Loading AI tools
венгро-американский физик и математик Из Википедии, свободной энциклопедии
Юджин Пол Ви́гнер (англ. Eugene Paul Wigner) или Енё Пал Вигнер (венг. Wigner Jenő Pál , произносится [ˈviɡnɛr ˈjɛnøː ˈpaːl]; 17 ноября 1902, Будапешт — 1 января 1995, Принстон, США) — венгерско-американский физик-теоретик, внёсший вклад в математическую физику. Он получил американское гражданство в 1937 году и Нобелевскую премию по физике в 1963 году «за вклад в теорию атомного ядра и элементарных частиц, в частности, за открытие и применение фундаментальных принципов симметрии»[7], а так же Премию «За мирный атом» в 1959 году.
Юджин Вигнер | |||
---|---|---|---|
англ. Eugene Wigner | |||
Дата рождения | 17 ноября 1902[1][2][…] | ||
Место рождения | |||
Дата смерти | 1 января 1995[3][1][…] (92 года) | ||
Место смерти | Принстон, Нью-Джерси, США | ||
Страна |
Австро-Венгрия → США |
||
Род деятельности | математик, физик, преподаватель университета, физик-теоретик, учёный-ядерщик | ||
Научная сфера | физика | ||
Место работы | |||
Альма-матер |
|
||
Научный руководитель | Майкл Полани | ||
Награды и премии |
Премия памяти Рихтмайера (1955) Премия Энрико Ферми (1958) Медаль имени Макса Планка (1961) Лекция Джона фон Неймана (1966) Гиббсовская лекция (1968) Премия Эйнштейна (1972) |
||
Автограф | |||
Медиафайлы на Викискладе |
Выпускник Берлинского технического университета, Вигнер работал ассистентом у Карла Вайсенберга и Ричарда Беккера в Институте кайзера Вильгельма в Берлине и у Давида Гильберта в Геттингенском университете. Вигнер и Герман Вейль начали использовать теорию групп в физике, особенно теорию симметрии. Попутно он выполнил новаторскую работу в области чистой математики, в которой доказал ряд математических теорем. В частности, теорема Вигнера является краеугольным камнем математической формулировки квантовой механики. Он также известен своими исследованиями структуры атомного ядра. В 1930 году Принстонский университет нанял Вигнера вместе с Джоном фон Нейманом, и он переехал в Соединённые Штаты.
Вигнер участвовал во встрече с Лео Силардом и Альбертом Эйнштейном, результатом которой стало письмо Эйнштейна — Силарда, побудившее президента Франклина Д. Рузвельта инициировать Манхэттенский проект по разработке атомной бомбы. Вигнер опасался, что атомную бомбу первыми разработают немецкие учёные в Германии в рамках немецкого проекта создания ядерного оружия. Во время Манхэттенского проекта он возглавлял группу, задачей которой было проектирование ядерных реакторов для преобразования урана в оружейный плутоний. В то время реакторы существовали только на бумаге, и ни один реактор ещё не продемонстрировал эффективную цепную реакцию. Вигнер был разочарован тем, что на компанию DuPont была возложена ответственность за детальное проектирование реакторов, а не только за их строительство[почему?]. Он стал директором по исследованиям и разработкам в лаборатории Клинтона (Окриджская национальная лаборатория) в начале 1946 года, но был разочарован бюрократическим вмешательством со стороны Комиссии по атомной энергии и вернулся в Принстон.
В послевоенный период он работал в ряде государственных органов, включая Национальное бюро стандартов с 1947 по 1951 год, комиссию по математике Национального исследовательского совета с 1951 по 1954 год, комиссию по физике Национального научного фонда и влиятельный Генеральный консультативный комитет Комиссии по атомной энергии с 1952 по 1957 год и повторно с 1959 по 1964 год. В более позднем возрасте он заинтересовался философией и опубликовал свою самую известную за пределами технической математики и физики работу «Непостижимая эффективность математики в естественных науках».
