Gerardus ‘t Hooft – Профессор теоретической физики

«Человек, который знает все». Это, по сообщениям, было моим ответом школьному учителю, спрашивающему меня, чем я хотел бы стать, когда я расту. Мне было восемь лет, или поблизости, и что я хотел сказать, был «преподаватель», но, все еще не зная все, я забыл то слово. И то, что я действительно имел в виду, было «ученым», кто-то, кто распутывает тайны основных законов Природы.

Это, возможно, не было таким странным желанием. Наука, в конце концов, была в моей семье. Примерно в то время, 1953, мой двоюродный дед, Фритты Зернайк заработал свою Нобелевскую премию по работе, которая привела его к изобретению микроскопа контраста фазы. Он разработал теорию и единолично построил его микроскоп, с которым он ошеломил биологов, показав им движущиеся изображения живой клетки. Моя бабушка, сестра Зернайка, раньше говорила нам истории о ее брате, когда они были молоды. Однажды, например, он купил телескоп на местном рынке. Той ночью полиция приехала в их дверь, чтобы предупредить ее родителей, что были «цинковые воры на их крыше»; это были Фритты, однако, испытывая его новый телескоп и изучая небеса. Она сама вышла замуж за своего преподавателя, известного зоолога, Питера Николаса ван Кампена в Университете Лейдена. Я никогда не знал его, он скончался после длинной болезни, когда моей матери было восемнадцать лет.

Мой дядя, Николас Годфрид ван Кампен был назначен профессором Теоретической Физики в государственном университете Утрехта. Моя мать не выбирала научную карьеру. «Это никогда не подходило», говорит она теперь, добавляя, что на самом деле математика и наука не были особенно трудными для нее в школе, но быть девочкой, Вы не признаете, что Вам на самом деле понравились такие предметы. Она шла в художественную школу, но позже достигла степени в области французского языка, и теперь она учит что язык в частном классе.

Действительно ли это было окружающей средой или было им в моих генах, чтобы принять решение стать физиком? Моя бабушка обожала ученых и которым она, возможно, далее определила мой выбор, но я думаю, что мой ум был составлен задолго до того, как я мог говорить. Снимок был сделан меня, в возрасте двух лет, изучив колесо. Я не помню событие, конечно, но я действительно не забываю очаровываться колесами, когда другие дети просто бежали вокруг, играя. Мои очень самые ранние воспоминания о том, чтобы быть одержимым явлениями, которые я наблюдал. Я наблюдал за муравьями, ползающими в песке, и задался вопросом, на что была бы похожа жизнь, если бы Вы были муравьем. Вы были бы в состоянии войти в самые крошечные места между галькой, и те будут столь же большими как здания для Вас. Но, я понял, жизнь муравья должна полностью отличаться от нашей. Все еще будучи малышом я видел однажды, как колеса двух детских велосипедов, которые были перевернуты, тронули друг друга. Если бы Вы крутите одно колесо, другой начал бы вращаться также. Вы можете заставить одно колесо повернуться, вращая другой. Принцип передачи. Как захватывающая Природа. Мне было хорошо более чем два года, прежде чем я начал говорить. Это было, потому что были настолько более интересные вещи, которые я хотел понять, чем общаться с людьми? Я также опаздывал в чтении и письме. Это, я помню, было то, потому что я думал, читая предназначенную способность расшифровать почерк моей матери.

Хотя родились в Ден-Хелдере, я провел свое детство в Гааге с моими родителями, моей старшей сестрой, которая поменяла ее официальное имя Элис в Ita, как только она могла говорить, и моя младшая сестра Агнес. Мой отец получил степень в Делфте в военно-морской разработке. Он сделал свою карьеру в верфях больших океанских крейсеров Голландии-американской Строки. Он раньше говорил о гигантах «Maasdam» и «Rijndam» как его суда. Тогда в течение долгого времени он работал в нефтяной компании, пока у него не было достаточного количества этого. Как его отец, он любил, отправляет и вся высокотехнологичная промышленность, имеющая отношение к морю. Замечая мой интерес к природным явлениям, он думал, что будет легко получить меня заинтересованный разработкой также. Он купил меня книги о судах и автомобильных двигателях, которых я никогда не касался. «Те вещи были уже изобретены кем-то еще», я возразил. «Я хочу исследовать Природу и обнаружить новые вещи».

Когда мне было восемь лет, моя семья, перемещенная в течение десятимесячного периода в Лондон, Англия, где впервые я был вынужден справиться с иностранным языком, английским языком. Слишком поздно мои родители обнаружили, что отправка их детей в частную школу потребует регистрации три года или более вперед. Мы шли в государственную школу. Школьная форма не требовалась, но на одежде были строгие инструкции. Один холодный день я ввел школу в длинные брюки. Мне позволили войти, потому что я был иностранцем, и они всегда были очень любезны мне, но шорты, достигая до колена, были нормой для школы. В летнее время, в течение выходных, мы совершили бы долгие поездки в красивой сельской местности. Казалось, что весь дождь в Англии упал в течение выходных. Я видел свои первые горы, то есть, холмы, более высокие, чем 100 метров, которые едва существуют в Нидерландах. Я был взволнован, чтобы заметить, что стволы дерева растут вроде силы тяжести и игнорируют направление наклона. Я также заметил некоторые принципиальные различия в английской и голландской архитектуре, так, чтобы, если Вы показываете мне некоторые здания, старые или новые, я мог немедленно сказать голландские и английские обособленно.

