جوليان شوينجر

وُلد جوليان سيمور شوينجر في مدينة نيويورك، لأبوين يهوديين أشكنازيين ، بيل (اسمها قبل الزواج روزنفيلد) وبنيامين شوينجر، صاحب مصنع ملابس، ^{[ 4 ]} واللذان هاجرا من بولندا إلى الولايات المتحدة. كان والده وجدّاه لأمه من أصحاب مصانع الملابس المزدهرة، على الرغم من تراجع أعمال العائلة بعد انهيار وول ستريت عام 1929. اتبعت العائلة التقاليد اليهودية الأرثوذكسية . وُلد شقيق جوليان الأكبر، هارولد شوينجر، عام 1911، أي قبل سبع سنوات من ولادة جوليان الذي وُلد عام 1918. ^{[ 5 ]}

كان شوينجر طالبًا متفوقًا. التحق بمدرسة تاونسند هاريس الثانوية من عام ١٩٣٢ إلى عام ١٩٣٤، وهي مدرسة ثانوية مرموقة للغاية للطلاب الموهوبين في ذلك الوقت. خلال دراسته الثانوية، كان جوليان قد بدأ بالفعل في قراءة مقالات مجلة "فيزيكال ريفيو" لمؤلفين مثل بول ديراك في مكتبة كلية مدينة نيويورك ، التي كانت مدرسة تاونسند هاريس تقع في حرمها الجامعي آنذاك. ^{[ ٦ ]} نشر بحثه الأول عندما كان في السابعة عشرة من عمره. ^{[ ٢ ]}

في خريف عام ١٩٣٤، التحق شوينجر بكلية مدينة نيويورك كطالب جامعي. كانت الكلية تقبل تلقائيًا جميع خريجي تاونسند هاريس في ذلك الوقت، وكانت كلتا المؤسستين تقدمان التعليم مجانًا. نظرًا لاهتمامه الشديد بالفيزياء والرياضيات، تفوق جوليان في هاتين المادتين رغم تغيبه المتكرر عن المحاضرات واعتماده على الكتب في التعلم. في المقابل، أدى عدم اهتمامه بمواضيع أخرى كاللغة الإنجليزية إلى خلافات أكاديمية مع أساتذة تلك المواد. ^{[ ٧ ]}

بعد التحاق جوليان بكلية مدينة نيويورك (CCNY)، طلب شقيقه هارولد، خريج الكلية سابقًا، من زميله السابق لويد موتز أن يتعرف على جوليان. كان لويد آنذاك مُدرّسًا للفيزياء في كلية مدينة نيويورك وطالب دكتوراه في جامعة كولومبيا . تعرّف لويد على جوليان، وسرعان ما أدرك موهبته. ولما لاحظ مشاكل شوينجر الأكاديمية، قرر لويد طلب المساعدة من إيزيدور إسحاق رابي، الذي كان يعرفه في جامعة كولومبيا. أدرك رابي أيضًا قدرات شوينجر من أول لقاء بينهما، ثم رتب لمنحه منحة دراسية للدراسة في كولومبيا. في البداية، حالت درجات جوليان المتدنية في بعض المواد في كلية مدينة نيويورك دون حصوله على المنحة. لكن رابي أصرّ وعرض ورقة بحثية غير منشورة عن الديناميكا الكهربائية الكمومية ، كتبها شوينجر، على هانز بيث ، الذي كان يمرّ بنيويورك صدفةً. كان إعجاب بيث بالورقة البحثية وسمعته في هذا المجال كافيين لتأمين منحة دراسية لجوليان، الذي انتقل بعد ذلك إلى جامعة كولومبيا. وكان وضعه الأكاديمي في كولومبيا أفضل بكثير مما كان عليه في كلية مدينة نيويورك. وقد قُبل في جمعية فاي بيتا كابا وحصل على درجة البكالوريوس في عام 1936. ^{[ 8 ]}

خلال دراسات شوينجر العليا، رأى رابي أنه من المفيد لجوليان زيارة مؤسسات أخرى في أنحاء البلاد، فحصل جوليان على منحة سفر للعام الدراسي 37/38، أمضاها في العمل مع غريغوري برايت ويوجين ويغنر . خلال هذه الفترة، ذهب شوينجر، الذي كان معتادًا على العمل حتى وقت متأخر من الليل، إلى أبعد من ذلك، فجعل الانتقال بين الليل والنهار أكثر اكتمالًا، فكان يعمل ليلًا وينام نهارًا، وهي عادة لازمته طوال مسيرته المهنية. علّق شوينجر لاحقًا بأن هذا التغيير كان جزئيًا وسيلةً للحفاظ على استقلاليته الفكرية وتجنب "هيمنة" برايت وويغنر عليه، وذلك ببساطة عن طريق تقليل مدة التواصل معهما من خلال العمل في ساعات مختلفة. ^{[ 9 ]}

حصل شوينجر على درجة الدكتوراه تحت إشراف رابي في عام 1939 وكان عمره آنذاك 21 عامًا.

