Ki volt John Wheeler?

Tudjon meg többet az egyedülálló történetéről ebben a blogbejegyzésben. Leginkább a “fekete lyuk” és a “féreglyuk” kifejezések megalkotásáról ismert

Ki volt John Wheeler?

John Wheeler kiemelkedő amerikai elméleti fizikus volt, talán leginkább a “fekete lyuk”, a “féreglyuk” és számos más színes kifejezés megalkotásáról ismert. Az 1930-as években kidolgozta a részecskefizikában fontos “S-mátrixot”, és Niels Bohrral együtt dolgozott a maghasadás kvantumfizikai magyarázatán. Később kidolgozta a hideg és halott csillagok állapotegyenletét, segített népszerűsíteni az általános relativitáselméletet a mainstream elméleti fizikában, és megszilárdította a fekete lyukak elméletét és bizonyítékait. Együttműködött Albert Einsteinnel is a fizika nagy egységes elméletének keresésében.

John Archibald Wheeler 1911. július 9-én született a floridai Jacksonville-ben, az Egyesült Államokban, könyvtáros család legidősebb gyermekeként. A család sokat költözött, az évek során Floridában, Kaliforniában, Ohióban, Washington D.C.-ben, Marylandben és Vermontban éltek. A Baltimore City College-ba járt, ahol 1926-ban diplomázott, majd Karl Herzfeldnél tanult fizikát a Johns Hopkins Egyetemen. Doktori fokozatát 1933-ban szerezte meg a hélium diszperziójának és abszorpciójának elméletéről írt dolgozatával. Nem sokkal a diploma megszerzése után Koppenhágába költözött, ahol egy ideig Niels Bohrral, a kvantumelmélet forradalmának keresztapjával dolgozott. 1935-ben feleségül vette Janette Hegnert. Két lányuk (Alison Letitia) és egy fiuk (James) született, és hosszú életük során együtt maradtak.

1938-ban a Princeton Egyetem fizika professzora lett, ahol a második világháború megszakításával 38 éven át, 1976-ig maradt. A Princetonon töltött első éveiben vezette be a szórásmátrixot (vagy “S-mátrixot”), amely egy részecske kölcsönhatás kezdeti és végső állapotát hozza összefüggésbe, és amely a későbbiekben a részecskefizika nélkülözhetetlen eszközévé vált.

Wheeler jól ismerte Einsteint, és néha Einstein otthonában tartott szemináriumokat diákjaival. Amikor Bohr 1939-ben az Egyesült Államokba látogatott, a németországi maghasadás sikerének hírét hozva, ő és Wheeler együttműködtek az atom nagy hatású “folyékony csepp” modelljének kidolgozásában, amelyet először George Gamow javasolt, azzal a céllal, hogy megmagyarázza a maghasadás elméleti alapjait.

Sok más vezető fizikussal együtt Wheeler a második világháború alatt megszakította tudományos pályafutását, hogy a Washington állambeli Hanfordban a Manhattan-projekt részeként részt vegyen az amerikai atombomba kifejlesztésében. Többek között helyesen látta előre, hogy a “hasadási termékmérgek” (nevezetesen a xenon egyik izotópja) felhalmozódása a neutronok elnyelésével végül akadályozni fogja a folyamatban lévő nukleáris láncreakciót.

A háború után visszatért Princetonba, hogy folytassa tudományos pályafutását, és az 1950-es évek elején, amikor ez még nem számított elfogadható tudományterületnek, elkezdett kurzust tartani az einsteini gravitációról, bár sokáig ellenállt annak a gondolatnak, hogy a fizika törvényei elvezethetnek valami olyan látszólag abszurd dologhoz, mint a szingularitás. Mindazonáltal továbbra is a kormánynak dolgozott, és az 1950-es évek elején aktívan részt vett az amerikai hidrogénbomba fejlesztésében Los Alamosban és Princetonban (ahol ő volt felelős a Matterhorn-projekt létrehozásáért). Egy alkalommal, 1953-ban hivatalosan megrovásban részesült, mert látszólag elvesztett egy titkos dokumentumot a hidrogénbombáról. A nemzetvédelemmel, a vietnami háborúval és a rakétavédelemmel kapcsolatos kissé harcias nézetei gyakran ellentétesek voltak liberálisabb kollégái nézeteivel.

Amikor kormányzati kutatásai befejeződtek, Wheeler visszatért Princetonba, ahol későbbi éveiben Albert Einsteinnel dolgozott együtt a természet fizikai erőinek “egységesített mezőelméletén”. 1956-ban segített meghatározni a hideg, halott csillagok belsejében található anyagtípusokat a “Harrison-Wheeler állapotegyenlet a hideg, halott anyagra” segítségével, és megállapította, hogy ez főként vas, mivel a hatékony fúziós folyamat leáll, amikor a mag eléri ezt az állapotot. 1957-ben, miközben az általános relativitáselmélet kiterjesztésén dolgozott, bevezette a “féreglyuk” szót a téridőben lévő hipotetikus alagutak leírására.

Az 1950-es évek végén megfogalmazta a geometrodinamika elméletét, amely az összes fizikai jelenség (beleértve a gravitációt és az elektromágnesességet is) fizikai és filozófiai redukciójának programja a görbült téridő geometriai tulajdonságaira. Ezt az elméletet azonban az 1970-es évek elején feladta, mivel nem tudott megmagyarázni bizonyos fontos fizikai jelenségeket, például a fermionok (elektronok, müonok stb.) és a gravitációs szingularitások létezését.