Мой отец сделал больше денег чем обычно, и это предоставило ему, чтобы купить меня некоторые дорогие коробки Конструктора. Это была одна из отличных вещей, которые он сделал для меня. Однако я должен был заключить сделку со своим отцом. Переменно, я построил бы модель, описанную в книге, и затем построил бы что-то из моего собственного воображения. Он думал, что модели в книге были более поучительными, но я предпочел свое собственное воображение. Самыми фантастическими вещами, которые я построил, были роботы, которые я мог убедить, чтобы взять что-то, хотя бесконечное усердие было необходимо для этого.

После начальной школы я шел в Лицей Далтона, также в Гааге. Это – школьная система, где студентам дают дополнительные часы для изучения материала домашней работы в присутствии учителей, и это работало хорошо на меня. После одного года выбор состоял в том, чтобы быть сделан между неклассическим и классическим продолжением, классическим включая древнегреческий и латынь, которая займет один год больше, и это было бы более требовательно. Мой дядя сказал, что выбор будет несущественным. «Вам не нужны латинский и греческий язык для физики», сказал он, «но это не делает ничего плохого также». Я принял решение взять проблему. Почему? Я думаю, что не мог выдержать идею, что некоторые дети изучат вещи, которые я не знал. Я никогда не сожалел о выборе.

Мой отец купил меня книга о радиоприборах, и это действительно интересовало меня. «Вы знаете, Джерард», когда-то сказал одноклассник мне, «никто в мире не понимает, как радио работает». Это я счел трудным верить. «Посмотрите на все те вещи внутри», сказал я, «парень, который проектировал, у которого, должно быть, была некоторая идея». Но если был кто-либо не понятые тайны, я собирался узнать о них, которые я обещал сам. У радио в книге были лампы в нем, диоды, триоды, пентоды. Позже я узнал, что транзисторы работают тот же самый путь, и Вы могли купить наборы с полными инструкциями, как собрать радио. Я никогда не строил бы радио, прежде чем я понял, почему оно должно было быть собрано точно этот путь. Да ведь например, дизайнер всегда подавлял бы силу увеличения транзистора обратной связью? Я пытался сделать усилитель с меньшим количеством транзисторов и никаким подавлением. Вы можете сделать радио со всего одним транзистором и для высокой частоты и для низкочастотного сигнала? Я изучил ответы на все эти вопросы.

Из современных языков англичане, французский и немецкий язык, помимо нидерландского языка, были обязательны. Я испытал трудности с логикой лингвистических аргументов и кроме того, текстов, которые мы должны были перевести, были таковы, что даже на моем собственном языке я мог едва понять то, о чем они были. Но я справился, и теперь я рад, что могу общаться с жителями основной части Европы.

Настолько легче была математика (которых было удивительно очень: алгебра, анализ, тригонометрия, stereometry), физика и химия. Мой учитель физики был дружелюбным, человеком средних лет с маленькой бородой и мягким голосом. Он учил физику с помощью книги, что он и другой учитель в нашей школе написали, и который использовался по всей стране. Это было нормальным и педагогическим, но не всегда одинаково точным. Где жидкости были обсуждены, это объяснило, что у сечения крыла самолета есть «форма капельки», потому что «капельки принимают форму наименьшего сопротивления». В другом месте радуга получена, и там капельки были сферическими.

Быть педагогическим было высоко на приоритетном списке моего учителя. Но он также вдохновил нас и заставил нас думать. «Если бы были какие-либо настоящие гении в этом классе», то сказал бы он, «тогда они, возможно, спорили следующим образом…». Но тогда, он уверил нас, в этом классе не было, конечно, никаких настоящих гениев. Затем была интересная страница в его книге о фотонах. «Лампочка испускает приблизительно 109 фотонов в секунду», сказала она. Аргумент был прост. «У единственного фотона есть пакет волны приблизительно 10-9 секунд длиной. Если бы было намного больше чем 109фотонов, то для каждого фотона, вибрирующего таким образом, Вы могли найти другой фотон, вибрирующий в противоположном направлении. У Вас было бы разрушительное вмешательство, и таким образом, не будет никакого света». У меня были длинные споры с ним об этом. Наконец, с помощью моего дяди, мы могли уладить вещи. Эта страница не появляется в более поздних выпусках книги.

Биология преподавалась пожилой леди, слишком доброй для этого мира. Она никогда не давала бы никому подводящему отметки, если кто-то действительно не попросил его, но высокие оценки были также редки. Мои отметки быстро понизились, когда уроки стали скучными, такие как обсуждение образцов симметрии в цветах (я думал, что симметрия никогда не была прекрасна так или иначе) или непостижима, когда человеческое тело было обсуждено (некоторые части были едва упомянуты, кроме внешних часов среди учеников, и были вещи, которые никто не мог объяснить мне, и я не смел спрашивать).

Затем один из консультационных дней учителя, мой отец заметил, что ни один из родителей не хотел говорить с нашим учителем биологии, так как она никогда не заставляла никого потерпеть неудачу. Он ступил к ней и сказал: «Вы знали профессора П.Н. ван Кампена?» Конечно, она сделала, конечно она сделала, она посетила все его лекции. Он был таким ученым, он был так умен! Джерард – действительно свой внук? Если только знали ее! На следующий день она начала с зоологии. Я был уделенным особым вниманием. Внук ван Кампена! Мои сорта взлетели. Она дала мне назначение, чтобы написать тезис. Я принял решение написать о бактериях. У нашей местной библиотеки ничего не было о бактериях. Одна довоенная книга была там, написана на немецком языке в готических письмах. Я все еще не знаю, как мне удалось произвести тезис с помощью этого. Но это не имело значения. Мой сорт для него был превосходен.

Мне повезло наличия восторженного художественного учителя. Я подозреваю, что это было только из-за моего хорошего геометрического понимания, что я мог сделать довольно реалистические рисунки. Но моя мать определила слабые места в моем искусстве. Если Вы хотите потянуть человеческое лицо или тело, Вы должны знать точно, как кости и мышцы идут, она сказала, иначе Вы делаете все это неправильно, и это не выглядит хорошим. Я был слишком застенчив, чтобы сделать тщательное исследование человеческих тел, и таким образом, я специализировался на животных и пейзажах. Это никогда не будет делать меня очень хорошим художником, я решил.

Когда мне было десять лет, я столкнулся со своим первым фортепьяно. Мы были в отпуске на холмах на юго-востоке Бельгии. Непрерывно шел дождь в течение всех двух недель. В доме, который мы арендовали, было старое фортепьяно в нем. Было несколько книг с некоторыми песнями в них. Мой отец объяснил, как примечания касаются ключей на инструменте. «Остальные Вы можете выяснить, считая». Оба моих родителя пострадали от обязательных уроков игры на фортепиано, когда они были молоды, и намеревались не подвергнуть любого из своих детей к такому мучению. Но теперь, когда я хотел их, я мог получить свои уроки игры на фортепиано. У меня был частный учитель. Она была жестка. У нее самой были уроки от известного голландского пианиста Cor de Groot, и она хотела, чтобы я достиг подобных высот. Я должен был играть гаммы. Это поразило ее, что в первый раз я пытался играть масштаб одновременно с левой и правой рукой, я, тем не менее, имел верное представление, чтобы переключить пальцы, левые и правые в различные моменты. «Большинство людей сначала делает эту несправедливость», сказала она. Она преподавала мне Бетховена, Шопена, Дебюсси, Мендельсона и многих других. Большая часть его была слишком трудной для меня, но я все еще играю многие части, и фортепьяно стало частью моей жизни.

В 16 лет возможность предлагалась, чтобы участвовать на голландской Национальной Математической Олимпиаде. Это был второй раз, когда олимпиада была проведена. Я передал легко первый раунд; только, будучи возбужденным я неправильно читал первое осуществление, которое было сделано правильно большинством других участников. Но я преуспел с другими, и таким образом, я ехал приблизительно с 100 schoolkids в Утрехт для следующего раунда. Это было жесткое, и я пропустил несколько вопросов. На непредусмотрительности вопросами были очень хорошие, и я только пропустил их из-за отсутствия строгого математического обучения. Сегодня, вопросы о математике выражены такими неловкими способами, пересыщенными с педагогической ерундой, что я, вероятно, пропущу их всех.

Так или иначе стало неожиданностью, когда во время школьных каникул моя младшая сестра приехала, мчась ко мне. «Мы искали Вас везде», сказала она, «Вы среди первых десяти!» Точный заказ все еще держался в секрете. Мы приехали в Утрехт, чтобы узнать, что я получил второй приз. Это состояло из двух объемов книги Георга Полиы, «Mathematik und Плосибльз Шлиссен», и я пожрал их. Это было математикой вида, который я любил очень. Они, должно быть, видели по тому, как я ответил на вопросы, что это было математикой к моей симпатии. Это содержало, среди прочего, теоремы Эйлера для многоугольников в трехмерном пространстве, и это знание окажется довольно удобным позже в моей карьере. Я, возможно, был номером один на этой Олимпиаде, если бы я не завалил первое упражнение в первом раунде, но тогда, вероятно, другие также сделали преодолимые ошибки.

