ジュリアン・シュウィンガー

ジュリアン・シュウィンガー
1965年のシュウィンガー
生まれる	ジュリアン・シーモア・シュウィンガー ( 1918-02-12 )1918年2月12日 ニューヨーク市、米国
死亡	1994年7月16日(1994-07-16)（享年76歳） ロサンゼルス、カリフォルニア州、米国
母校	ニューヨーク市立大学 コロンビア大学（学士、博士）
知られている	量子電磁力学 電弱相互作用 空洞摂動論 ダイオン スピン統計定理 マクマホン マスター定理 情報 源理論 相互不偏基数 ケルディッシュ形式論 ジュリアン・シュヴィンガーにちなんで名付けられたものの一覧
配偶者	クラリス・キャロル（1947年生まれ）（1917-2011）
受賞歴	アルバート・アインシュタイン賞 （1951年） アメリカ国家科学賞 （1964年） ノーベル物理学賞 （1965年）
科学者としてのキャリア
フィールド	量子場理論
機関	カリフォルニア大学バークレー校、パデュー大学 、 マサチューセッツ工科大学、 ハーバード大学 、カリフォルニア大学ロサンゼルス校、 シカゴ大学
論文	中性子の磁気散乱について （1939）
博士課程の指導教員	イシドール・アイザック・ラビ
博士課程の学生	リチャード・アーノウィット ロイ・グラウバー ベン・R・モッテルソン オイゲン・メルツバッハー シェルドン・ グラショウウォルター ・コーン ブライス ・デウィット ダニエル・ クライトマン サム・エドワーズ ゴードン・ベイム ローウェル・S・ブラウン スタンリー・デザー ローレンス・ポール・ホロウィッツ マーガレット ・G・キヴェルソン タンモウ・ヤン チャールズ ・M・ソマーフィールド ケネス ・アラン・ジョンソン

ジュリアン・シーモア・シュウィンガー（/ ˈ ʃ w ɪ ŋ ər / ; 1918年2月12日 - 1994年7月16日）は、ノーベル賞を受賞したアメリカの理論物理学者。量子電磁力学（QED）に関する研究、特に相対論的不変摂動論の開発とQEDを1ループ順序に繰り込んだことなどで知られる。シュウィンガーはいくつかの大学で物理学の教授を務めた。

シュウィンガーは重要な物理学者として知られ、変分アプローチや量子場の運動方程式など、現代の量子場理論の多くを担っています。彼は最初の電弱モデルと、1+1次元における閉じ込めの最初の例を開発しました。彼は多重ニュートリノ理論、シュウィンガー項、スピン3/2場理論を担当しています。

ジュリアン・シーモア・シュウィンガーは、ニューヨーク市で、ポーランドから米国に移住したアシュケナージ系ユダヤ人の両親、ベル（旧姓ローゼンフェルド）とベンジャミン・シュウィンガーの元に生まれた。 ^{[1]父方の両親はともに裕福な衣料品製造業者だったが、} 1929年のウォール街大暴落後、家業は衰退した。一家は正統派ユダヤ教の伝統に従っていた。ジュリアンの兄ハロルド・シュウィンガーは1911年生まれで、ジュリアンの7年前の1918年生まれである。^[2]

シュウィンガーは早熟な生徒だった。彼は1932年から1934年まで、当時優秀な生徒のための高校として高く評価されていたタウンゼント・ハリス高校に通った。高校時代、ジュリアンは既にニューヨーク市立大学の図書館でポール・ディラックなどの著者によるフィジカル・レビューの論文を読み始めていた。タウンゼント・ハリスは当時そのキャンパス内にあった。^[3]

1934年秋、シュウィンガーはニューヨーク市立大学に学部生として入学した。当時、ニューヨーク市立大学はタウンゼント・ハリスの卒業生全員を自動的に受け入れ、両校とも授業料を無料にしていた。物理学と数学に強い関心があったため、ジュリアンは授業をさぼったり、直接本で学んだりしていたにもかかわらず、これらの科目では非常に優秀な成績を収めていた。一方、英語などの他の科目には興味がなかったため、これらの科目の教師と学業上の衝突が生じた。^[4]

