Юджин Пол Ви́гнер ( англ. Eugene Paul Wigner ) или Енё Пал Вигнер ( венг. Wigner Jenő Pál , произносится [ˈviɡnɛr ˈjɛnøː ˈpaːl]; 17 ноября 1902 , Будапешт — 1 января 1995 , Принстон , США ) — венгерско-американский физик-теоретик , внёсший вклад в математическую физику . Он получил американское гражданство в 1937 году и Нобелевскую премию по физике в 1963 году «за вклад в теорию атомного ядра и элементарных частиц , в частности, за открытие и применение фундаментальных принципов симметрии» , а так же Премию «За мирный атом» в 1959 году.

Выпускник Берлинского технического университета , Вигнер работал ассистентом у Карла Вайсенберга и Ричарда Беккера в Институте кайзера Вильгельма в Берлине и у Давида Гильберта в Геттингенском университете . Вигнер и Герман Вейль начали использовать теорию групп в физике, особенно теорию симметрии . Попутно он выполнил новаторскую работу в области чистой математики, в которой доказал ряд математических теорем . В частности, теорема Вигнера является краеугольным камнем математической формулировки квантовой механики . Он также известен своими исследованиями структуры атомного ядра . В 1930 году Принстонский университет нанял Вигнера вместе с Джоном фон Нейманом , и он переехал в Соединённые Штаты.

Вигнер участвовал во встрече с Лео Силардом и Альбертом Эйнштейном , результатом которой стало письмо Эйнштейна — Силарда , побудившее президента Франклина Д. Рузвельта инициировать Манхэттенский проект по разработке атомной бомбы . Вигнер опасался, что атомную бомбу первыми разработают немецкие учёные в Германии в рамках немецкого проекта создания ядерного оружия . Во время Манхэттенского проекта он возглавлял группу, задачей которой было проектирование ядерных реакторов для преобразования урана в оружейный плутоний . В то время реакторы существовали только на бумаге, и ни один реактор ещё не продемонстрировал эффективную цепную реакцию . Вигнер был разочарован тем, что на компанию DuPont была возложена ответственность за детальное проектирование реакторов, а не только за их строительство ^{[ почему? ]} . Он стал директором по исследованиям и разработкам в лаборатории Клинтона ( Окриджская национальная лаборатория ) в начале 1946 года, но был разочарован бюрократическим вмешательством со стороны Комиссии по атомной энергии и вернулся в Принстон.

В послевоенный период он работал в ряде государственных органов, включая Национальное бюро стандартов с 1947 по 1951 год, комиссию по математике Национального исследовательского совета с 1951 по 1954 год, комиссию по физике Национального научного фонда и влиятельный Генеральный консультативный комитет Комиссии по атомной энергии с 1952 по 1957 год и повторно с 1959 по 1964 год. В более позднем возрасте он заинтересовался философией и опубликовал свою самую известную за пределами технической математики и физики работу « Непостижимая эффективность математики в естественных науках ».

Ранние годы

Вигнер Енё Пал родился в Будапеште , Австро-Венгрия , 17 ноября 1902 года в еврейской семье, относящейся к среднему классу . Его отец, Антал Вигнер ( венг. Antal Wigner , 1870—1955), работал управляющим кожевенно-дубильного цеха; мать, Эржебет ( венг. Erzsébet Einhorn Wigner , урождённая Айнхорн, 1879—1966), была домохозяйкой. Дед Вигнера по материнской линии был врачом в имении Эстерхази в Айзенштадте . У него была старшая сестра Берта, известная как Бири ( англ. Biri ), и младшая сестра Маргит ( англ. Margit ), известная как Манси ( англ. Manci ) , которая позже вышла замуж за британского физика-теоретика Поля Дирака . Он получал домашнее образование у профессионального учителя до 9 лет и пошёл в школу в третьем классе. В этот период Вигнер проявил интерес к математическим задачам . В возрасте 11 лет Вигнер заразился, по первоначальному диагнозу, туберкулезом . Родители отправили его жить на шесть недель в санаторий в австрийских горах, прежде чем врачи пришли к выводу, что диагноз был ошибочным .