Выпускные экзамены в средней школе, 1964, были жестки. Моей единственной настоящей проблемой были языки, но Что насчет биологии? Высокие отметки, данные моим учителем, были смешны. Биология была бы исследована устно, и на этот раз будет профессор университета биологии, который независимо судил бы ответы. Когда я ввел комнату, первая вещь, которую мой учитель сказал профессору университета, была: «Теперь это – внук профессора ван Кампена! «Его лицо прояснилось, ‘Действительно?», сказал он, он следовал за всеми лекциями Ван Кампена. Такой блестящий зоолог. И вот его внук. Он должен быть очень умным. Они спросили что-то о некоторой неясной губке. Я неопределенно помнил текст в книге и пытался воспроизвести его. «Да, Да!», кричали они, «и иногда сказано, что …» и затем прибыл реальный текст, который я практически забыл. Они дали мне 10 из 10. Я с удовольствием посвящаю этот результат памяти о моем дедушке.

Я сдал экзамен и шел в государственный университет Утрехта. Лейден был ближе к Гааге, но мой дядя преподавал в Утрехте, и его лекции, за которыми я желал следовать. Мой отец настоял, чтобы я стал участником самой элитной студенческой организации, Утрехт Корпус Studenten. Новички были побриты смелые. Это было на самом деле одной из меньших оскорбительных вещей, которые они сделали; пожилые студенты развивали специальное умение при оскорблении их новичков. Некоторые новые студенты уже были в военной службе; для них это было все слишком знакомо, и у них не было проблемы. Но меня было легко взломать, и они могли высмеять мое отсутствие интереса к чему-либо кроме науки. «Таким образом, Вы написали тезис о бактериях? Что виды бактерий там?» Это был пожилой студент медицины, который задал вопрос. Когда я упомянул spirochetes, он спросил: «и какая болезнь вызвана ими?» Я знал то, что он хотел услышать. «Сифилис», сказал я. Его мнение было то, что я должен войти в медицину, не физику.

Но теперь я был около Теоретического Института Физики. Я арендовал комнату просто за углом. Теоретическая Физика заняла три смежных здания напротив канала. Одно из зданий принадлежало леди, которая представилась как графиня. Был некоторый спор относительно того, была ли она действительно тем. В летнем периоде, когда Вы открыли окна, курица будет прыгать в из сада и технической победы столы. У сотрудников были бы кофе, ланч и обсуждения в подвале. Через узкое окно Вы видели ноги пешеходов, проходящих мимо. В более ранние дни подвал, вероятно, использовался проститутками. Конечно, я был только студентом первого курса, и я, как предполагалось, не вошел здесь. Но как правило, мой дядя предложил мне войти, и я обожал обсуждения и смех.

Студенческая организация вынудила меня провести время также на других вещах помимо физики, которая была точно, почему мой отец хотел, чтобы я стал участником. Я был рулевым шлюпки в их знаменитом Гребущем Клубе, Тритоне, где я ценился, потому что я мог держать их лодки, курсирующие в прямых линиях. Был студенческий научный клуб обсуждения, «Христиан Гюйгенс», где у меня есть много любящих воспоминаний, и вместе с некоторыми другими студентами, я разделил национальный конгресс для научных студентов. Но это было также в студенческих клубах, где я учился ненавидеть бесконечные встречи и бессмысленные обсуждения. Особенно студенческие восстания 60-х, которые я счел глупым и я держал на самом отличном расстоянии.

Я хотел войти в то, что я рассмотрел как сердце физики, элементарных частиц. К сожалению, мой дядя развивал неприязнь к предмету. Люди в той области очень агрессивны, он предупредил. Он также исследовал элементарные частицы, получив то, что математические последствия имеют то, что никакая информация не может пойти быстрее, чем свет. Вы находите уравнения, он объяснил, названный отношениями дисперсии, но они не говорят Вам все о частицах. Он написал несколько статей, придирчиво получив эти последствия. «И что произошло? Другие написали десятки работ, полных неоправданных предположений, неаккуратных аргументов и невероятных результатов. Но были столь многие из тех бумаг, это только они получили все цитаты». Он думал, что статистическая физика была больше к его симпатии.

Был недавно назначенный профессор Теоретической Физики, который действительно специализировался на субатомных частицах, Мартинусе Велтмене или Тини, как его обычно называли. Когда время настало, что я должен был написать студенческий тезис, где-нибудь в 1968, он был человеком, чтобы советовать мне и судить меня для него. Велтмен естественно думал, что те мои высокие отметки были только из-за моих семейных традиций, и если бы я хорошо работал, ему сначала было бы нужно некоторое убеждение. Это даже не беспокоило меня, все, что я хотел, был, узнают об элементарных частицах, и если он не думал большая часть обо мне, пусть будет так. Первые вещи сначала, сказал он. Вот статья К.Н. Янга и Р.Л. Миллза. Этот материал Вы должны знать.

Теперь это было блестящей газетой. Это было красиво, изящно и уникально. Но это также считалось бесполезным. «Это описывает частицы, которые не существуют в природе», объяснил Велтмен, «но в некоторой измененной форме, они могли бы». Какая измененная форма? Такому же студенту Велтмен дал назначение, чтобы изучить непосредственную ломку симметрии. Было много беспорядка относительно так называемой теоремы Голдстоуна. Джеффри Голдстоун произошел, та непосредственная ломка симметрии подразумевает существование невесомых частиц. Непосредственная ломка симметрии не могла быть разрешением проблемы Заводов Яна, потому что такие невесомые частицы не существуют. Позже, это было бы признано как просто еще один пример слишком большого количества обожания для абстрактных математических теорем; люди не потрудились читать мелкий шрифт, где Голдстоун ясно сказал, когда его теорема не применяется. Я рад, что проигнорировал проблему; я не понял, почему люди думали, что были невесомые частицы, если я не видел никого в уравнениях.

Мое назначение должно было изучить так называемую аномалию Адлера-Белл-Джекива. Это было предметом, в который был вовлечен Велтмен. У него была формальная теорема, говоря, что нейтральные пионы не могут распасться в фотоны. Но когда Вы на самом деле вычисляете распад, Вы находите, что он должен произойти. И экспериментальные данные соглашаются с этим: нейтральные пионы распадаются преимущественно в фотоны. Что-то неправильно с формальной теоремой. Это было основано на некорректной математике. Недостаток был чем-то очень интересным, и это продолжит играть интересную роль позже в физике элементарных частиц. Были связанные проблемы с частицей ЭТА. Это распадается в три пиона, в то время как это не было должно. Разрешение этой проблемы было все еще совершенно неизвестно.

Они говорят, что организация студенческого конгресса вызывает одну задержку года Ваших исследований. Но я никогда не прекращал думать о физике, и я мог начать свои исследования доктора философии в 1969. В Голландии доктор философии – очень серьезный вопрос. Я помнил своего учителя физики, являющегося настолько гордящимся его тезисом. Учитель моей истории получил своего доктора философии поздно в его жизни, и он также говорил нам всем о его защите его пожизненной работы. Велтмен должен был быть моим советником. Он дал мне выбор между различными темами, но ни один не мог поймать мое воображение больше, чем предмет, он сам продолжал работать: перенормализация областей Заводов Яна. Он объяснил мне, что векторные поля должны играть элементарную роль в слабых взаимодействиях, но также и в сильных взаимодействиях были векторные поля. Все эти области были связаны с вращающимися частицами с массой. Масса была то, где проблема началась. «Эти массовые условия в уравнениях выглядят довольно невинными», объяснил он, «но в конце они препятствуют всем моим попыткам получить конечную, значащую теорию».

Но он знал что-то еще. Он изучил экспериментальные данные относительно слабых взаимодействий. Там, он нашел очень верные признаки, что слабые взаимодействия имеют некоторое отношение к теории Янга и Миллза. «Но вопрос становится столь сложным, что Вы не можете делать этого вручную больше», сказал он, и он начал проектировать компьютерную программу, чтобы обращаться со сложными алгебраическими выражениями. Компьютеры были все еще в их младенчестве в те дни. Сегодняшние самые простые переносные калькуляторы содержат больше электронных переключателей и намного быстрее, чем громоздкие конструкции, которые назвали компьютерами тогда. Монстры должны были питаться бумажными картами, в которые Вы должны были ударить свои программы кулаком. Его усилие было героическим.

То, о чем я начал думать, было моей собственной версией теоремы Голдстоуна, но я не мог прочитать те напыщенные математические теории. То, что я восстановил своим собственным способом, было чем-то, что на самом деле уже существовало: это теперь известно как механизм Хиггса, но важные элементы его были также получены Франсуа Энгле и Робертом Брутом. К сожалению, эти идеи не приехали ход мыслей Велтмена. Он хотел получить все только, смотря на экспериментальные данные, и выполняя полевые преобразования, для которых он мог использовать свою компьютерную программу. По его мнению я ясно испытал недостаток в понимании в участниках эксперимента. Что-то должно было быть сделано об этом. Мы послали мое заявление в различные летние школы в теоретической физике. Моим предпочтительным вариантом была школа в Ле-Уше, лыжный курорт высоко во французских Альпах, под Шамони. Известные французские физики преподавали бы там. По-видимому, потому что моя заявка была поздней, меня не допустили.

Следующим выбором был Cargèse, и здесь меня допустили. Около этого небольшого города на французском острове Корсика, прямо в море, французский физик Морис Леви основал Усовершенствованный Научный Институт десятью годами ранее. История идет, который Леви искал в атласе, у какого французского города есть максимальная сумма солнечного света в течение лета, и затем он нашел это местоположение. Теперь, Леви разработал модель для сильно взаимодействующих частиц вместе с Мюрреем Гелл-Манном. Официально, модель могла быть повторно нормализована, но на практике были многочисленные проблемы, и они собирались быть обсужденными. Это было лето 1970 года. Лекторы были помимо Леви и многих других: кореец Бенджамин В. Ли, немец польского происхождения Курт Зиманцик и многие французы, такие как Жан-Лу Жерве.