Вигнер Енё Пал родился в Будапеште, Австро-Венгрия, 17 ноября 1902 года в еврейской семье, относящейся к среднему классу[8]. Его отец, Антал Вигнер (венг. Antal Wigner, 1870—1955), работал управляющим кожевенно-дубильного цеха; мать, Эржебет (венг. Erzsébet Einhorn Wigner, урождённая Айнхорн, 1879—1966), была домохозяйкой. Дед Вигнера по материнской линии был врачом в имении Эстерхази в Айзенштадте. У него была старшая сестра Берта, известная как Бири (англ. Biri), и младшая сестра Маргит (англ. Margit), известная как Манси (англ. Manci)[9], которая позже вышла замуж за британского физика-теоретика Поля Дирака[10]. Он получал домашнее образование у профессионального учителя до 9 лет и пошёл в школу в третьем классе. В этот период Вигнер проявил интерес к математическим задачам[11]. В возрасте 11 лет Вигнер заразился, по первоначальному диагнозу, туберкулезом. Родители отправили его жить на шесть недель в санаторий в австрийских горах, прежде чем врачи пришли к выводу, что диагноз был ошибочным[12].
Семья Вигнера была еврейской, но не религиозной. С 1915 по 1919 годы он учился в средней гимназии Fasori Evangélikus Gimnázium, школе, которую посещал его отец. Его сокурсником был Янош фон Нейман, который был на год младше Вигнера и учился в другом в классе. Они оба многое почерпнули из уроков известного учителя математики Ласло Ратца[13]. В гимназии Фашори было обязательным религиозное образование, и Вигнер посещал занятия по иудаизму[14]. В 1919 году, спасаясь от коммунистического режима Белы Куна, семья Вигнеров ненадолго бежала в Австрию, а после возвращения в Венгрию после падения Куна[15], обратилась в лютеранство. Позже Вигнер объяснял, что решение его семьи перейти в лютеранство было «в глубине души не религиозным, а антикоммунистическим» и отчасти вызвано привилегированным положением евреев при режиме Белы Куна.[16]. Сам же Вигнер был атеистом[17].
После окончания средней школы в 1920 году Вигнер поступил в Будапештский университет технических наук, известный как Műegyetem. Его не устроили предлагаемые курсы[18] и в 1921 году он поступил в Высшую техническую школу[англ.] Берлина (ныне Берлинский технический университет)[19], где изучал химическую технологию[20]. Вигнер также посещал дневные коллоквиумы Немецкого физического общества. В этих коллоквиумах принимали участие ведущие исследователи, включая Макса Планка, Макса фон Лауэ, Рудольфа Ладенбурга, Вернера Гейзенберга, Вальтера Нернста, Вольфганга Паули и Альберта Эйнштейна[21]. Вигнер также познакомился с физиком Лео Силардом, который сразу же стал ближайшим другом Вигнера[22]. Вигнер работал в Институте физической химии и электрохимии кайзера Вильгельма (Иститут им. Фрица Габера), и там он познакомился с Майклом Полани, который стал после Ласло Раца важнейшим учителем Вигнера. Он выступил руководителем Вигнера во время его работы над докторской диссертацией «Формирование и распад молекул» (нем. Bildung und Zerfall von Molekülen)[23]. В 1924 году Вигнер получил степень бакалавра, а в 1925 стал доктором технических наук[19].
Вигнер вернулся в Будапешт, где пошёл работать на кожевенный завод своего отца, но в 1926 году он принял предложение Карла Вайссенберга из Института кайзера Вильгельма в Берлине (Институт физики Общества Макса Планка). Вайссенберг хотел, чтобы кто-то помог ему в работе над рентгеновской кристаллографией, и Полани порекомендовал Вигнера. После шести месяцев работы ассистентом Вайссенберга Вигнер на два семестра перешёл на работу к Ричарду Беккеру. Занимался исследованиями в области квантовой механики, изучая работы Эрвина Шрёдингера. Он также углубился в теорию групп Фердинанда Фробениуса и Эдуарда Риттера фон Вебера[24].
Вигнер получил приглашение от Арнольда Зоммерфельда работать в Гёттингенском университете ассистентом математика Давида Гильберта. Эта работа оказалась разочарованием для него, поскольку математические способности престарелого Гильберта снизились, его интересы сместились в сторону логики. Тем не менее, Вигнер продолжил учёбу самостоятельно[25]. Он заложил основы теории симметрий в квантовой механике и в 1927 году ввёл то, что сейчас известно как D-матрица Вигнера[26]. Благодаря Вигнеру и Герману Вейлю, в квантовой механике начали широко использовать теорию групп. Вейль написал в 1928 году ставшую классической монографию «Теория групп и квантовая механика», но её было нелегко понять, особенно молодым физикам. Работа Вигнера «Теория групп и её приложения к квантовой механике атомных спектров» (1931 г.) сделала теорию групп доступной для более широкой аудитории[27].