Семья Вигнера была еврейской, но не религиозной. С 1915 по 1919 годы он учился в средней гимназии Fasori Evangélikus Gimnázium , школе, которую посещал его отец. Его сокурсником был Янош фон Нейман , который был на год младше Вигнера и учился в другом в классе. Они оба многое почерпнули из уроков известного учителя математики Ласло Ратца . В гимназии Фашори было обязательным религиозное образование, и Вигнер посещал занятия по иудаизму . В 1919 году, спасаясь от коммунистического режима Белы Куна , семья Вигнеров ненадолго бежала в Австрию, а после возвращения в Венгрию после падения Куна , обратилась в лютеранство . Позже Вигнер объяснял, что решение его семьи перейти в лютеранство было «в глубине души не религиозным, а антикоммунистическим» и отчасти вызвано привилегированным положением евреев при режиме Белы Куна. . Сам же Вигнер был атеистом .

После окончания средней школы в 1920 году Вигнер поступил в Будапештский университет технических наук , известный как Műegyetem . Его не устроили предлагаемые курсы и в 1921 году он поступил в Берлина (ныне Берлинский технический университет ) , где изучал химическую технологию . Вигнер также посещал дневные коллоквиумы Немецкого физического общества . В этих коллоквиумах принимали участие ведущие исследователи, включая Макса Планка , Макса фон Лауэ , , Вернера Гейзенберга , Вальтера Нернста , Вольфганга Паули и Альберта Эйнштейна . Вигнер также познакомился с физиком Лео Силардом , который сразу же стал ближайшим другом Вигнера . Вигнер работал в Институте физической химии и электрохимии кайзера Вильгельма ( Иститут им. Фрица Габера ), и там он познакомился с Майклом Полани , который стал после Ласло Раца важнейшим учителем Вигнера. Он выступил руководителем Вигнера во время его работы над докторской диссертацией «Формирование и распад молекул» ( нем. Bildung und Zerfall von Molekülen ) . В 1924 году Вигнер получил степень бакалавра , а в 1925 стал доктором технических наук .

Зрелые годы

Вигнер вернулся в Будапешт, где пошёл работать на кожевенный завод своего отца, но в 1926 году он принял предложение Карла Вайссенберга из Института кайзера Вильгельма в Берлине (Институт физики Общества Макса Планка). Вайссенберг хотел, чтобы кто-то помог ему в работе над рентгеновской кристаллографией , и Полани порекомендовал Вигнера. После шести месяцев работы ассистентом Вайссенберга Вигнер на два семестра перешёл на работу к Ричарду Беккеру . Занимался исследованиями в области квантовой механики , изучая работы Эрвина Шрёдингера . Он также углубился в теорию групп Фердинанда Фробениуса и .

Вигнер получил приглашение от Арнольда Зоммерфельда работать в Гёттингенском университете ассистентом математика Давида Гильберта . Эта работа оказалась разочарованием для него, поскольку математические способности престарелого Гильберта снизились, его интересы сместились в сторону логики. Тем не менее, Вигнер продолжил учёбу самостоятельно . Он заложил основы теории симметрий в квантовой механике и в 1927 году ввёл то, что сейчас известно как D-матрица Вигнера . Благодаря Вигнеру и Герману Вейлю , в квантовой механике начали широко использовать теорию групп. Вейль написал в 1928 году ставшую классической монографию «Теория групп и квантовая механика» , но её было нелегко понять, особенно молодым физикам. Работа Вигнера «Теория групп и её приложения к квантовой механике атомных спектров» (1931 г.) сделала теорию групп доступной для более широкой аудитории .

В своих работах Вигнер заложил основы использования теории симметрии в квантовой механике . Эта теория изменяла современную квантовую механику, теорема Вигнера, доказанная им в 1931 году, сейчас является краеугольным камнем математической формулировки квантовой механики . Теорема определяет, как физические симметрии , такие как повороты, трансляции и CPT-симметрия , представляются в гильбертовом пространстве состояний . Согласно теореме, любое преобразование симметрии представляется линейным и унитарным или преобразованием гильбертова пространства. В свою очередь представление группы симметрии в гильбертовом пространстве является либо обычным представлением , либо проективным представлением .