Модель Gell-Mann-Lévy – модель с непосредственной ломкой симметрии. Пионы здесь интерпретируются как частицы Голдстоуна. Эти лекторы говорили о перенормализации в присутствии непосредственной ломки симметрии, и они говорили нам, что массовые условия, которые произведены (масса протона) не вызывают проблем вообще. Насколько я помню, я только задал один вопрос, и Бенджамину Ли и Курту Зиманцику: «почему мы не можем сделать того же самого для теорий Заводов Яна?». Они оба дали тот же самый ответ: «если Вы – студент Велтмена, спросите его, мы не эксперты по Заводам Яна».

Общая картина того, как иметь дело со значительными векторными частицами, формировалась в моем уме, но я не мог понять отрицательное отношение всех экспертов к таким теориям. Позже, я узнал бы, что у них всех были различные причины отклонения таких подходов: некоторые люди думали, что будут бозоны Голдстоуна с физически недопустимыми свойствами. Некоторая мысль, что представление фундаментальных скалярных частиц не служило бы никакому фундаментальному физическому принципу, такому как местное постоянство меры. Многим людям программа перенормализации, казалось бы, была бы так сложной, что математические столкновения будут неизбежны. Наконец, была измеряющая проблема. Считалось, что вычисления к асимптотической свободе в ультрафиолетовом регионе никогда не будет происходить в теории поля; это подразумевало бы, что любая релятивистская квантовая система с сильно взаимодействующими частицами взорвет nonperturbatively в ультрафиолетовой близости, и поэтому никакая вызывающая волнение квантовая теория поля никогда не относилась бы к таким системам. Из-за этого универсального соглашения среди экспертов никто не понял, что все эти аргументы были неправильными. Почему эти дефектные встречные доказательства не удержали меня? Вероятно, определение Велтмена, что должно было быть что-то прямо о квантовой теории поля, влияло на меня. Но как студент я также учился только верить тем аргументам, что я мог действительно понять.

То, что я действительно понимал от лекций Cargèse, – то, что перенормализация сложная и тонкая. По крайней мере, в этом пункте я мог согласиться со своим советником, Велтменом. Когда я возвратился в Утрехт, его назначение на меня состояло в том, что я должен сначала изучить чистую систему Заводов Яна ни с чем напоминающим механизм Хиггса для создания масс. Не было большой литературы по предмету, кроме некоторых очень изящных статей Ричарда Феинмена, Брайса Дьюитта и Людвига Д. Фаддеева и его коллеги Виктора Н. Попова в Ленинграде. Но некоторые бумаги, казалось, противоречили друг другу, и таким образом, я начал собирать сведения, которые я мог понять.

Я изучил, как сформулировать правила Феинмена для этих частиц Заводов Яна, и я узнал, что несоответствие между различными бумагами было только очевидным: Вы могли выполнить преобразования меры, чтобы связать то с другим. Я думал, что делал огромные успехи к формулировке точной процедуры перенормализации этого случая, но у Велтмена были различные возражения. После долгих обсуждений, которые снова дали мне еще много идей, появилась моя первая публикация. Я получил тождества среди амплитуд, которые впоследствии использовались А.А. Славновым и Дж.К. Тейлором, чтобы получить более общие тождества, и их первые ссылки на мою работу заставили меня чувствовать себя очень гордым. Общепринятое название этих тождеств было бы «личностями Славнова-Тэйлора».

Узнав так много о перенормализации невесомых областей Заводов Яна, делая то же самое для теорий с механизмом Хиггса было относительно легко. Но это была эта вторая бумага, с которой я привлек международное внимание. Велтмен понял, что теперь проблема, что он продолжал работать в течение многих лет, была решена, и он был восторжен. Поскольку он был одним из организаторов международной конференции по вопросам физики элементарных частиц в Амстердаме в 1971, он решил использовать свое новое, закладывают (меня) в его сражении за признание теорий Заводов Яна и дал мне 10 минут (но никакое место на Слушаниях), чтобы объяснить наши новые результаты. Период интенсивного сотрудничества следовал. Вместе, мы разработали так называемый размерный метод перенормализации. Конечно, работа, которую я сделал, считалась достаточно хорошей для градуса доктора философии, и я получил высшее образование в 1972.

Это, между прочим, было также годом моего брака. В то время как я делал свои отличные открытия в физике, я также обнаружил, на ком я хотел жениться: г-жа Олберта А. Шик (Betteke). Она выросла в городе Вагенингене и изучила медицину в Утрехтском университете.

Мы пошли в CERN, Женеву, где у меня было товарищество, и Betteke мог начать ее работу, чтобы получить ее свидетельство как специалист в анестезии в Hôpital Кантональном из города Женевы. За день до того, как она должна была встретить своих новых начальников и коллег там, мы совершили поездку в Монблан; в пути назад мы были в незначительной автокатастрофе, и она сломала кость в ноге. Ее вход в больнице будут помнить.

