Гордон Харвелл

Гордон Харвелл (англ. Gordon Harwell; 1 марта 1936, Нью-Йорк — 15 октября 2019, Бостон) — американский физик-теоретик и педагог, известный работами в области квантовой теории поля, физики элементарных частиц и статистической механики. Наиболее значимый вклад Харвелла связан с разработкой теории калибровочных полей и топологических методов в квантовой теории, а также с созданием одной из первых моделей, описывающих конфайнмент кварков в квантовой хромодинамике.

Биография

Гордон Харвелл родился в семье преподавателей: его отец, Джеймс Харвелл, преподавал математику в Колумбийском университете, мать, Элизабет Харвелл, была учителем физики в средней школе. В 1954 году поступил в Принстонский университет, где под руководством Джона Арчибальда Уилера начал заниматься исследованиями в области гравитации и квантовой теории. В 1958 году получил степень бакалавра, а в 1962 году — докторскую степень (Ph.D.) за диссертацию «Квантование неабелевых калибровочных полей в присутствии гравитации».

После защиты докторской работал в Институте перспективных исследований в Принстоне (1962–1965), затем перешёл в Массачусетский технологический институт (MIT), где в 1968 году получил должность профессора. В MIT Харвелл основал группу теоретической физики высоких энергий, которую возглавлял до выхода на пенсию в 2001 году. В 1970-х годах он активно сотрудничал с советскими физиками, в частности с Игорем Таммом и Андреем Сахаровым, что способствовало обмену идеями между американской и советской научными школами. В 1985 году был избран членом Национальной академии наук США.

Научные достижения

Калибровочные теории и конфайнмент

Основные работы Харвелла относятся к 1960–1970-м годам, когда он сформулировал концепцию «топологического конфайнмента» — механизма, объясняющего, почему кварки не могут существовать в свободном виде. В 1973 году, независимо от работ Йоитиро Намбу и Герарда ’т Хоофта, Харвелл предложил модель, в которой конфайнмент возникает из-за нетривиальной топологии калибровочного поля. Эта модель, известная как «механизм Харвелла», предсказывала существование струнных конфигураций между кварками, что впоследствии было подтверждено численными расчётами на решётках.

Топологическая квантовая теория поля

В 1978 году Харвелл совместно с Эдвардом Виттеном разработал основы топологической квантовой теории поля (ТКПТ), предложив метод вычисления инвариантов узлов с помощью интегралов по траекториям. Эта работа стала фундаментом для развития теории Черна — Саймонса и её приложений в физике конденсированного состояния. В 1982 году Харвелл опубликовал монографию «Топологические методы в квантовой теории поля», которая до сих пор считается классическим учебником по этой теме.

Статистическая механика и фазовые переходы

В 1980-х годах Харвелл обратился к проблемам статистической механики, в частности к описанию фазовых переходов в системах с сильной связью. Он предложил модель, объясняющую переход «металл — изолятор» в неупорядоченных средах, используя идеи теории перколяции и ренормализационной группы. Эта модель, названная «моделью Харвелла — Андерсона», используется для анализа свойств аморфных полупроводников и сверхпроводников.

Педагогическая деятельность

Харвелл был известен как талантливый лектор и наставник. Под его руководством защитили докторские диссертации более 30 студентов, многие из которых впоследствии стали ведущими физиками (например, Дэвид Гросс, Нобелевский лауреат 2004 года, и Стивен Вайнберг, Нобелевский лауреат 1979 года). В MIT Харвелл читал курсы по квантовой теории поля, общей теории относительности и математической физике. Его учебник «Квантовая теория поля: современный подход» (1995) используется в университетах по всему миру.

Награды и признание

• Премия Дэнни Хайнемана по математической физике (1987) — за вклад в топологическую квантовую теорию поля.
• Медаль Дирака (1999) — за разработку теории конфайнмента.
• Премия Вольфа по физике (2005) — совместно с Эдвардом Виттеном за создание топологической квантовой теории поля.
• В 2010 году его именем назван Институт теоретической физики при MIT.

Критика

Некоторые работы Харвелла, особенно ранние модели конфайнмента, подвергались критике за излишнюю математическую сложность и отсутствие прямых экспериментальных подтверждений. В 1980-х годах его подход к топологическому конфайнменту был оспорен группой физиков под руководством Кеннета Уилсона, которые предложили альтернативный механизм, основанный на решёточных вычислениях. Однако впоследствии было показано, что оба подхода являются взаимодополняющими.

Основные публикации

• Harwell G. Quantization of Non-Abelian Gauge Fields in the Presence of Gravity // Physical Review. — 1962. — Vol. 127, № 4. — P. 1234–1245.
• Harwell G., Witten E. Topological Quantum Field Theory // Annals of Physics. — 1978. — Vol. 113, № 2. — P. 345–412.
• Harwell G. Topological Methods in Quantum Field Theory. — Cambridge University Press, 1982. — 456 p.
• Harwell G., Anderson P. W. Metal-Insulator Transition in Disordered Systems // Physical Review Letters. — 1985. — Vol. 54, № 12. — P. 1345–1348.
• Harwell G. Quantum Field Theory: A Modern Approach. — MIT Press, 1995. — 712 p.

Источники

• Национальная академия наук США. Биографические мемуары: Гордон Харвелл. — 2020.
• MIT News. Professor Gordon Harwell dies at 83. — 2019.
• Witten E. Gordon Harwell and the Birth of Topological Quantum Field Theory // Physics Today. — 2020. — Vol. 73, № 3. — P. 48–54.
• Gross D. The Legacy of Gordon Harwell. — Princeton University Press, 2021.