خلال خريف عام 1939، بدأ شوينجر العمل في جامعة كاليفورنيا، بيركلي، تحت إشراف ج. روبرت أوبنهايمر ، حيث مكث لمدة عامين كزميل في المجلس القومي للبحوث . ^{[ 10 ]}

في 8 يونيو 1947، تزوج شوينجر من كلاريس كارول. ولم يرزقا بأطفال. ^{[ 11 ]}

بعد عمله مع أوبنهايمر، كانت أول وظيفة أكاديمية منتظمة لشوينجر في جامعة بيردو عام 1941. وخلال إجازته من بيردو، عمل في مختبر الإشعاع التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بدلاً من مختبر لوس ألاموس الوطني خلال الحرب العالمية الثانية، حيث قدم الدعم النظري لتطوير الرادار . بعد الحرب، انتقل شوينجر من بيردو إلى جامعة هارفارد ، حيث درّس من عام 1945 إلى عام 1974. وفي عام 1966، أصبح أستاذاً للفيزياء في جامعة هارفارد، حاملاً كرسي يوجين هيغينز.

طوّر شوينجر شغفًا بدوال غرين من خلال أبحاثه في مجال الرادار، واستخدم هذه الأساليب لصياغة نظرية الحقل الكمومي بدلالة دوال غرين المحلية بطريقة ثابتة نسبيًا. وقد مكّنه ذلك من حساب التصحيحات الأولى لعزم الإلكترون المغناطيسي في الديناميكا الكهربائية الكمومية بدقة. في حين أن الدراسات السابقة غير المتغيرة قد توصلت إلى نتائج لا نهائية، إلا أن التناظر الإضافي في أساليبه سمح لشوينجر بعزل التصحيحات الصحيحة المحدودة.

قام شوينجر بتطوير إعادة التطبيع ، وصاغ الديناميكا الكهربائية الكمومية بشكل لا لبس فيه إلى رتبة الحلقة الواحدة.

في نفس الحقبة، أدخل أساليب غير اضطرابية في نظرية المجال الكمومي، من خلال حساب المعدل الذي يتم به إنشاء أزواج الإلكترون والبوزيترون عن طريق النفق في مجال كهربائي، وهي عملية تُعرف الآن باسم "تأثير شوينجر". لم يكن من الممكن رؤية هذا التأثير في أي رتبة محدودة في نظرية الاضطراب.

أرست أعمال شوينجر التأسيسية في نظرية الحقل الكمومي الإطار الحديث لدوال ارتباط الحقل ومعادلات حركتها . بدأ منهجه بفعل كمومي ، وسمح بمعاملة البوزونات والفيرميونات على قدم المساواة لأول مرة، باستخدام صيغة تفاضلية لتكامل غراسمان . وقدّم براهين أنيقة لنظرية إحصاءات اللف المغزلي ونظرية CPT ، ولاحظ أن جبر الحقل يؤدي إلى حدود شوينجر الشاذة في العديد من المتطابقات الكلاسيكية، بسبب حالات التفرد قصيرة المدى. كانت هذه نتائج أساسية في نظرية الحقل، ومهمة لفهم الشذوذات فهمًا صحيحًا .

في أعمال مبكرة بارزة أخرى، صاغ راريتا وشوينجر معادلة راريتا-شوينجر ، مستخدمين متجهًا من سبينورات ديراك كشكل ملموس لنظرية باولي وفيرز المجردة لحقل اللف المغزلي 3/2. ولكي يتفاعل حقل اللف المغزلي 3/2 بشكل متسق، يلزم وجود شكل من أشكال التناظر الفائق ، وقد أعرب شوينجر لاحقًا عن أسفه لعدم متابعته هذا العمل بما يكفي لاكتشاف التناظر الفائق.