Велтмен также приехал в CERN, и вместе мы усовершенствовали наши методы для теорий Заводов Яна. Мы были восхищены огромным влиянием, что наши теории имели. С 1971 вперед все теории для слабых взаимодействий, которые были предложены, были теориями Заводов Яна. Эксперименты были настроены нацеленные на отбор, какая из этих теорий Заводов Яна была правильна. Одна из самых простых моделей продолжала быть успешной; время от времени некоторые частицы были добавлены к нему, но его базовая структура осталась тем же самым.

В CERN я заинтересовался проблемой заключения кварка. Я не мог понять, почему ни один из опытных теоретиков не охватит квантовые теории поля для кварка. Когда я спросил их, почему не только чистая теория Заводов Яна?, они сказали, что теории поля были несовместимы тому, что степень доктора юридических наук Бджоркен узнала о вычислении в сильных взаимодействиях. Это озадачило меня, потому что, когда я вычислил измеряющие свойства областей Заводов Яна, они, казалось, были, в чем каждый нуждается. Я просто не мог полагать, что никто помимо меня не знал, как теории Заводов Яна измеряют. Я упомянул свой результат устно на небольшой конференции в Марселе в 1972. Единственным человеком, который слушал то, что я сказал, был Курт Зиманцик. Он убедил меня издать свой результат о вычислении. 1f Вы не делаете, кто-то еще будет», он предупредил. Я проигнорировал его разумный совет. Я также сделал замечание о вычислении в моей статье 1971 года на крупных областях Заводов Яна. Никто не заметил.

Велтмен сказал мне, что моя теория будет бесполезна, если я не мог бы объяснить, почему кварк не может быть изолирован. Он придал больше значения другому проекту, который мы предприняли: мы начали долгое вычисление относительно renormalizability квантовых моделей силы тяжести. Хотя полная перенормализация никогда не была бы возможна, все еще стоило изучить эти теории на уровне с одной петлей, и были некоторые важные вещи, которые будут изучены. Наша работа была бы продолжена Стэнли Дезером и таким же студентом доктора философии Велтмена, Питер ван Ниувенхуизен, который обнаружил образцы в терминах прилавка перенормализации, которые приведут к открытию теорий суперсилы тяжести.

Но я также продолжал думать о теориях меры для сильного взаимодействия. Заключение кварка было действительно проблемой, и я начал работать над ним. Именно этот вопрос принудил меня обнаруживать магнитные решения для монополя в теориях Хиггса, большом поведении N для теорий с цветами N (вместо 3, физическое число), и позже очень важные эффекты из-за instantons. Тем временем измеряющие свойства были открыты вновь Х. Дэвидом Полицером и Дэвидом Гроссом и Франком Вилкзеком в 1973, который теперь понял, что это лишило законной силы старые возражения против простых, чистых теорий Заводов Яна для сильных взаимодействий. Чистая теория Заводов Яна с группой меры, SU (3) наконец принимался как наиболее вероятное объяснение сильных взаимодействий, и это получило красивое имя «Квантовая Хромодинамика» (QCD).

В 1974 мы возвратились в Утрехт. Мне дали профессорство помощника там. Я делал успехи, понимая заключение как эффект из-за уплотнения Bose цветных магнитных монополей. Важное наблюдение Кеннетом Уилсоном состояло в том, что постоянное заключение кварка появляется естественно, если Вы выполняете 1/г расширение вместо g расширения в теориях меры, при условии, что сокращение решетки используется. Мы только начинали видеть чрезвычайно богатую топологическую структуру теорий меры и ее последствия для квантовавшей системы.

В 1976, 1 был приглашен для положений гостя в Гарварде (лектор Морриса Леба) и Стэнфорд. Я работал над вопросом, выжили ли бы тонкие эффекты из-за instantons – топологически искривленные полевые конфигурации, которые должны играть роль в квантовой хромодинамике – когда повторно нормализованное расширение волнения было применено. Это привело к одному из самых сложных вычислений, которые я когда-либо делал: исправления с одной петлей к instantons. Оказалось, что instantons в QCD дают конечные и четко определенные вклады в амплитуды. Они дают структуре симметрии поворот таким способом, которым были наконец решены много загадок в экспериментальных данных относительно chiral симметрии, самый известный, являющийся проблемами с частицей ЭТА, упомянул ранее. Несколько из моих друзей и коллег в Гарварде, MIT и Принстоне, таких как Роман Якив, Сидни Коулман и Дэвид Гросс, но также и физики в другом месте (Москва), студенты и postdocs присоединились к игре распутывания тайн instantons и монополей. Тем временем моя первая дочь, Сэския Энн, родилась в Бостоне. Когда я возвратился в Утрехт, я был назначен Профессором там. Моя вторая дочь, Эллен Марга, родилась в Утрехте в 1978.