ジュリアンがCCNYに入学した後、CCNYを卒業していた兄のハロルドは、元クラスメートのロイド・モッツに「ジュリアンと知り合いになりたい」と頼んだ。ロイドは当時、 CCNYの物理学講師で、コロンビア大学の博士課程の学生だった。ロイドは彼と知り合いになり、すぐにジュリアンの才能を認めた。シュウィンガーの学業上の問題に気づいたロイドは、コロンビアで知り合ったイシドール・アイザック・ラビに助けを求めることにした。ラビも初めて会ったときすぐにシュウィンガーの能力を認め、コロンビアで学ぶための奨学金をシュウィンガーに与える手配をした。最初は、ジュリアンはCCNYでいくつかの科目の成績が悪かったため、奨学金は授与されなかった。しかしラビは粘り強く、たまたまニューヨークを通りかかったハンス・ベーテに、シュウィンガーが書いた量子電磁力学に関する未発表の論文を見せた。ベテの論文に対する承認と、その分野での彼の評判は、ジュリアンに奨学金を与えるのに十分であり、彼はその後コロンビア大学に転校した。コロンビア大学での彼の学業成績は、CCNY での成績よりはるかに良かった。彼はファイ・ベータ・カッパ協会に受け入れられ、1936 年に学士号を取得した。^[5]

シュウィンガーが大学院で学んでいた頃、ラビはジュリアンが国内の他の研究機関を訪問するのはよいことだと感じ、ジュリアンは37/38年の間、グレゴリー・ブライトやユージン・ウィグナーと働くために旅行フェローシップを授与された。この間、以前から夜遅くまで働く習慣があったシュウィンガーは、さらに進んで昼夜の切り替えを完璧にし、夜に働いて昼間に眠る習慣を身につけた。この習慣は、その後のキャリアを通じて続くことになる。シュウィンガーは後に、この切り替えは、働く時間を変えることでブライトやウィグナーとの接触時間を減らすだけで、知的独立性を高め、彼らに「支配」されることを避ける方法の一つだったと語っている。^[6]

シュウィンガーは1939年、21歳の時にラビの指導のもと博士号を取得した。

1939年の秋、シュウィンガーはカリフォルニア大学バークレー校でJ・ロバート・オッペンハイマーの下で働き始め、 NRCフェローとして2年間在籍した。^[7]

オッペンハイマーのもとで働いた後、シュウィンガーの最初の正規の学術職は1941年のパデュー大学であった。第二次世界大戦中、彼はパデュー大学を休職中に、ロスアラモス国立研究所の代わりにMIT放射線研究所で働いた。彼はレーダーの開発に理論的支援を提供した。戦後、シュウィンガーはパデュー大学を離れ、ハーバード大学で1945年から1974年まで教鞭を執った。1966年に彼はハーバード大学の物理学のユージン・ヒギンズ教授となった。

シュウィンガーはレーダー研究からグリーン関数への親和性を高め、これらの方法を使用して、相対論的に不変な方法で局所グリーン関数の観点から量子場理論を定式化しました。これにより、量子電気力学における電子磁気モーメントに対する最初の補正を一義的に計算することができました。以前の非共変研究は無限の答えに達していましたが、彼の方法の追加の対称性により、シュウィンガーは正しい有限の補正を分離することができました。

シュウィンガーは、量子電磁力学を1ループの順序で明確に 定式化する繰り込み法を開発しました。

同時代に、彼は、電子と陽電子の対が電場のトンネル効果によって生成される速度を計算することにより、量子場理論に非摂動法を導入しました。このプロセスは現在「シュウィンガー効果」として知られています。この効果は、摂動論ではいかなる有限の順序でも見ることができませんでした。

量子場の理論に関するシュウィンガーの基礎研究は、場の相関関数とその運動方程式の現代的な枠組みを構築した。彼のアプローチは量子作用から始まり、微分形式のグラスマン積分を用いて、ボソンとフェルミオンを初めて同等に扱うことを可能にした。彼はスピン統計定理とCPT定理のエレガントな証明を与え、短距離特異点のために、場の代数がさまざまな古典的な恒等式で異常なシュウィンガー項につながることを指摘した。これらは場の理論における基礎的な結果であり、異常を適切に理解する上で役立った。