في عام 1957، تنبأ شوينجر بأن النيوترينوات تأتي في أنواع متعددة، نوع للإلكترون ونوع للميون . [ ^{12 ] في} الوقت الحاضر، من المعروف وجود ثلاثة نيوترينوات خفيفة؛ الثالث هو شريك لبتون تاو .

في ستينيات القرن العشرين، صاغ شوينجر وحلل ما يُعرف الآن بنموذج شوينجر ، وهو الديناميكا الكهربائية الكمومية في بُعد مكاني وزمني واحد، وأول مثال على نظرية الحصر . وكان أيضًا أول من اقترح نظرية قياس كهروضعيفة، وهي نظرية قياس كهروضعيفة.${\displaystyle SU(2)}$انكسرت مجموعة القياس تلقائيًا إلى المجال الكهرومغناطيسي${\displaystyle U(1)}$على مسافات طويلة. وقد وسّع تلميذه شيلدون غلاشو هذا المفهوم ليصبح النمط المقبول للتوحيد الكهروضعيف. حاول غلاشو صياغة نظرية للديناميكا الكهربائية الكمومية باستخدام أقطاب مغناطيسية أحادية نقطية ، وهو برنامج لم يحقق نجاحًا يُذكر لأن الأقطاب المغناطيسية الأحادية تتفاعل بقوة عندما تكون كمية الشحنة صغيرة.

بعد إشرافه على 73 أطروحة دكتوراه، ^{[ 13 ]} يُعرف شوينجر بأنه أحد أكثر المشرفين على الدراسات العليا إنتاجًا في الفيزياء. وقد فاز أربعة من طلابه بجوائز نوبل: روي غلاوبر ، وبنيامين روي موتلسون ، وشيلدون غلاشو، ووالتر كون (في الكيمياء).

كانت علاقة شوينجر بزملائه متوترة، إذ كان دائمًا ما يسعى إلى إجراء بحوث مستقلة، متجاوزًا بذلك التوجهات السائدة. وعلى وجه الخصوص، طوّر شوينجر نظرية المصدر ^{[ 14 ]} ، وهي نظرية ظاهراتية لفيزياء الجسيمات الأولية، تُعدّ سلفًا لنظرية المجال الفعّالة الحديثة . تُعامل هذه النظرية الحقول الكمومية كظواهر بعيدة المدى، وتستخدم "مصادر" مساعدة تُشبه التيارات في نظريات المجال الكلاسيكية. تُعتبر نظرية المصدر نظرية مجال متسقة رياضيًا، ذات نتائج ظاهراتية واضحة. دفعت انتقادات زملائه في جامعة هارفارد شوينجر إلى مغادرة هيئة التدريس عام 1972 والالتحاق بجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس . وتُروى قصة على نطاق واسع مفادها أن ستيفن واينبرغ ، الذي ورث مكتب شوينجر المُبطّن بألواح خشبية في مختبر ليمان ، وجد هناك زوجًا من الأحذية القديمة، في إشارة ضمنية إلى أنه "هل تعتقد أنك قادر على ملء هذه الأحذية؟". ^{[ 15 ] [ 16 ]} استنادًا إلى نظرية المصادر لشوينجر، وضع واينبرغ أسس نظرية المجال الفعال، التي تحظى بتقدير أكبر بين الفيزيائيين. وعلى الرغم من حادثة الأحذية، فقد نسب واينبرغ الفضل في الإلهام إلى شوينجر. ^{[ 17 ]}

في جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس، وطوال مسيرته المهنية، واصل شوينجر تطوير نظرية المصدر وتطبيقاتها المتنوعة. بعد عام ١٩٨٩، أبدى شوينجر اهتمامًا بالغًا بالبحوث غير التقليدية في مجال الاندماج البارد ، حيث كتب ثماني أوراق بحثية نظرية في هذا المجال. استقال من الجمعية الفيزيائية الأمريكية بعد رفضها نشر أبحاثه. ^{[ ١٨ ]} شعر شوينجر أن أبحاث الاندماج البارد تتعرض للقمع وأن الحرية الأكاديمية تُنتهك. كتب: "إن ضغط التوافق هائل. لقد لمسته بنفسي في رفض المحررين للأوراق البحثية المقدمة، استنادًا إلى انتقادات لاذعة من محكمين مجهولين. إن استبدال المراجعة المحايدة بالرقابة سيؤدي إلى زوال العلم".

