bj
    >> Φυσικές Επιστήμες >  >> η φυσικη

Θυμόμαστε τον Ασταμάτητο Freeman Dyson


Όταν ο Freeman Dyson πέθανε τον Φεβρουάριο σε ηλικία 96 ετών, ο κόσμος έχασε έναν από τους πιο ευέλικτους επιστήμονες και επιτήδειους ανθρωπιστές. Εκπαιδευμένος ως μαθηματικός, ο Ντάισον είχε όρεξη για τη θεωρία των αριθμών, αλλά το πιο διάσημο επίτευγμά του ήρθε νωρίς ως θεωρητικός φυσικός, παρουσιάζοντας την αρχιτεκτονική της σύγχρονης σωματιδιακής φυσικής. Στη συνέχεια ασχολήθηκε με το σχεδιασμό πυρηνικών αντιδραστήρων, τα διαστημικά ταξίδια με πυρηνική ενέργεια, την αστρονομία, την αστροβιολογία, την κλιματική αλλαγή και τον φουτουρισμό, ενώ ήταν «σοφός παρατηρητής της ανθρώπινης σκηνής». Περιέγραψε τον εαυτό του ως βάτραχο, όχι ως πουλί, καθώς του άρεσε να πηδά από πισίνα σε πισίνα, μελετώντας τις λεπτομέρειες τους βαθιά στη λάσπη. Η οπτική γωνία δεν ήταν για αυτόν και είχε μια δια βίου υποψία για μεγάλες ενοποιημένες θεωρίες.

Καμία ζωή δεν ήταν πιο μπλεγμένη με το Ινστιτούτο Προηγμένων Μελετών, το σπίτι του Ντάισον στο Πρίνστον του Νιου Τζέρσεϊ. Ο αγγλικής καταγωγής επιστήμονας ήρθε για πρώτη φορά στο Ινστιτούτο το 1948 ως μέρος μιας εξαιρετικής ομάδας νέων φυσικών και μαθηματικών που εργάζονταν με τον διευθυντή, J. Robert Oppenheimer. Μεταξύ των συναδέλφων του ήταν οι μελλοντικοί νομπελίστες Hideki Yukawa και Jack Steinberger, καθώς και η πρώτη σύζυγος του Dyson, Verena Haefeli, μητέρα των μεγαλύτερων παιδιών του, Esther και George. (Το 1958, ο Φρίμαν παντρεύτηκε την Imme Dyson, έναν κύριο δρομέα, με την οποία απέκτησε τέσσερις κόρες:την Dorothy, τη Mia, τη Rebecca και την Emily.)

Όταν οι σημερινοί νεότεροι επιστήμονες ρώτησαν τον Dyson πώς ένιωθε να είσαι φυσικός στο Ινστιτούτο το 1948, σε εκείνες τις μέρες που γίγαντες όπως ο Άλμπερτ Αϊνστάιν και ο Οπενχάιμερ τριγυρνούσαν στους χώρους, είχε μεγάλη χαρά να τους πει ότι δεν εντυπωσιάστηκε καθόλου από το διάσημο οι άνδρες. Ο Αϊνστάιν σπάνια ερχόταν σε σεμινάρια, μόνο όταν το επισκεπτόταν ο φίλος του Μαξ φον Λάουε και ο Οπενχάιμερ έκανε ελάχιστη φυσική. Όχι, οι νεαροί συνάδελφοί του τον ενέπνευσαν περισσότερο.

Ήταν στα νιάτα του που ο Dyson είχε το πιο διάσημο αποτέλεσμα:την ενοποίηση δύο συμπληρωματικών απόψεων της κβαντικής ηλεκτροδυναμικής, τη θεωρία που περιγράφει την αλληλεπίδραση του φωτός με τη φορτισμένη ύλη. Κατά τη διάρκεια μιας μεταπολεμικής επίσκεψης στις Ηνωμένες Πολιτείες, είχε την τύχη να ενταχθεί στην ομάδα νεαρών Αμερικανών φυσικών που είχαν επιστρέψει από το Λος Άλαμος μετά την κατασκευή της ατομικής βόμβας. Μαζί, έβαλαν το μυαλό τους στην επίλυση των μυστηρίων της κβαντικής θεωρίας. Ανάμεσά τους ήταν ο Ρίτσαρντ Φάινμαν, ο πιο ιδιόρρυθμος και λαμπρός της παρέας. Ο Dyson τον περιέγραψε ως «μισό ιδιοφυΐα και μισό μπουφόν». Έκαναν μια άμεση και διαρκή σύνδεση.