В своих работах Вигнер заложил основы использования теории симметрии в квантовой механике[28]. Эта теория изменяла современную квантовую механику, теорема Вигнера, доказанная им в 1931 году, сейчас является краеугольным камнем математической формулировки квантовой механики. Теорема определяет, как физические симметрии, такие как повороты, трансляции и CPT-симметрия, представляются в гильбертовом пространстве состояний. Согласно теореме, любое преобразование симметрии представляется линейным и унитарным или антилинейным и антиунитарным преобразованием гильбертова пространства. В свою очередь представление группы симметрии в гильбертовом пространстве является либо обычным представлением, либо проективным представлением[29][30].
К 1929 году работы Вигнера привлекли внимание физиков. В конце 1930-х годов Вигнер расширил свои исследования атомных ядер. В 1930 году Принстонский университет нанял Вигнера на годичный курс лекций, с заработком в семь раз больше чем в Европе. В это же время в университет был принят фон Нейман. Енё Пал Вигнер и Янош фон Нейман совместно работали над тремя статьями в 1928 году и над двумя — в 1929 году. Они изменили свои имена на английский манер на «Юджин» (англ. Eugene) и «Джон» (англ. John) соответственно[31]. Когда их срок контракта истёк, университет предложил им пятилетний контракт в качестве приглашённых профессоров, при этом каждый год они должны были провести полгода в Принстоне и полгода на преподавательской позиции в Высшей технической школе. Это было очень своевременно, так как вскоре к власти в Германии пришли нацисты[32]. В Принстоне в 1934 году Вигнер познакомил свою сестру Манси с физиком Полем Дираком, за которого она вышла замуж[33].
Контракт Вигнера с университетом Принстона истёк в 1936 году[34]. С помощью Грегори Брейта Вигнер нашёл новую работу в Университете Висконсина. Там он познакомился со своей первой женой, Амелией Франк (англ. Amelia Frank), которая была студенткой-физиком. Однако она неожиданно скончалась в 1937 году, что привело Вигнера к глубокой депрессии. Позже, в 1938 году, он принял предложение Принстонского университета вернуться на кафедру[35]. Вигнер стал натурализованным гражданином Соединенных Штатов 8 января 1937 года и перевёз в эту страну своих родителей[36].
Несмотря на его собственное признание в том, что он был не знатоком в политике, 2 августа 1939 года Вигнер участвовал во встрече с Лео Сцилардом и Альбертом Эйнштейном, результатом которой стало письмо Эйнштейна — Сциларда, побудившее президента Франклина Д. Рузвельта инициировать Манхэттенский проект по разработке атомного оружия[37]. Вигнер опасался, что немецкий проект по созданию ядерного оружия окажется успешным и Германия может победить во Второй мировой войне, поэтому отказался предоставить отпечатки пальцев, так как они могли использоваться для идентификации его личности[38]. «Мысли об убийстве», — вспоминал он позже, — «чудесным образом сосредотачивают ваш разум»[38].
4 июня 1941 года Вигнер женился во второй раз на Мэри Аннетт Уилер (англ. Mary Annette Wheeler), профессоре физики из Вассарского колледжа, защитившей докторскую диссертацию в Йельском университете в 1932 году. После войны она преподавала физику на факультете Дуглас-колледжа Ратгерского университета в Нью-Джерси, пока не вышла на пенсию в 1964 году. В браке родилось двое детей — Дэвид Вигнер (англ. David Wigner) и Марта Вигнер Аптон (англ. Martha Wigner Upton)[39].
Вигнер работал в Металлургической лаборатории Чикагского университета с 1942 по 1945 год, где совместно с Энрико Ферми участвовал в строительстве первого атомного ректора[40]. Во время работы над Манхэттенским проектом Вигнер руководил командой, в которую входили Дж. Эрнест Уилкинс-младший, Элвин М. Вайнберг, Кэтрин Уэй, Гейл Янг и Эдвард Кройц. Задача группы заключалась в разработке промышленных ядерных реакторов, которые могли преобразовывать уран в оружейный плутоний. В то время реакторы существовали только на бумаге, реальную цепную реакцию осуществить ещё не удавалось. В июле 1942 года Вигнер выбрал консервативную конструкцию реактора мощностью 100 МВт с графитовым замедлителем нейтронов и водяным охлаждением[41], и в первом в мире атомном реакторе Чикагская поленница-1 произошла контролируемая цепная ядерная реакция[42].