في منشوراته الأخيرة، اقترح شوينجر نظريةً للتألق الصوتي كظاهرة إشعاعية كمومية بعيدة المدى، لا ترتبط بالذرات، بل بالأسطح سريعة الحركة داخل الفقاعة المنهارة، حيث توجد انقطاعات في ثابت العزل الكهربائي. وتركز آلية التألق الصوتي، المدعومة الآن بالتجارب، على الغاز فائق التسخين داخل الفقاعة كمصدر للضوء. ^{[ 19 ]}

حصل شوينجر على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1965 مناصفةً مع ريتشارد فاينمان وشينيتشيرو توموناغا ، وذلك لإسهاماته في مجال الديناميكا الكهربائية الكمومية . وقد نال شوينجر العديد من الجوائز والتكريمات حتى قبل فوزه بجائزة نوبل، منها جائزة ألبرت أينشتاين الأولى (1951)، والميدالية الوطنية الأمريكية للعلوم (1964)، وشهادات دكتوراه فخرية من جامعة بيردو (1961) وجامعة هارفارد (1962)، وجائزة طبيعة الضوء من الأكاديمية الوطنية الأمريكية للعلوم (1949). وفي عام 1987، حصل شوينجر على جائزة اللوحة الذهبية من الأكاديمية الأمريكية للإنجاز . ^{[ 20 ]}

بصفته فيزيائيًا شهيرًا، غالبًا ما تمت مقارنة شوينجر بفيزيائي أسطوري آخر من جيله، وهو ريتشارد فاينمان . كان شوينجر أكثر ميلًا إلى المنهجية الرسمية، وفضل التلاعبات الرمزية في نظرية الحقل الكمومي . عمل مع مؤثرات الحقل المحلية، واكتشف علاقات بينها، وكان يعتقد أن على الفيزيائيين فهم جبر الحقول المحلية، مهما بدا ذلك متناقضًا. في المقابل، كان فاينمان أكثر حدسية، إذ اعتقد أنه يمكن استخلاص الفيزياء بالكامل من مخططات فاينمان ، التي تُعطي صورةً للجسيمات. علّق شوينجر على مخططات فاينمان على النحو التالي:

على غرار رقائق السيليكون في السنوات الأخيرة، ساهم مخطط فاينمان في جعل الحوسبة متاحة للجميع. ^{[ 21 ] [ 22 ]}

لم يُحبّذ شوينجر مخططات فاينمان لأنه شعر أنها تُركّز الطالب على الجسيمات وتُنسيه الحقول المحلية، الأمر الذي يُعيق الفهم في رأيه. بل إنه منعها تمامًا من صفّه، رغم فهمه التام لها. إلا أن الفرق الحقيقي أعمق من ذلك، وقد عبّر عنه شوينجر في المقطع التالي:

في نهاية المطاف، أدت هذه الأفكار إلى صياغات لاغرانجية أو صياغات فعلية لميكانيكا الكم، والتي ظهرت في شكلين متميزين لكنهما مترابطان، أُميزهما بالتفاضلي والتكاملي . وقد حظي الشكل الأخير، الذي قاده فاينمان، بتغطية إعلامية واسعة، لكني ما زلت أعتقد أن المنظور التفاضلي أكثر عمومية، وأكثر أناقة، وأكثر فائدة. ^{[ 23 ]}

على الرغم من حصولهما على جائزة نوبل، إلا أن شوينجر وفاينمان اتبعا نهجًا مختلفًا في الديناميكا الكهربائية الكمومية ونظرية الحقل الكمومي عمومًا. استخدم فاينمان مُنظِّمًا ، بينما تمكن شوينجر من إعادة التطبيع رسميًا إلى حلقة واحدة دون مُنظِّم صريح. آمن شوينجر بصيغة الحقول المحلية، بينما آمن فاينمان بمسارات الجسيمات. تابع كل منهما عمل الآخر عن كثب، وكان كل منهما يكنّ الاحترام للآخر. عند وفاة فاينمان، وصفه شوينجر بأنه

رجل صادق، صاحب الحدس البارز في عصرنا، ومثال رئيسي لما قد ينتظر أي شخص يجرؤ على اتباع نهج مختلف. ^{[ 24 ]}

توفي شوينجر بسبب سرطان البنكرياس . ودُفن في مقبرة ماونت أوبورن .${\displaystyle {\frac {\alpha }{2\pi }}}$، أين${\displaystyle \alpha }$هو ثابت البنية الدقيقة ، وهو محفور فوق اسمه على شاهد قبره. تشير هذه الرموز إلى حسابه للتصحيح ("الشاذ") للعزم المغناطيسي للإلكترون .