Εκείνη την εποχή, υπήρχαν δύο διαφορετικές προσεγγίσεις για την κατανόηση της σωματιδιακής φυσικής. Ο Τζούλιαν Σβίνγκερ στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ είχε αναπτύξει ένα περίπλοκο σχήμα υπολογισμών που ήταν περιεκτικό, αλλά λίγοι το κατανοούσαν. Ο Φάινμαν στο Πανεπιστήμιο Κορνέλ, από την άλλη πλευρά, είχε θέσει ένα απατηλά απλό σύνολο διαγραμμάτων που περιέγραφε τις αλληλεπιδράσεις των σωματιδίων ως προς τις τροχιές τους στο χώρο και το χρόνο. Το καλοκαίρι του 1948, ενώ ταξίδευε με το λεωφορείο Greyhound από το Σαν Φρανσίσκο στο Πρίνστον, ο Ντάισον είχε μια επιφοίτηση που ένωσε τους δύο.

Αμέσως κατάλαβε πώς τα απλά διαγράμματα του Feynman θα μπορούσαν να αντικατοπτρίζουν τέλεια την αφηρημένη άλγεβρα του Schwinger. Ένα μόνο διάγραμμα θα μπορούσε στην πραγματικότητα να σχεδιαστεί στο χώρο και στο χρόνο με πολλούς διαφορετικούς τρόπους, ανταλλάσσοντας αιτία και αποτέλεσμα, και έτσι το καθένα θα μπορούσε να συλλάβει μια ολόκληρη σειρά συμπεριφοράς σωματιδίων. Για παράδειγμα, θα μπορούσε να περιγράψει την εκπομπή ενός φωτονίου από ένα ηλεκτρόνιο και την επακόλουθη απορρόφηση από ένα δεύτερο ηλεκτρόνιο, αλλά και την αντίστροφη διαδικασία όπου το δεύτερο ηλεκτρόνιο εξέπεμπε το φωτόνιο και το πρώτο το απορρόφησε. Όλες αυτές οι διαδικασίες αντιστοιχούσαν ακριβώς σε κάθε έναν από τους ξεχωριστούς υπολογισμούς στην προσέγγιση του Schwinger.



Δεν ήταν τίποτα λιγότερο από τη γέννηση της σύγχρονης σωματιδιακής φυσικής. Φυσικά σύντομα ακολούθησαν τα βραβεία Νόμπελ — για τους Schwinger, Feynman και τον Ιάπωνα φυσικό Sin-Itiro Tomonaga, οι οποίοι είχαν βρει ανεξάρτητα μια τρίτη προσέγγιση. Ο Dyson μόλις έχασε το σκάφος που κατά παράδοση έχει χώρο για μόνο τρεις επιβάτες, αλλά συχνά έλεγε ότι ήταν πολύ καλύτερο όταν οι άνθρωποι ρωτούσαν γιατί δεν πήρες βραβείο Νόμπελ, παρά γιατί το πήρες.

Μετά από μια σύντομη παραμονή στο Cornell, ο Dyson ανέλαβε μια μόνιμη θέση στο Ινστιτούτο το 1953, όπου έμεινε μέχρι το τέλος, περπατώντας κάθε πρωί στο γραφείο του για να σκεφτεί και να γράψει. Λίγα χρόνια μετά το ραντεβού, εγκατέλειψε τη σωματιδιακή φυσική. Ήταν ώρα για ένα άλμα σε μια διαφορετική πισίνα. Ο Ντάισον ασχολήθηκε με το σχεδιασμό πυραύλων που οδηγούνται από πυρηνικές εκρήξεις, ένα ισχυρό μέσο πρόωσης. Ο προορισμός του Project Orion, όπως ήταν γνωστό το πρόγραμμα, δεν ήταν τίποτα λιγότερο από τον Κρόνο — και, τελικά, τα κοντινότερα αστέρια. Ήταν πολύ απογοητευμένος από την περιορισμένη φιλοδοξία να επισκεφτεί μόνο το φεγγάρι.

Η έρευνα του Dyson εκτός κόσμου συνεχίστηκε μέχρι τη δεκαετία του 1960. Ήταν ένας από τους πρώτους που σκέφτηκαν σοβαρά την αναζήτηση εξωγήινης ζωής και φαντασιωνόταν τον αποικισμό του σύμπαντος με αυτοαναπαραγόμενα ρομπότ ή μια «διαστημική κιβωτό» που έφερε το γενετικό υλικό όλων των γήινων οργανισμών. Αυτό ήταν επίσης όταν σκέφτηκε την έννοια της «σφαίρας του Ντάισον»:Καθώς ένας πολιτισμός αναπτύσσεται τεχνολογικά, θα προσπαθήσει να συλλάβει όλη την ενέργεια ενός άστρου περιβάλλοντάς το με μια σφαιρική διάταξη δομών σε τροχιά. Με τα δικά του λόγια, είχε «εμμονή με το μέλλον».

