие последствия для физики элементарных частиц». В 1972 году перешёл в Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе, где работал до конца жизни.

Научные достижения

Квантовая электродинамика

Основной вклад Швингера в физику связан с созданием релятивистски инвариантной формулировки квантовой электродинамики (КЭД). В 1947–1948 годах он разработал формализм, основанный на использовании функций Грина и вариационного принципа, что позволило последовательно вычислять радиационные поправки к электромагнитным взаимодействиям. В частности, Швингер вычислил аномальный магнитный момент электрона (так называемый «швингеровский член»), который оказался равным α/2π, где α — постоянная тонкой структуры. Это предсказание было подтверждено экспериментально с высокой точностью.

Теория поля и квантовая механика

Швингер внёс значительный вклад в развитие квантовой теории поля. Он разработал:

• Формализм функций Грина — метод вычисления пропагаторов и вершинных функций, ставший стандартным инструментом в квантовой теории поля.
• Вариационный принцип Швингера — альтернативная формулировка квантовой механики, основанная на принципе наименьшего действия.
• Теорию источников — подход, в котором поля рассматриваются как источники частиц, что позволило избежать некоторых проблем перенормировки.

Математические методы

Швингер внёс вклад в математическую физику, разработав методы решения дифференциальных уравнений в частных производных, используемые в квантовой теории. Он также ввёл понятие «швингеровских функций» — корреляционных функций, которые являются аналогом функций Грина в евклидовом пространстве.

Другие области

Помимо КЭД, Швингер работал в ядерной физике, статистической механике, теории сверхпроводимости и квантовой теории гравитации. В 1950-х годах он предложил модель «швингеровского механизма» для описания спонтанного нарушения симметрии в калибровочных теориях, что предвосхитило механизм Хиггса. В 1970-х годах занимался теорией струн и квантовой гравитацией.

Педагогическая деятельность

Швингер был известен как блестящий лектор и научный руководитель. Под его руководством защитили диссертации более 70 физиков, среди которых были такие учёные, как Рой Глаубер (лауреат Нобелевской премии по физике 2005 года), Бенджамин Ли, Чарльз Ян и другие. Его лекции по квантовой механике и теории поля считались образцом ясности и глубины.

Личные качества и стиль работы

Швингер отличался исключительной математической интуицией и способностью к формальным обобщениям. В отличие от Ричарда Фейнмана, который предпочитал интуитивные и наглядные методы, Швингер разрабатывал строгие математические формализмы. Его стиль работы характеризовался тщательностью и стремлением к завершённости; он редко публиковал незавершённые результаты.

Признание и награды

• Нобелевская премия по физике (1965)
• Национальная медаль науки США (1964)
• Премия Альберта Эйнштейна (1951)
• Премия памяти Рихтмайера (1951)
• Член Национальной академии наук США (1949)
• Иностранный член Лондонского королевского общества (1965)

Критика и наследие

Несмотря на огромный вклад в физику, Швингер подвергался критике за чрезмерную формальность своих работ, что иногда затрудняло их понимание и применение. В последние годы жизни он высказывал скептические взгляды на некоторые направления современной физики, в частности на теорию струн, что вызывало споры в научном сообществе. Тем не менее, его работы остаются фундаментом современной квантовой теории поля, а разработанные им методы широко используются в физике высоких энергий, конденсированных сред и квантовой гравитации.

Интересные факты

• Швингер был одним из самых молодых профессоров в истории Гарвардского университета — он получил это звание в 29 лет.
• В 1940-х годах он одновременно с Фейнманом и Томонагой, но независимо от них, разработал перенормировку в квантовой электродинамике.
• Швингер был известен своей любовью к классической музыке и часто играл на фортепиано.
• Его имя носит «швингеровский член» — поправка к магнитному моменту электрона, а также «швингеровский предел» — максимальное значение электрического поля, при котором квантовые эффекты становятся существенными.

Источники

• Швингер Дж. Теория квантовых полей. — М.: Мир, 1965.
• Фейнман Р. Квантовая электродинамика. — М.: Наука, 1967.
• Nobel Lectures, Physics 1963–1970. — Elsevier, 1972.
• Mehra J., Rechenberg H. The Historical Development of Quantum Theory. — Springer, 2001.
• Schweber S. S. QED and the Men Who Made It. — Princeton University Press, 1994.