Годы, которые следовали, я потратил много энергии и изобретательности, чтобы пролить больше света на проблему заключения кварка. Опрятная и чистая обработка QCD, который я надеялся найти, точно не осуществилась, но к началу 1980-х элементарный механизм для этого явления стал ясным. QCD можно рассматривать численно, когда шорты решетки используются, и в наше время увеличивающаяся точность достигается следователями, использующими когда-либо улучшающееся аппаратное и программное обеспечение. Остающиеся проблемы, кажется, довольно математические и не физические. QCD стал составной составляющей Стандартной Модели. Я решил повернуться ко многим нерешенным вопросам относительно физики этой модели.

Я чувствовал боль и печаль, когда по личным мотивам Велтмен уехал из Утрехта в 1981. Что насчет глубоких, открытых проблем в Стандартной Модели? Многие мои коллеги соглашаются, что суперсимметрия, отношение симметрии между частицами с различными вращениями, должна играть существенную роль. Я видел, как суперсимметрия родилась, назад в CERN в течение начала 1970-х. Бруно Зумино и Джулиус Весс создавали очень интригующие бумаги, в то время как Ван Ниувенхуизен и Серхио Феррара и многие другие делали успехи в суперсиле тяжести. Но что должно суперсимметричная «родительская теория» быть похожим? Как и почему суперсимметрия должна быть сломана, чтобы объяснить мир, поскольку мы наблюдаем его сегодня? Мы должны действительно полагать, что там десятки типов частицы называют «супер партнерами», ни один из которых никогда не замечался? Такие вопросы заставляют меня чувствовать себя неловко из-за суперсимметричных теорий.

Истинные ответы должны, несомненно, прибыть из объединения гравитационной силы. На первый взгляд может казаться трудным полагать, что такая чрезвычайно слабая сила могла вызвать так много опустошения в теоретической конструкции, такой как Стандартная Модель. Пункт, однако, что, если сила тяжести действительно соответствует искривлению пространства и времени, как мы должны сделать вывод из успехов теории Эйнштейна Общей теории относительности, тогда Квантовая механика предсказывает квантовые колебания этого искривления, которые, в самых крошечных весах расстояния, становятся неконтролируемыми. Это означает, что или теория силы тяжести, или Квантовая механика, или оба, должна быть заменена некоторой превосходящей парадигмой, когда мы хотим описать физику в весах расстояния, меньших, чем 10-33 см. Безотносительно парадигмы это было бы, она, вероятно, полностью преобразует наше понимание фундаментальных взаимодействий, отвечая на все наши существующие вопросы одним махом.

В 1984 суперверевочная революция прошла. Многие мои colleagucs были очарованы последовательностью математических структур, которые они видели в этой теории. Разве это не было бы точно, что мы ищем, новая парадигма, которая естественно производит гравитационную силу и очевидное полное объединение всех взаимодействий?

Но мне, супертеории струн представили как многие новые проблемы, поскольку они могут решить; я все еще не могу вполне понять фундаментальную логическую последовательность этих идей. Структура короткого расстояния столь же таинственная, как это было, прежде и предсказательная сила этих теорий было неутешительно, выражаясь мягко. Я решил попробовать различный маршрут. Когда Стивен Хокинг обнаружил, что черные дыры излучат из-за квантовой области теоретические эффекты, это мне, казалось, было более твердой начальной точкой. Черные дыры – элементарные частицы? Элементарные черные дыры частиц? Я был ошеломлен, чтобы узнать, что результат Хокинга поместит черные дыры в категорию, существенно отличающуюся от любой обычной формы вопроса. Если это было так, то, каковы точно законы физики для черных дыр? Ответ – то, что существующие теории неокончательные. Они сталкиваются. Они приводят к парадоксу, который может быть столь же элементарным как парадокс, который, один век назад, принудил Макса Планка пересматривать радиационный закон о черном теле, и который в конечном счете дал нам Квантовую механику. Изучая этот парадокс, я надеялся наткнуться на что-то одинаково отличное. Само собой разумеется, я просил больше удачи, чем в средней лотерейной системе. Проблема – крепкая, и она все еще не была решена. Чтобы иллюстрировать парадоксальную природу нашей проблемы, я сформулировал особенность кванта гравитационные степени свободы, который, в обсуждениях с Леонардом Сасскиндом, назвали «Голографическим Принципом».

В течение долгого времени я был среди малочисленной выбранной группы extravagants, которая изучила квантовые черные дыры. Но супертеория струн завоевывала популярность. Как я ожидал, супертеория струн не была в рамках броска камня «заключительной теории», которая была тем, что пророчили ее наркоманы, но это претерпело коренные изменения. Мембраны различной размерности («p-branes») были добавлены, и теперь дверь была открыта для изучения черных дыр в теории струн. Внезапно, я оказался, что почти вернулся в «господствующей тенденции» физики: веревочные теоретики теперь видят «голографический принцип» везде. Но решение наших проблем, принося гравитационную силу полностью в согласии с Квантовой механикой, еще не было достигнуто. Пока дело обстоит так, мы не будем в состоянии произвести предсказания поддающиеся проверке относительно загадочных деталей Стандартной Модели

 

Источник (Original article): http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1999/thooft-bio.html

Professor’s homepage: http://www.staff.science.uu.nl/~hooft101/