Вигнер был разочарован тем, что компания DuPont отвечала не только за строительство реактора, но и за детальное проектирование. Он пригрозил уйти в отставку в феврале 1943 года, но его отговорил начальник Металлургической лаборатории Артур Комптон, который вместо этого отправил его в отпуск. Как оказалось, конструктивное решение DuPont оборудовать реактор дополнительными загрузочными трубами для большего количества урана спасло проект, когда появилась проблема с нейтронным отравлением[43]. Без дополнительных труб реактор мог работать только на 35% от проектной мощности, пока не сгорели бы примеси бора в графите и не было произведено достаточно плутония для работы реактора на полной мощности, что отбросило бы проект на год назад[44]. В 1950-х годах Вигнер работал на компанию DuPont на участке Саванна-Ривер[43]. Вигнер не чувствовал вины в том, что вместе с другими учёными работал над Манхэттенским проектом и иногда высказывал сожаление о том, что атомная бомба не была создана на год раньше[45]. В марте 1945 года от имени физиков, участвующих в программе по созданию атомной бомбы, Лео Сцилард составил меморандум, в котором учёные выступали против немедленного применения атомной бомбы, этот документ подписал и Вигнер[46].
Важным открытием, сделанным учёным во время работы над проектом, был эффект Вигнера (распухание графитового замедлителя, вызванного смещением атомов из-за действия нейтронного излучения)[47], который был серьёзной проблемой для реакторов на Хэнфордском комплексе в послевоенный период и привёл к сокращению производства и полной остановке реактора[48]. В конце концов было обнаружено, что его можно нивелировать путём контролируемого нагрева и отжига[49].
Благодаря финансированию Манхэттенского проекта, Вигнер и Леонард Эйзенбуд также разработали общий подход к ядерным реакциям, теорию R-матрицы Вигнера — Эйзенбуда. Работы по этой теме были опубликованы в 1947 году[50].
В начале 1946 года Вигнер занял должность директора в лаборатории Клинтона (Ок-Риджская национальная лаборатория) в Ок-Ридже, штат Теннесси. Поскольку он не хотел выполнять административные обязанности, он стал содиректором лаборатории, а Джеймс Лам взял на себя административную работу в качестве исполнительного директора[51]. Когда созданная в начале 1947 года Комиссия по атомной энергии (КАЭ) стала ответственной за работу лаборатории, Вигнер опасался, что многие технические решения будут приниматься в Вашингтоне[52]. Он также рассматривал продолжение использования армией политики безопасности военного времени в лаборатории как «назойливую оплошность», мешающую исследованиям[53]. Один из таких инцидентов произошёл в марте 1947 года, когда КАЭ обнаружила, что учёные Вигнера проводят эксперименты с критической массой урана-235, когда директор Манхэттенского проекта генерал-майор Лесли Р. Гроувс-младший запретил подобные эксперименты в августе 1946 года после смерти Луи Слотина в Лос-Аламосской лаборатории. Вигнер предлагал отменить приказ Гроувза, но был вынужден прекратить эксперименты, несмотря на то, что они полностью отличались от того, в результате которого погиб Слотин[54].
Чувствуя себя неподходящим для управленческой роли, он покинул Ок-Ридж в 1947 году и вернулся в Принстонский университет[55], хотя много лет оставался консультантом Ок-Риджа[52]. В послевоенный период работал в ряде государственных органов, включая Национальное бюро стандартов (с 1947 по 1951 год), комиссию по математике приНациональном исследовательском совете (с 1951 по 1954 год), комиссию по физике Национального научного фонда и влиятельную Генеральный консультативный комитет Комиссии по атомной энергии (с 1952 по 1957 год и повторно с 1959 по 1964 годы)[56]. Он также внёс свой вклад в гражданскую оборону[57].
Ближе к концу жизни интерес Вигнера сместился к философии. В 1960 году он опубликовал ставшую классической статью по философии математики и физики, ставшую самой известной его работой за пределами технической математики и физики под названием «Непостижимая эффективность математики в естественных науках»[58]. Он утверждал, что биология и познание могут быть источником физических понятий — того, как мы, люди, их воспринимаем. Вигнер считал, что счастливое совпадение, заключающееся в том, что математика и физика так хорошо согласованы, кажется «неразумным» и трудно объяснимым[58]. Его оригинальная статья вызвала и вдохновила множество откликов в самых разных дисциплинах. Среди них были Ричард Хэмминг по информатике[59], Артур Леск по молекулярной биологии[60], Питер Норвиг по интеллектуальному анализу данных[61], Макс Тегмарк по физике[62], Айвор Граттан-Гиннесс по математике[63] и Вела Велупиллаи в экономике[64].