その他の注目すべき初期の研究として、ラリタとシュウィンガーはスピン3/2場の抽象的なパウリとフィエルツの理論を、ディラックスピノルのベクトル、ラリタ・シュウィンガー方程式として具体的な形で定式化した。スピン3/2場が一貫して相互作用するためには、何らかの形の超対称性が必要であり、シュウィンガーは後に、この研究を超対称性を発見するまで十分に進めなかったことを後悔した。

シュウィンガーは、ニュートリノには電子ニュートリノとミューオンニュートリノの複数の種類があることを発見しました。現在では、軽いニュートリノは 3 つ存在することが分かっており、3 つ目はタウニュートリノのパートナーです。

1960年代に、シュウィンガーは現在ではシュウィンガーモデルとして知られる、1つの空間と1つの時間次元における量子電磁力学を定式化し解析した。これは閉じ込め理論の最初の例である。彼はまた、長距離で自発的に電磁気的に破れるゲージ群である電弱ゲージ理論を初めて提案した。これは彼の学生シェルドン・グラショーによって、受け入れられている電弱統一パターンに拡張された。彼は点磁気単極子を持つ量子電磁力学の理論を定式化しようとしたが、電荷の量子が小さいときに単極子が強く相互作用するため、この計画は限られた成功に終わった。 ${\displaystyle SU(2)}$${\displaystyle U(1)}$

シュウィンガーは73本の博士論文を指導しており、^[8]物理学分野で最も多くの研究成果をあげた大学院生の指導者の一人として知られています。彼の教え子のうち4人がノーベル賞を受賞しています：ロイ・グラウバー、ベンジャミン・ロイ・モッテルソン、シェルドン・グラショー、ウォルター・コーン（化学）です。

シュウィンガーは、主流とは異なる独自の研究を常に追求していたため、同僚との関係は複雑であった。特に、シュウィンガーは、現代の有効場の理論の前身となる、素粒子物理学の現象論的理論である源理論[9]を開発した。これは、^量子場を長距離現象として扱い、古典的な場の理論における電流に似た補助的な「源」を使用する。源理論は、明確に導かれた現象論的結果を持つ、数学的に整合的な場の理論である。ハーバード大学の同僚からの批判により、シュウィンガーは1972年に教授職を辞し、UCLAに移った。広く語られている話では、ライマン研究所のシュウィンガーのパネル張りのオフィスを引き継いだスティーブン・ワインバーグは、そこで「これを埋められると思うか?」という暗黙のメッセージとともに古い靴を見つけたという^{[要出典]。}シュウィンガーの源理論に基づいて、ワインバーグは物理学者の間でより高く評価されている有効場の理論の基礎を築いた。靴の事件にもかかわらず、ワインバーグはインスピレーションの功績をシュウィンガーに認めた。^[10]

シュウィンガーはUCLAで、そしてその後のキャリアを通じて、ソース理論とそのさまざまな応用を発展させ続けた。1989年以降、シュウィンガーは非主流派の研究である常温核融合に強い関心を抱くようになった。彼はそれについて8本の理論論文を執筆した。彼はアメリカ物理学会が彼の論文の出版を拒否したため、同学会を辞職した。^[11]彼は常温核融合研究が抑圧され、学問の自由が侵害されていると感じていた。彼は「同調圧力は非常に大きい。私は匿名の査読者に対する悪意ある批判に基づいて、編集者が投稿された論文を拒否するのを経験した。公平な査読を検閲に置き換えることは科学の死を意味するだろう」と書いている。

シュウィンガーは最後の論文で、原子ではなく、誘電率に不連続性がある崩壊する泡の中の高速で移動する表面に関連する長距離量子放射現象としてのソノルミネセンスの理論を提唱した。現在実験によって裏付けられているソノルミネセンスのメカニズムは、光の源として泡の中の過熱ガスに焦点を当てている。^[12]

シュウィンガーは1965年、量子電磁力学（QED）の研究によりリチャード・ファインマン、朝永振一郎とともにノーベル物理学賞を受賞した。シュウィンガーはノーベル賞受賞前から数々の賞や栄誉を受けており、その中には第1回アルバート・アインシュタイン賞（1951年）、アメリカ国家科学賞（1964年）、パデュー大学（1961年）とハーバード大学（1962年）の名誉理学博士号、米国科学アカデミーの光の自然賞（1949年）などがある。1987年、シュウィンガーはアメリカ業績アカデミーのゴールデン・プレート賞を受賞した。^[13]

有名な物理学者として、シュウィンガーは同世代のもう一人の伝説的な物理学者、リチャード・ファインマンとよく比較された。シュウィンガーはより形式主義的で、量子場の理論における記号操作を好んだ。彼は局所場演算子を扱い、それらの関係を発見し、物理学者はそれがいかに矛盾していても局所場の代数を理解すべきだと感じていた。対照的に、ファインマンはより直感的で、物理学は粒子像を与えるファインマン図から完全に抽出できると信じていた。シュウィンガーはファインマン図について次のようにコメントした。

近年のシリコンチップと同様に、ファインマン図は計算を大衆に普及させました。^{[14] [15]}

シュウィンガーはファインマン図を嫌っていた。それは、学生に粒子に集中させ、局所場を忘れさせ、それが理解を妨げると感じたからだ。彼はファインマン図を完璧に理解していたにもかかわらず、授業でファインマン図を全面的に禁止した。しかし、本当の違いはもっと深く、シュウィンガーは次のように表現している。

最終的に、これらのアイデアは量子力学のラグランジアン形式、つまり作用形式につながり、2つの異なるが関連した形で現れ、私はそれを微分と積分として区別しています。後者はファインマンが先導したもので、マスコミの注目を集めましたが、私は微分的な観点の方がより一般的で、よりエレガントで、より有用であると信じ続けています。^[16]

ノーベル賞を共同受賞したにもかかわらず、シュウィンガーとファインマンは量子電磁力学と量子場理論全般に対して異なるアプローチをとっていた。ファインマンはレギュレータを使用したが、シュウィンガーは明示的なレギュレータなしで形式的に1つのループに再正規化することができた。シュウィンガーは局所場の形式主義を信じていたが、ファインマンは粒子の軌道を信じていた。彼らは互いの研究を密接にフォローし、お互いを尊敬していた。ファインマンの死に際して、シュウィンガーは彼を次のように表現した。

彼は正直者であり、当代随一の直観力の持ち主であり、あえて他とは違う道を歩もうとする人に待ち受けている未来の好例である。^[17]

シュウィンガーは膵臓癌で亡くなりました。彼はマウントオーバーン墓地に埋葬されています。彼の墓石には、彼の名前の上に、微細構造定数が刻まれています。これらの記号は、電子の磁気モーメントに対する補正 (「異常」)の計算を示しています。 ${\displaystyle {\frac {\alpha }{2\pi }}}$${\displaystyle \alpha}$

• ジュリアン・シュヴィンガーにちなんで名付けられたもののリスト
• ユダヤ人ノーベル賞受賞者リスト
• 電磁気学の教科書一覧

書籍

• ミルトン KA、「量子遺産：ジュリアン・シュウィンガーの重要な論文」、ワールドサイエンティフィック、2000 年。
• Milton KA、Schwinger J、「古典電気力学」、第2版、Taylor & Francis、2024年。
• Milton KA、Schwinger J、「電磁放射：変分法、導波管および加速器」、Springer、2006 年。
• シュウィンガー J,アインシュタインの遺産: 空間と時間の統一、ドーバー、2002 年。
• Schwinger J,粒子、源、および場、3巻、CRC、2018年。
• Schwinger J,量子運動学とダイナミクス、Westview、2000年。
• Schwinger J,量子力学：原子測定の象徴性、Springer、2001年。
• Schwinger J、Saxon DS、「導波管の不連続性」、Gordon and Breach、1968 年。