A tanításnak mindig nagy jelentőséget tulajdonított, és még hírnevének megszerzése után is folytatta a fizikaoktatást első- és másodéves hallgatóknak, mivel meggyőződése volt, hogy a fiatal elmék a legfontosabbak. Energikus előadásairól volt ismert, mindkét kezével gyorsan írt a táblára, és forgolódott, hogy szemkontaktust teremtsen a diákjaival. Végzős diákjai között volt a 20. század végének néhány vezető elméletírója, köztük Richard Feynman, Kip Thorne és Hugh Everett.

Kiterjedten foglalkozott a gravitációs összeomlás elméletével, és általában neki tulajdonítják a “fekete lyuk” kifejezés megalkotását egy 1967-es előadáson a NASA Goddard Institute for Space Studies-ban (bár valójában a közönségből érkező kiáltás késztette erre). A cambridge-i Dennis Sciama és a moszkvai Jakov Boriszovics Zeldovics mellett Wheeler szerves része volt az 1960-as és 1970-es években az általános relativitáselmélet úgynevezett “aranykorának”, egy olyan paradigmaváltásnak, amelynek során az általános relativitáselmélet tanulmányozása (amelyet korábban kuriózumnak tekintettek) bekerült az elméleti fizika főáramába. Vezetése alatt a Princeton az einsteini gravitáció kutatásának vezető amerikai központjává vált. Az általános relativitáselmélet teljes tankönyve, a “Gravitation”, amelyet Charles Misnerrel és Kip Thorne-nal közösen írt, 1973-ban jelent meg, és egy generáció számára a legbefolyásosabb relativitáselméleti tankönyvvé vált.

Ellenstein halála után Wheeler folytatta a gravitációnak az egységes fizikai elméletben betöltött szerepének kutatását, és a kvantumgravitáció úttörőjévé vált. Ez vezetett ahhoz, hogy Bryce DeWitt-tel együttműködve kidolgozza a Wheeler-DeWitt-egyenletet, vagy ahogy Wheeler szerette nevezni, a “világegyetem hullámfüggvényét”. Wheeler színes szóhasználatának egyéb termékei közé tartozik a “fekete lyukaknak nincs szőrük” kifejezés (annak leírására, hogy a fekete lyukaknak tökéletes, egyszerűen meghatározható alakkal kell rendelkezniük, és nem lehet belőlük semmiféle vetület), “tömeg tömeg nélkül” (annak jelzésére, hogy a fizika alapegyenleteiből ténylegesen ki kell venni a tömeg minden említését), “bitből bit” (annak leírására, hogy az információ alapvető fontosságú az univerzum fizikájában, ahogyan a számítástechnikában is) és “kvantumhab” (a torz geometriájú habbá alakított téridő leírására).

1976-ban, a Princetonon kényszernyugdíjazással szembesülve Wheeler az austini Texasi Egyetemre költözött, ahol 1976-tól 1986-ig az Elméleti Fizikai Központ igazgatója volt. Ebben az időszakban (egészen pontosan 1978-ban) javasolta Thomas Young kettős rés kísérletének (és annak Richard Feynman általi későbbi finomításának) egy változatát, amelyet gyakran “késleltetett választás” kísérletként emlegetnek. Szerinte egy foton észlelése, még az UTÁN is, hogy áthaladt a kettős résen, elegendő lenne ahhoz, hogy megváltoztassa a kísérlet eredményét és a foton viselkedését. Következésképpen, ha a kísérletezők tudják, hogy a foton melyik résen halad át, akkor a foton részecskeként fog viselkedni, nem pedig hullámként, a hozzá kapcsolódó interferencia viselkedéssel. Ezt a némileg ellentmondásos hipotézist végül 2007-ben egy gyakorlati kísérletben igazolták.

Wheeler 1986-ban emeritus professzorként tért vissza a Princetonra, ahol a következő húsz évben maradt. Az úgynevezett “Minden mező” szakasza (amelyben a világegyetemet és benne az összes részecskét az elektromos, mágneses és gravitációs mezők, valamint magának a téridőnek a puszta megnyilvánulásainak tekintette) átadta a helyét a “Minden információ” szakasznak (amelyben arra az elképzelésre összpontosított, hogy a fizikai elmélet alapját a logika és az információ képezi). Elkezdett azon is spekulálni, hogy a fizika törvényei a biológiában a természetes szelekció általi evolúcióhoz hasonló módon fejlődhetnek, és megalkotta a “részvételi antropikus elv” kifejezést az antropikus elv azon változatának leírására, amely szerint a megfigyelők (azaz mi) szükségesek a világegyetem létrejöttéhez.

Wheeler az évek során számos kitüntetést kapott, többek között a Nemzeti Tudományos Érdemérmet, az Albert Einstein-díjat, az Enrico Fermi-díjat, a Franklin-érmet, a Niels Bohr Nemzetközi Aranyérmet és a Wolf Alapítvány díját. Az Amerikai Fizikai Társaság elnöke, az Amerikai Filozófiai Társaság, a Királyi Akadémia, az Accademia Nazionale dei Lincei, a Királyi Tudományos Akadémia és a Century Association tagja volt. 18 intézménytől kapott tiszteletbeli fokozatot.

Wheeler 2008. április 13-án, 96 éves korában tüdőgyulladásban hunyt el a New Jersey állambeli Hightstownban.

Növő cikkünkből többet megtudhat: Ki volt Subrahmanyan Chandrasekhar?

Leave a Reply

Az e-mail címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöltük