Julian Schwinger

Julian Schwinger
Julian Seymour Schwinger, 1965

Julian Seymour Schwinger (* 12. Februar 1918 in New York; † 16. Juli 1994 in Los Angeles) war einer der führenden US-amerikanischen theoretischen Physiker. Zusammen mit Richard P. Feynman und Shinichirō Tomonaga erhielt er 1965 den Physik-Nobelpreisfür ihre grundlegende Leistung in der Quantenelektrodynamik, mit tiefgehenden Konsequenzen für die Elementarteilchenphysik“.

Inhaltsverzeichnis

Leben und Werk

Schwinger war auf physikalisch-mathematischem Gebiet frühbegabt. Er studierte am City College und an der Columbia Universität in New York, wo er bei Rabi 1939 promovierte. Er ging dann zu Robert Oppenheimer nach Berkeley und lehrte auch an der Purdue Universität. In den 1930er Jahren wurde er zu einem der führenden Theoretiker auf dem Gebiet der damals geradeboomendenKernphysik. Schon damals entwickelte sich seine Vorliebe, vor allem nachts zu arbeiten, wenn er ungestört war.

In der Kernphysik entwickelte er zum Beispiel die effective-range-Theorie 1950 und leitete aus dem Quadrupolmoment des Deuterons die Tensorkomponente der Kernkräfte ab und studierte deren Spin-Isospin Struktur.

Während des Zweiten Weltkriegs wirkte er amRadiaton Labdes MIT am Radar- Projekt. Er entwickelte die Theorie der Wellenausbreitung in Wellenleitern. Die dabei entwickelten Variationsmethoden wandte er später erfolgreich in der Quantenfeldtheorie und der Streutheorie (Arbeiten mit Lippmann, Physical Review 1950, „Lippmann-Schwinger-Gleichung“) an. Aus seiner Arbeit über Wellenleiter entstand 1968 das BuchDiscontinuities in wave guidesund das Buch mit MiltonElectromagnetic radiation- variational principles2006.

Nach dem Zweiten Weltkrieg wandte er sich der Quantenelektrodynamik (QED) zu und leitete als erster die wichtigen Vorhersagen der Theorie beim Lamb-Shift-Effekt und beim anomalen magnetischen Moment des Elektrons her (1948). Das Konzept der Renormierung der QED stammt im Wesentlichen von ihm, wurde aber auch unabhängig von Shinichirō Tomonaga in Japan entwickelt. SeineVariationsmethodenwaren zwar nicht so populär wie die Diagramm-Methoden Feynmans, aber nicht weniger mächtig. Man könnte sie alsdifferentiell“, von den Differentialgleichungen für Greensfunktionen ausgehend, beschreiben, im Gegensatz zu denIntegral“-Methoden Feynmans, wo die Greensfunktion alsPropagatorim Integranden vorkommt. Der immer höfliche Schwinger runzelte zwar manchmal die Stirn, wenn seine Studenten und Mitarbeiter die anschaulicheren Methoden Feynmans benutzten, ging aber darüber hinweg. Stichworte sind hier zum Beispiel die Schwinger-Dyson-Gleichungen.

In der langen Serie von ArbeitenTheory of quantized fields“ (Physical Review 1951-1954) entwickelte er seinen Zugang zur Quantenfeldtheorie („quantum action principle“) und führte nebenbei Grassmannvariable undcoherent statesein (die sein Schüler Glauber später untersuchte).

Er lehrte von 1945-1972 an der Harvard-Universität. Seine Vorlesungen in den 1930er bis 1950er Jahren waren legendär und er bildete auch eine große Schule theoretischer Physiker (im Gegensatz zu Feynman), darunter die Nobel-Preisträger Roy Glauber, Benjamin Roy Mottelson, Sheldon Glashow, Walter Kohn. Weitere Studenten und Doktoranden waren unter anderen Kenneth Johnson, Abraham Klein, Rohrlich, L.Brown, Karplus, Stanley Deser, Bryce DeWitt, Richard Arnowitt, Gordon Baym, Jeremy Bernstein, Merzbacher, Roger Newton, K.Milton.

In den 1950er Jahren wies er als erster auf die in der relativistischen Quantenfeldtheorie verborgeneeuklidische Strukturhin (Proceedings National Academy of Sciences 1958, 1959). Das wurde von Wolfgang Pauli zwar verspottet (im Sinne von einfachster Anwendung komplexer Zahlen: Drehung um 90 Grad durch Multiplikation miti“), erwies sich aber im Nachhinein als wichtige Beobachtung alle Rechnungen der Gittereichtheorien werden ineuklidischerFortsetzung des zugrundeliegenden Minkowskiraumes durchgeführt. Es gibt so eine Verbindung von relativistischen Quantenfeldtheorien und klassischer statistischer Mechanik.

Mit seinem Studenten Paul Martin legte Schwinger auch die systematischen Grundlagen für eine quantenfeldtheoretische Behandlung von Vielteilchen-Systemen der statistischen Mechanik (Physical Review Bd.115, 1959).

Nach Gell-Mann und Low entwickelte er auch die Bethe-Salpeter-Gleichung für gebundene Zustände zuerst in Vorlesungen in Harvard.

Er behandelte auch die Theorie der Beugung in Optik und Akustik mit Variationsmethoden (Arbeiten mit Levine, Physical Review 1948, 1949) und die klassische (und quantentheoretische) Theorie beschleunigter elektrischer Ladungen (Synchrotronstrahlung u.a., Physical Review 1949, er kam aber später mehrfach darauf zurück).

InLectures on angular momentumvon 1952 (publiziert in Biedenharn, van Damangular momentum1965) gab er eineBosonisierung“ (Darstellung durch harmonische Oszillatoren) der Drehimpulsalgebra.

In mehreren Arbeiten Ende der 1950er, Anfang der 1960er Jahre nahm er viele wichtige Entwicklungen der Elementarteilchenphysik vorweg. Er sagte als einer der ersten die Existenz verschiedener Neutrino-Arten voraus. Mit Rarita gab er schon 1941 die erste Quantentheorie von Spin-3/2-Teilchen (später wichtig in Supergravitation). Die Schwinger-Terme als Anomalien von Kommutatoren in der Quantenfeldtheorie sind nach ihm benannt (Physical Review Letters 1959).

Nach seinen eigenen Angaben (Selected works) behandelt er inTheory of fundamental interactions“ (Annals of Physics Bd.2, 1957, S.407) geladene schwere Vektormesonen, eine frühe elektroschwache Vereinigungstheorie (ähnliche Arbeiten führte Anfang der 1960er Jahre auch sein Schüler Glashow aus), chirale Transformationen, Higgs-Theorie, Vektor-Axialvektor Theorie.

In Physical Review Bd.125, 1962 und Bd.128, 1962 entwickelte er ein exakt lösbares Modell der Quantenfeldtheorie mit dynamischer Massenerzeugung (Schwinger-Modell).

In die 1960er Jahre fallen auch Arbeiten über magnetische Monopole, Dyons (sie tragen gleichzeitig magnetische und elektrische Ladung) und die Quantentheorie der Gravitation.

Immer wieder erwies er sich als Meister in der Entwicklung neuer Formalismen, wobei er allerdings immer auf engen Kontakt zu experimentell Beobachtbarem Wert legte. Seine Erfindung dersource theoryMitte der 1960er Jahre war ebenfalls ein Versuch, beobachtbare Größen im Formalismus in den Mittelpunkt zu rücken. In seinen Händen und denen seiner Schüler erwies sie sich als mächtiges Werkzeug, konnte sich aber insgesamt nicht durchsetzen (oder wird alsSpektraldarstellungverwendet). Er entwickelt die Theorie in drei BüchernParticles, sources and fields1970, 1973, 1989.

1972 ging er an die Universität von Kalifornien in Los Angeles.

In den 1970er Jahren versuchte er eine Interpretation der Quantenmechanik mit Hilfe dermeasurement algebrazu geben („Quantum kinematics and dynamics1970, „Quantum mechanics - symbolism of atomic measurements2001 (Englert Hrsg.)). Auch behandelt er mit seinen Schülern die verschiedenartigsten Probleme (vondeep inelastic scatteringin den Hochenergiestreuexperimenten bis zum Casimir-Effekt) mit seinersource theory“.

In den 1980er Jahren arbeitete er unter anderem über die statistische Theorie des Atoms („Thomas-Fermi-Theorie“) und entwickelte ab 1989 auch ein Interesse an den Arbeiten zurKalten Fusionvon Fleischmann und Pons, die sich im Nachhinein als fehlerhaft herausstellten. Schwinger behielt eine offene Einstellung zu diesem Gebiet und versuchte auch einige Publikationen unterzubringen. Als diese von führenden Fachzeitschriften zurückgewiesen wurden, sah er das als ungerechtfertigte Zensur und trat aus Protest aus der American Physical Society aus. Ein weiteres umstrittenes Gebiet, auf dem er zuletzt aktiv war, ist die Theorie der Sonolumineszenz, die er als dynamischen Casmireffekt zu verstehen suchte.

Schwinger war seit 1947 verheiratet.

Siehe auch

Literatur

Von Schwinger:

  • Selected works, 1977 (mit (sehr) kurzem Kommentar von Schwinger selbst)
  • Einsteins Erbe, Spektrum Verlag (populäres, aber dennoch exaktes Buch über Relativitätstheorie, zuerst 1985)
  • als Herausgeber: Selected papers on Quantumelectrodynamics, dover (zuerst 1957, die klassischen Arbeiten von ihm selbst, Schwinger, Feynman)
  • QED - an individual view, J. physics, Bd. 43, 1982, sowie in L. Brown, HoddesonThe birth of particle physics“, 1983

Über Schwinger:

  • Jack Ng (Hrsg.) Julian Schwinger, world scientific 1996 (mit Beiträgen u.a. von Freeman Dyson und Schwinger selbst, in der er George Green seinen Tribut erweistThe greening of quantum field theory -- George Green and I“)
  • Mehra, Milton Climbing the mountain -- the scientific biography of Julian Schwinger, Oxford 2000
  • Schweber QED and the men who made it, Princeton 1994
  • ders. The sources of Schwingers Greens functions, Proc.Nat.Acad. Bd.102, 2005, S.7783
  • Martin, Glashow, Nachruf in physics today Oktober 1995

Weblinks


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