Обращаясь к философским вопросам теории квантовой механики, Вигнер разработал мысленный эксперимент (позже названный парадоксом друга Вигнера), чтобы проиллюстрировать свою веру в то, что сознание лежит в основе процесса квантово-механических измерений. Таким образом, он следовал онтологическому подходу, который ставит человеческое сознание в центр мироздания: «Всё, что квантовая механика пытается предоставить, — это вероятностные связи между последующими впечатлениями (также называемыми» апперцепциями) сознания"[65].
Под измерениями понимаются взаимодействия, которые создают впечатления в нашем сознании (и в результате модифицируют волновую функцию «измеряемой» физической системы) — идея, получившая название интерпретации «сознание вызывает коллапс».
Хью Эверетт III (ученик Вигнера) описал мысленный эксперимент Вигнера во вступительной части своей диссертации 1957 года как «забавную, но крайне гипотетическую драму»[66]. В раннем наброске работы Эверетта можно также найти рисунок ситуации «Друга Вигнера»[67], который следует рассматривать как первое свидетельство на бумаге существования мысленного эксперимента, первоисточником которого был Вигнер. Это говорит о том, что Эверетт, по крайней мере, обсуждал эту проблему с Вигнером.
В ноябре 1963 года Вигнер призвал выделить 10 % бюджета национальной обороны на убежища от ядерных взрывов и ресурсы для выживания, утверждая, что такие расходы будут менее дорогостоящими, чем разоружение. Вигнер счёл вывод недавнего исследования Вудс-Хоула о том, что ядерный удар убьёт 20 % американцев очень скромным прогнозом, и что страна сможет оправиться от такой атаки быстрее, чем Германия оправилась от разрушений Второй мировой войны[68].
Вигнер был удостоен Нобелевской премии по физике в 1963 году «за вклад в теорию атомного ядра и элементарных частиц, в частности, за открытие и применение фундаментальных принципов симметрии»[7]. В том же году денежная премия была разделена между несколькими лауреатами, другая половина награды была разделена между Марией Гепперт-Майер и Дж. Хансом Д. Йенсеном[7]. Вигнер заявил, что никогда не рассматривал такую возможность и добавил: «Я никогда не ожидал, что моё имя попадёт в газеты, не совершив чего-нибудь злого»[69]. Он также получил медаль Франклина в 1950 году[70], премию Энрико Ферми в 1958 году[71], премию «Атом во имя мира» в 1959 году[72], медаль Макса Планка в 1961 году[73], Национальную научную медаль США в 1969 году[74], премию Альберта Эйнштейна в 1972 году[75], премию «Золотая пластина» Американской академии достижений в 1974 году[76] и одноимённую медаль Вигнера в 1978 году[77]. В 1968 году Вигнер был удостоен Гиббсовской лекции[78][79].
Его жена Мэри умерла в ноябре 1977 года[80][81]. В 1979 году Вигнер женился в третий раз на Эйлин Клэр-Паттон (Пэт) Гамильтон (англ. Eileen Clare-Patton (Pat) Hamilton), вдове физика Дональда Росса Гамильтона, декана Высшей школы Принстонского университета, умершего в 1972 году[82]. В возрасте 90 лет он опубликовал свои мемуары «Воспоминания Юджина П. Вигнера с Эндрю Сэнтоном». В них Вигнер сказал: «Полный смысл жизни, коллективный смысл всех человеческих желаний — это, по сути, тайна, недоступная нашему пониманию. В молодости меня раздражало такое положение дел. Но к настоящему времени я смирился с этим. Я даже чувствую определённую честь быть связанным с этой тайной»[83]. В своём сборнике эссе «Философские размышления и синтезы» (1995) он отмечал: «Невозможно было сформулировать законы квантовой механики полностью последовательным образом без привязки к сознанию»[84].
Вигнер умер от пневмонии в Университетском медицинском центре в Принстоне, штат Нью-Джерси 1 января 1995 года[85]. У него остались жена Эйлин (умерла в 2010 году) и дети Эрика, Дэвид и Марта, а также его сёстры Берта и Маргит[75].
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.