К 1929 году работы Вигнера привлекли внимание физиков. В конце 1930-х годов Вигнер расширил свои исследования атомных ядер. В 1930 году Принстонский университет нанял Вигнера на годичный курс лекций, с заработком в семь раз больше чем в Европе. В это же время в университет был принят фон Нейман. Енё Пал Вигнер и Янош фон Нейман совместно работали над тремя статьями в 1928 году и над двумя — в 1929 году. Они изменили свои имена на английский манер на «Юджин» ( англ. Eugene ) и «Джон» ( англ. John ) соответственно . Когда их срок контракта истёк, университет предложил им пятилетний контракт в качестве приглашённых профессоров, при этом каждый год они должны были провести полгода в Принстоне и полгода на преподавательской позиции в Высшей технической школе. Это было очень своевременно, так как вскоре к власти в Германии пришли нацисты . В Принстоне в 1934 году Вигнер познакомил свою сестру Манси с физиком Полем Дираком , за которого она вышла замуж .

Контракт Вигнера с университетом Принстона истёк в 1936 году . С помощью Грегори Брейта Вигнер нашёл новую работу в Университете Висконсина . Там он познакомился со своей первой женой, Амелией Франк ( англ. Amelia Frank ), которая была студенткой-физиком. Однако она неожиданно скончалась в 1937 году, что привело Вигнера к глубокой депрессии. Позже, в 1938 году, он принял предложение Принстонского университета вернуться на кафедру . Вигнер стал натурализованным гражданином Соединенных Штатов 8 января 1937 года и перевёз в эту страну своих родителей .

Манхэттенский проект

Несмотря на его собственное признание в том, что он был не знатоком в политике, 2 августа 1939 года Вигнер участвовал во встрече с Лео Сцилардом и Альбертом Эйнштейном , результатом которой стало письмо Эйнштейна — Сциларда , побудившее президента Франклина Д. Рузвельта инициировать Манхэттенский проект по разработке атомного оружия . Вигнер опасался, что немецкий проект по созданию ядерного оружия окажется успешным и Германия может победить во Второй мировой войне, поэтому отказался предоставить отпечатки пальцев, так как они могли использоваться для идентификации его личности . «Мысли об убийстве», — вспоминал он позже, — «чудесным образом сосредотачивают ваш разум» .

4 июня 1941 года Вигнер женился во второй раз на Мэри Аннетт Уилер ( англ. Mary Annette Wheeler ), профессоре физики из Вассарского колледжа , защитившей докторскую диссертацию в Йельском университете в 1932 году. После войны она преподавала физику на факультете Ратгерского университета в Нью-Джерси, пока не вышла на пенсию в 1964 году. В браке родилось двое детей — Дэвид Вигнер ( англ. David Wigner ) и Марта Вигнер Аптон ( англ. Martha Wigner Upton ) .

Вигнер работал в Металлургической лаборатории Чикагского университета с 1942 по 1945 год, где совместно с Энрико Ферми участвовал в строительстве первого атомного ректора . Во время работы над Манхэттенским проектом Вигнер руководил командой, в которую входили , Элвин М. Вайнберг , , Гейл Янг и . Задача группы заключалась в разработке промышленных ядерных реакторов, которые могли преобразовывать уран в оружейный плутоний . В то время реакторы существовали только на бумаге, реальную цепную реакцию осуществить ещё не удавалось. В июле 1942 года Вигнер выбрал консервативную ^{[ прояснить ]} конструкцию реактора мощностью 100 МВт с графитовым замедлителем нейтронов и водяным охлаждением , и в первом в мире атомном реакторе Чикагская поленница-1 произошла контролируемая цепная ядерная реакция .