記事

• ジュリアン・シュウィンガー (1948 年2月)。 「量子電気力学と電子の磁気モーメントについて」。Physical Review。73 ( 4): 416–417。Bibcode : 1948PhRv ...73..416S。doi : 10.1103  / PHYSREV.73.416。ISSN 0031-899X。Zbl 0035.13102。Wikidata  Q21709238  。
• ジュリアン・シュウィンガー( 1948 年11月 15日)。 「量子電気力学 I. 共変定式化」。Physical Review。74 ( 10): 1439–1461。Bibcode : 1948PhRv ...74.1439S。doi :10.1103/PHYSREV.74.1439。ISSN 0031-899X。Zbl  0032.09404。Wikidata  Q27346842  。
• Julian Schwinger (1949年2月15日). 「量子電気力学. II. 真空分極と自己エネルギー」. Physical Review . 75 (4): 651–679. Bibcode :1949PhRv...75..651S. doi :10.1103/PHYSREV.75.651. ISSN  0031-899X. Zbl  0033.23406. Wikidata  Q56021118.
• ジュリアン・シュウィンガー (1949 年 9 月 15 日)。「量子電気力学。III. 電子の電磁気特性 - 散乱に対する放射補正」。Physical Review。76  ( 6 ) : 790–817。Bibcode : 1949PhRv ...76..790S。doi : 10.1103/PHYSREV.76.790。ISSN 0031-899X。Zbl 0035.13201。Wikidata  Q56021119  。
• Feshbach, H.、Schwinger, J.、および JA Harr。「原子核二体問題におけるテンソル範囲の影響」、ハーバード大学計算研究所、米国エネルギー省（前身機関である原子力委員会を通じて）（1949 年 11 月）。
• Julian Schwinger (1951年6月). 「ゲージ不変性と真空分極について」. Physical Review . 82 (5): 664–679. Bibcode :1951PhRv...82..664S. doi :10.1103/PHYSREV.82.664. ISSN  0031-899X. Zbl  0043.42201. Wikidata  Q21709192.
• シュウィンガー、J.「角運動量について」、ハーバード大学、原子力開発協会、米国エネルギー省（前身機関である原子力委員会を通じて）（1952年1月26日）。
• シュウィンガー、J.「量子化場の理論 II」、ハーバード大学、米国エネルギー省（前身機関である原子力委員会を通じて）（1951 年）。
• シュウィンガー、J.「量子場の理論。第3部」、ハーバード大学、米国エネルギー省（前身機関である原子力委員会を通じて）（1953年5月）。

• Mehra, Jagdish、および Milton, Kimball A. (2000) 『Climbing the Mountain: the Scientific Biography of Julian Schwinger』 オックスフォード大学出版局。
• ミルトン、キンボール (2007 ) 。「ジュリアン・シュウィンガー: 原子核物理学、放射線研究所、再正規化 QED、ソース理論、そしてその先」。物理学の展望。9 (1): 70–114。arXiv : physics/0610054。Bibcode : 2007PhP .....9 ... 70M。doi :10.1007/s00016-007-0326-6。S2CID  684471。改訂版は、(2007)「Julian Schwinger: 核物理学と量子電磁力学から源理論とその先へ」Physics in Perspective 9 : 70–114 として出版されました。
• シュウェーバー、シルヴァン S. (1994)。QEDとそれを作った男たち: ダイソン、ファインマン、シュウィンガー、朝永。プリンストン大学出版局。ISBN 978-0-691-03327-3。
• Ng, Y. Jack編 (1996) Julian Schwinger: The Physicist, the Teacher, and the Manシンガポール: World Scientific ISBN 981-02-2531-8。 
• ジュリアン・シーモア・シュウィンガー (2000)、キンボール・A・ミルトン (編)、量子遺産：ジュリアン・シュウィンガーの重要な論文、20世紀物理学の世界科学シリーズ、第26巻、ワールド・サイエンティフィック、書誌コード：2000qlsp.book.....K、ISBN 978-981-02-4006-6

ウィキメディア・コモンズには、ジュリアン・シュウィンガーに関連するメディアがあります。

Wikiquoteにジュリアン・シュヴィンガーに関する引用があります。

• ジュリアン・シュウィンガーがNobelprize.orgについて語る1965年12月11日のノーベル賞受賞講演を含む相対論的量子場理論
• オコナー、ジョン J.、ロバートソン、エドマンド F.、「ジュリアン シュウィンガー」、マクチューター数学史アーカイブ、セントアンドリュース大学