Ο Dyson επέστρεψε επίσης στην πρώτη του αγάπη, τη μαθηματική φυσική, περίπου αυτή την περίοδο. Καθιέρωσε τη θεωρία των τυχαίων πινάκων - τετράγωνοι πίνακες αριθμών που επιλέγονται τυχαία - για να κατηγοριοποιήσει τις στατιστικές σύνθετων κβαντικών συστημάτων. Αυτή η γραμμή έρευνας είχε μια τρελή εφαρμογή σε ένα από τα πιο βαθιά ανοιχτά προβλήματα στα μαθηματικά:τη συμπεριφορά της συνάρτησης ζήτα Riemann που καταγράφει την κατανομή των πρώτων αριθμών. Κατά τη διάρκεια μιας συζήτησης με τον μαθηματικό Hugh Montgomery στο Ινστιτούτο τον Απρίλιο του 1972, ο Dyson πρότεινε ότι τα μηδενικά της συνάρτησης ζήτα απωθούν το ένα το άλλο με τον ίδιο ακριβώς τρόπο όπως τα ενεργειακά επίπεδα των τυχαίων πινάκων του. Αυτή έχει αποδειχθεί ότι είναι μια εξαιρετικά γόνιμη προσέγγιση στη σύγχρονη θεωρία αριθμών, που οδηγεί σε ανακαλύψεις σε διάφορες γενικεύσεις της υπόθεσης Riemann.

Παρά το εκπληκτικό αυτό επιστημονικό αποτέλεσμα, ο Dyson δεν μπήκε ποτέ στον κόπο να κερδίσει ένα πραγματικό διδακτορικό, αν και έλαβε περισσότερα από 20 επίτιμους διδάκτορες. Ως αιώνιος μεταπτυχιακός φοιτητής, είχε την άδεια να αμφισβητεί τα πάντα και τους πάντες. Ήταν η επιστημονική του κάρτα φυγής από τη φυλακή και τη χρησιμοποιούσε με αγάπη και συχνά. Πάντα αντίθετος, ο Dyson ήταν ορθογώνιος σε πολλές προκατασκευασμένες ιδέες, μερικές φορές συμπεριλαμβανομένης της δικής του. Στην πραγματικότητα, εδώ στο Ινστιτούτο είχαμε ένα τοπικό θεώρημα Dyson:Αν θέλετε ο Freeman να συμφωνεί μαζί σας, περιβάλετέ τον με άτομα που διαφωνούν μαζί σας.

Αυτή η τάση οδήγησε επίσης στον Dyson να πάρει την αντίθετη πλευρά σε ορισμένα καθιερωμένα ζητήματα, συμπεριλαμβανομένης της κλιματικής επιστήμης, προς απογοήτευση πολλών από τους συναδέλφους του. Αν και δεν αρνήθηκε τον ρόλο των ανθρώπων στη θέρμανση της Γης, ένιωθε ότι τα μοντέλα ήταν ελλιπή και ότι το πρόβλημα δόθηκε υπερβολικά υψηλή προτεραιότητα, που δεν άξιζε το οικονομικό κόστος. Έγραψε επίσης ελεύθερα για τους ρόλους της μαγείας και της θρησκείας ως τρόπους προσέγγισης του κόσμου συμπληρωματικά προς την επιστήμη, και εξέφρασε σκεπτικισμό για την ανάγκη για μια «θεωρία των πάντων» στη φυσική. Κατά τη διάρκεια του Πρώτου Παγκοσμίου Πολέμου, ο πατέρας του Ντάισον - ο διαπρεπής Βρετανός συνθέτης Σερ Τζορτζ Ντάισον - έγραψε το πρώτο εγχειρίδιο για τη ρίψη χειροβομβίδων. Ο γιος του απολάμβανε επίσης να πετάει πνευματικές χειροβομβίδες.

Ο αντιλογισμός του Dyson αντανακλούσε τελικά μια από τις μεγαλύτερες ανησυχίες της ζωής του:τη σημασία της διαφορετικότητας. «Κοιτάω τόσο τα επιστημονικά όσο και τα ανθρώπινα προβλήματα από τη σκοπιά ενός λάτρη της διαφορετικότητας», έγραψε κάποτε. «Η διατήρηση και η προώθηση της διαφορετικότητας είναι ο μεγάλος στόχος που θα ήθελα να δω να ενσωματώνεται στις ηθικές μας αρχές και στις πολιτικές μας ενέργειες». Στις δικές του σχέσεις, ο Dyson ήταν πάντα πολύ χαρούμενος που ήταν φίλος με άτομα που διαφωνούσαν.

Εκτός από όλα τα επιστημονικά του βάτραχα, ο Dyson πήδηξε επίσης σε διάφορες λογοτεχνικές δεξαμενές, γράφοντας εκτενώς για το κοινό. Μάλιστα, ήταν συγγραφέας πολύ πριν γίνει επιστήμονας. Σε ηλικία 9 ετών, έγραψε το πρώτο του έργο μυθοπλασίας, Erolunar Collision του Sir Phillip Roberts , του οποίου η πλοκή περιλάμβανε την πιθανότητα ο μικρός πλανήτης Έρως να συγκρουστεί με τη Γη. Έγινε γνωστός στο ευρύ κοινό με τα βιβλία του και πολλά όμορφα δημοφιλή δοκίμια. Όλα τα γραπτά του έχουν έντονο προσωπικό χαρακτήρα και πρωτότυπη οπτική γωνία. Κατά τη διάρκεια της περιοδείας του βιβλίου για την αυτοβιογραφία του το 2018, Maker of Patterns, κάποιος τον ρώτησε:«Καθηγήτρια Ντάισον, αν μπορούσατε να ζήσετε άλλα εκατό χρόνια, με τι θα δουλέψατε;» Η απάντησή του ήταν σύντομη και χαρακτηριστική:«Είναι μια ηλίθια ερώτηση. Έχω ένα μικρό διάστημα προσοχής.»

Ο Dyson είχε πάντα την αξιοσημείωτη ικανότητα να βρίσκεται τη σωστή στιγμή στο σωστό μέρος, μάρτυρας ή ακόμα και κατακόρυφης πολλών από τα μεγαλύτερα επιστημονικά γεγονότα του 20ου αιώνα. Ήταν η εκδοχή του Forrest Gump του ερευνητή. Όταν το ανέφερα κάποτε αυτό, είπε χωρίς να χάσει λεπτό, "Αλλά δεν συνάντησα ποτέ τον Φόρεστ Γκαμπ!"

Ποιο ήταν το μυστικό για την πλούσια και παραγωγική ζωή του Dyson; Θυμάμαι τη σειρά διαλέξεων του Norton Η αναπάντητη ερώτηση, που έδωσε ο Leonard Bernstein στο Χάρβαρντ το 1973. Τα καταληκτικά του λόγια ήταν:"Δεν είμαι πλέον σίγουρος ποια είναι η ερώτηση, αλλά ξέρω ότι η απάντηση είναι ναι."

Ο Freeman Dyson είπε ναι σε όλα — ίσως με εξαίρεση όταν κανείς δεν είπε όχι. Το είδα από πρώτο χέρι στο Ινστιτούτο. Σε οποιαδήποτε διάλεξη, σεμινάριο, συνέδριο, ομάδα συζήτησης, ανάγνωση θεατρικού παιχνιδιού, μουσική παράσταση ή διάλεξη για παιδιά, ο Dyson ήταν εκεί, στην πρώτη σειρά με τον Imme, έτοιμος για άλλο ένα άλμα.



Πώς λειτουργεί ένα μολύβι; Πώς μια γόμα εξαφανίζει τα σημάδια από το μολύβι;

Το μολύβι εφευρέθηκε στα τέλη του δέκατου όγδοου αιώνα από έναν αξιωματικό του στρατού του Ναπολέοντα. Το μολύβι είναι κατασκευασμένο από ένα ορυκτό που ονομάζεται γραφίτης, το οποίο αποτελείται από άνθρακα. Οι διαφορετικές αποχρώσεις των μολυβιών —BB, HB, HH, κ.λπ.— που βλέπουμε σήμερα, λαμβάνονται

Roberto Peccei και Helen Quinn, Οδηγώντας γύρω από το Στάνφορντ με ένα Clunky Jeep

Πριν από τέσσερις δεκαετίες, η Helen Quinn και ο Roberto Peccei αντιμετώπισαν ένα από τα μεγάλα προβλήματα στη θεωρητική σωματιδιακή φυσική:το πρόβλημα ισχυρής ισοτιμίας φορτίου (CP). Γιατί σπάει η συμμετρία μεταξύ ύλης και αντιύλης σε ασθενείς αλληλεπιδράσεις, οι οποίες ευθύνονται για την πυρηνική

Γιατί σκάνε τα αυτιά σας όταν το αεροπλάνο απογειώνεται;

Η ευσταχιανή σάλπιγγα είναι ένα μικρό κανάλι που συνδέει το εσωτερικό αυτί με το λαιμό σε κάθε πλευρά. Αυτοί οι σωλήνες συνδέονται με τους τανυστές μύες veli palatini στην μαλακή υπερώα σας και ενεργοποιούνται αυτόματα κάθε φορά που καταπίνετε ή χασμουριέστε, προκαλώντας αυτό το χαρακτηριστικό σκασμ