Вигнер был разочарован тем, что на компания DuPont отвечала не только за строительство реактора, но и за детальное проектирование. Он пригрозил уйти в отставку в феврале 1943 года, но его отговорил начальник Металлургической лаборатории Артур Комптон , который вместо этого отправил его в отпуск. Как оказалось, конструктивное решение DuPont оборудовать реактор дополнительными загрузочными трубами для большего количества урана спасло проект, когда появилась проблема с нейтронным отравлением . Без дополнительных труб реактор мог работать только на 35% от проектной мощности, пока не сгорели бы примеси бора в графите и не было произведено достаточно плутония для работы реактора на полной мощности, что отбросило бы проект на год назад . В 1950-х годах Вигнер работал на компанию DuPont на участке Саванна-Ривер . Вигнер не чувствовал вины в том, что вместе с другими учёными работал над Манхэттенским проектом и иногда высказывал сожаление о том, что атомная бомба не была создана на год раньше . В марте 1945 года от имени физиков, участвующих в программе по созданию атомной бомбы, Лео Сцилард составил меморандум, в котором учёные выступали против немедленного применения атомной бомбы, этот документ подписал и Вигнер .

Важным открытием, сделанным учёным во время работы над проектом, был (распухание графитового замедлителя, вызванного смещением атомов из-за действия нейтронного излучения ) , который был серьёзной проблемой для реакторов на Хэнфордском комплексе в послевоенный период и привёл к сокращению производства и полной остановке реактора . В конце концов было обнаружено, что его можно нивелировать путём контролируемого нагрева и отжига .

Благодаря финансированию Манхэттенского проекта, Вигнер и также разработали общий подход к ядерным реакциям, теорию R-матрицы Вигнера — Эйзенбуда. Работы по этой теме были опубликованы в 1947 году .

Поздние годы

В начале 1946 года Вигнер занял должность директора в лаборатории Клинтона ( Ок-Риджская национальная лаборатория ) в Ок-Ридже, штат Теннесси . Поскольку он не хотел выполнять административные обязанности, он стал содиректором лаборатории, а Джеймс Лам взял на себя административную работу в качестве исполнительного директора . Когда созданная в начале 1947 года Комиссия по атомной энергии (КАЭ) стала ответственной за работу лаборатории, Вигнер опасался, что многие технические решения будут приниматься в Вашингтоне . Он также рассматривал продолжение использования армией политики безопасности военного времени в лаборатории как «назойливую оплошность», мешающую исследованиям . Один из таких инцидентов произошёл в марте 1947 года, когда КАЭ обнаружила, что учёные Вигнера проводят эксперименты с критической массой урана-235 , когда директор Манхэттенского проекта генерал-майор Лесли Р. Гроувс-младший запретил подобные эксперименты в августе 1946 года после смерти Луи Слотина в Лос-Аламосской лаборатории . Вигнер предлагал отменить приказ Гроувза, но был вынужден прекратить эксперименты, несмотря на то, что они полностью отличались от того, в результате которого погиб Слотин .

Чувствуя себя неподходящим для управленческой роли, он покинул Ок-Ридж в 1947 году и вернулся в Принстонский университет , хотя много лет оставался консультантом Ок-Риджа . В послевоенный период работал в ряде государственных органов, включая Национальное бюро стандартов (с 1947 по 1951 год), комиссию по математике при Национальном исследовательском совете (с 1951 по 1954 год), комиссию по физике Национального научного фонда и влиятельную Генеральный консультативный комитет Комиссии по атомной энергии (с 1952 по 1957 год и повторно с 1959 по 1964 годы) . Он также внёс свой вклад в гражданскую оборону .

Ближе к концу жизни интерес Вигнера сместился к философии. В 1960 году он опубликовал ставшую классической статью по философии математики и физики, ставшую самой известной его работой за пределами технической математики и физики под названием « Непостижимая эффективность математики в естественных науках » . Он утверждал, что биология и познание могут быть источником физических понятий — того, как мы, люди, их воспринимаем. Вигнер считал, что счастливое совпадение, заключающееся в том, что математика и физика так хорошо согласованы, кажется «неразумным» и трудно объяснимым . Его оригинальная статья вызвала и вдохновила множество откликов в самых разных дисциплинах. Среди них были Ричард Хэмминг по информатике , по молекулярной биологии , Питер Норвиг по интеллектуальному анализу данных , Макс Тегмарк по физике , по математике и в экономике .

Обращаясь к философским вопросам теории квантовой механики, Вигнер разработал мысленный эксперимент (позже названный парадоксом друга Вигнера ), чтобы проиллюстрировать свою веру в то, что сознание лежит в основе процесса квантово-механических измерений . Таким образом, он следовал онтологическому подходу, который ставит человеческое сознание в центр мироздания: «Всё, что квантовая механика пытается предоставить, — это вероятностные связи между последующими впечатлениями (также называемыми» апперцепциями) сознания" .

Под измерениями понимаются взаимодействия, которые создают впечатления в нашем сознании (и в результате модифицируют волновую функцию «измеряемой» физической системы) — идея, получившая название интерпретации « ».

Хью Эверетт III (ученик Вигнера) описал мысленный эксперимент Вигнера во вступительной части своей диссертации 1957 года как «забавную, но крайне гипотетическую драму» . В раннем наброске работы Эверетта можно также найти рисунок ситуации «Друга Вигнера» , который следует рассматривать как первое свидетельство на бумаге существования мысленного эксперимента, первоисточником которого был Вигнер. Это говорит о том, что Эверетт, по крайней мере, обсуждал эту проблему с Вигнером.

В ноябре 1963 года Вигнер призвал выделить 10 % бюджета национальной обороны на убежища от ядерных взрывов и ресурсы для выживания, утверждая, что такие расходы будут менее дорогостоящими, чем разоружение. Вигнер счёл вывод недавнего исследования о том, что ядерный удар убьёт 20 % американцев очень скромным прогнозом, и что страна сможет оправиться от такой атаки быстрее, чем Германия оправилась от разрушений Второй мировой войны .

Вигнер был удостоен Нобелевской премии по физике в 1963 году «за вклад в теорию атомного ядра и элементарных частиц , в частности, за открытие и применение фундаментальных принципов симметрии» . В том же году денежная премия была разделена между несколькими лауреатами, другая половина награды была разделена между Марией Гепперт-Майер и Дж. Хансом Д. Йенсеном . Вигнер заявил, что никогда не рассматривал такую возможность и добавил: «Я никогда не ожидал, что моё имя попадёт в газеты, не совершив чего-нибудь злого» . Он также получил медаль Франклина в 1950 году , премию Энрико Ферми в 1958 году , премию « в 1959 году , медаль Макса Планка в 1961 году , Национальную научную медаль США в 1969 году , премию Альберта Эйнштейна в 1972 году , премию «Золотая пластина» в 1974 году и одноимённую в 1978 году . В 1968 году Вигнер был удостоен Гиббсовской лекции .

Его жена Мэри умерла в ноябре 1977 года . В 1979 году Вигнер женился в третий раз на Эйлин Клэр-Паттон (Пэт) Гамильтон ( англ. Eileen Clare-Patton (Pat) Hamilton ), вдове физика Дональда Росса Гамильтона, декана Высшей школы Принстонского университета, умершего в 1972 году . В возрасте 90 лет он опубликовал свои мемуары «Воспоминания Юджина П. Вигнера с . В них Вигнер сказал: «Полный смысл жизни, коллективный смысл всех человеческих желаний — это, по сути, тайна, недоступная нашему пониманию. В молодости меня раздражало такое положение дел. Но к настоящему времени я смирился с этим. Я даже чувствую определённую честь быть связанным с этой тайной» . В своём сборнике эссе «Философские размышления и синтезы» (1995) он отмечал: «Невозможно было сформулировать законы квантовой механики полностью последовательным образом без привязки к сознанию» .

Вигнер умер от пневмонии в в Принстоне, штат Нью-Джерси 1 января 1995 года . У него остались жена Эйлин (умерла в 2010 году) и дети Эрика, Дэвид и Марта, а также его сёстры Берта и Маргит .

Публикации

• Wigner, E. P. Group theory and its application to the quantum mechanics of atomic spectra. — Expanded and improved ed. — Academic Press, 1959. — ISBN 9780127505503 .
• Е. Вигнер. // УФН. — 1968. — Т. 93 . — С. 535—546 . — doi : .
• Wigner, E. P. Symmetries and reflections: scientific essays of Eugene P. Wigner. — M.I.T. Press, 1970. — ISBN 9780262730211 .
• Weinberg, A. M.; Wigner, E. P. The physical theory of neutron chain reactors. — Univ. of Chicago Pr, 1972. — ISBN 9780226885179 .
• Wigner, E. P.; Szanton, A. The recollections of Eugene P. Wigner as told to Andrew Szanton. — Plenum Press, 1992. — ISBN 9780306443268 .
• Wigner, E. P.; Mehra, J.; Wightman, A. S. Philosophical reflections and syntheses. — 1st ed. — Springer, 1995. — ISBN 9783540633723 .
• Айзенбул Л., Вигнер Е. Структура ядра. — М., 1959;
• Вайнберг А. , Вигнер Е. Физическая теория ядерных реакторов. — М., 1961;
• Вигнер Е. Теория групп и её приложения к квантово-механической теории атомных спектров. — М., 1961;
• Вигнер Е. Этюды о симметрии. — М., 1971;

Примечания

Литература

• Hewlett, Richard G. / Richard G. Hewlett, Francis Duncan. — University Park, Pennsylvania : Pennsylvania State University Press, 1969. — ISBN 978-0-520-07187-2 .
• Johnson, Leland. / Leland Johnson, Daniel Schaffer. — Knoxville : University of Tennessee Press, 1994. — ISBN 978-0-87049-853-4 .
• Rhodes, Richard. . — New York : Simon & Schuster, 1995. — ISBN 978-0-684-80400-2 .
• Mukunda, N. // Resonance. — 2009. — Т. 14 . — С. 944 . — doi : .
• Szanton, Andrew. The Recollections of Eugene P. Wigner. — Plenum, 1992. — ISBN 978-0-306-44326-8 .
• Wigner, E. P. Gruppentheorie und ihre Anwendung auf die Quanten mechanik der Atomspektren : [ нем. ] . — Braunschweig, Germany : Friedrich Vieweg und Sohn, 1931.
• Wigner, E. P. Group Theory and its Application to the Quantum Mechanics of Atomic Spectra. — New York : Academic Press, 1959. — ISBN 978-0-12-750550-3 .
• Wigner, E. P. The collected works of Eugene Paul Wigner, Volume 5, Part A, Nuclear energy / E. P. Wigner, Alvin M. Weinberg. — Berlin : Springer, 1992. — ISBN 978-0-387-55343-6 .
• Wigner, Eugene Paul. Volume 7, Part B, Philosophical Reflections and Syntheses / Eugene Paul Wigner, Jagdish Mehra, A. S. Wightman. — Berlin : Springer, 1995. — ISBN 978-3-540-63372-3 .

Ссылки

• Голоса Манхэттенского проекта
• Джон Дж. О’Коннор и Эдмунд Ф. Робертсон . (англ.) — биография в архиве MacTutor .
• (англ.) в проекте « Математическая генеалогия »
• 9 июля 2011 года.
• 5 октября 2012 года.
• 1 октября 2013 года.
• 26 марта 2015 года.
• . Описание детства и особенно школьных лет в Будапеште, а также несколько интересных фотографий.
• в Институте Чарльза Бэббиджа Университета Миннесоты, Миннеаполис. Вигнер рассказывает о своем общении с Джоном фон Нейманом во время их школьных лет в Венгрии, их аспирантуре в Берлине и их назначении в Принстон в 1930 году. Вигнер обсуждает вклад фон Неймана в теорию квантовой механики, собственную работу Вигнера в этой области и интерес фон Неймана к применению теории к проекту атомной бомбы.
• Храмов Ю. А. Вигнер Юджин Поль // Физики : Биографический справочник / Под ред. А. И. Ахиезера . — Изд. 2-е, испр. и доп. — М. : Наука , 1983. — С. 62. — 400 с. — 200 000 экз.
• (англ.)