Известные люди

»

Синъитиро Томонага

Т. получил уровень бакалавра по атомной физике в Киото в 1929 г. и оставался в этом месте ещё три года в качестве аспиранта и ассистента в исследовательской лаборатории Кадзюро Тамаки. Одним из его коллег в этом месте был Хидэки Юкава, тот, что потом предсказал наличие пиона, частицы, осуществляющей передачу ядерной силы между протонами и нейтронами. В 1932 г. Т. перешел в Институт химических и физических исследований в Токио в качестве ассистента-исследователя лаборатории Есио Нисины. С 1937 по 1939 г. он работал в Лейпцигском университете с Вернером Гейзенбергом. Работа, посвященная физическим свойствам атомного ядра, которую он опубликовал, будучи в Германии, была принята в качестве докторской диссертации в Токийском императорском университете в 1939 г.

В 1941 г. Т. занял пост профессора физики в Токийском университете науки и литературы (тот, что позже вошел в состав Токийского университета культуры). Во время второй важный войны он работал над радарами, т.е. в той области, которой занимался и Джулиус С. Швингер, позднее разделивший с ним Нобелевскую премию.

В начале научной работы интересы Т. были связаны с квантовой электродинамикой, к которой он периодически возвращался на протяжении больше чем 20 лет. Его первое изыскание в этой области было сделано с Нисиной в Токио, продолжил он его с Гейзенбергом в Лейпциге и ещё раз вернулся к нему совместно со своими студентами в Токио во время войны. Значительное продвижение на этом пути началось в 1947 г., и аккурат за эту работу он получил Нобелевскую премию.

Целью исследований Т. в области квантовой электродинамики являлось согласование двух эпохальных физических теорий XX в. квантовой механики и специальной теории относительности. Квантовая механика в том виде, как она была сформулирована в середине 20-х гг., благополучно справилась с объяснением строения атома. Однако был единственный значимый миг, где эта доктрина оказалась неполной, оттого что она не принимала в расчет возможности превращения материи в энергию, и напротив. Возможность такого преобразования это центральный плод специальной теории относительности Альберта Эйнштейна.

Начиная с 1927 г. британский физик П.А. М. Дирак пытался согласовать квантовую механику с теорией относительности. Он сконцентрировал родное чуткость на связи между электронами и электромагнитным, излучением. Согласно законченной форме теории Дирака, фотон, или квант электромагнитной энергии, может материализоваться, порождая при этом электрон и позитрон (античастица, двойник электрона). Аналогично электрон и позитрон в результате аннигиляции могут порождать фотон. Т. и Нисина исследовали эти процессы в начале 30-х гг.

Теория Дирака дала ключ к новому пониманию взаимодействий заряженных частиц. Например, два соседних электрона могут обменяться серией фотонов, перебрасываясь ими, как мячиками. Сила реакции, испытываемая каждым электроном, когда он испускает или поглощает фотон, тогда проявится как электромагнитное отталкивание, которое стремится удалить электроны приятель от друга. В этом случае говорят, что участвующие в подобном обмене фотоны являются виртуальными частицами, так как их наличие быстротечно и их не разрешено выявить прямо.

Энергию виртуальных фотонов разрешается подсчитать, пользуясь принципом неопределенности Гейзенберга, в соответствии которому максимальная энергия частицы зависит от величины промежутка времени, необходимого для измерения этой энергии. Поскольку виртуальные фотоны существуют шибко малое время, их энергия может быть велика. Более того, так как взаимодействующие электроны по мере сближения укорачивают время жизни виртуальных фотонов, в этом случае верхняя рубежная линия энергии ещё больше поднимается. Возникает увлекательный вопрос: что произойдет, когда единственный и тот же электрон в первую голову испустит виртуальный фотон, а далее сызнова поглотит его. В этом случае время жизни фотона может надвигаться к нулю и, стало быть, вероятная энергия становится неограниченной. Непрерывное испускание и поглощение таких фотонов, по-видимому, придаст электрону бесконечную массу.

К началу 40-х гг. было признано, что из теории Дирака вытекает, что электрон должен иметь бесконечной массой, а ещё по аналогичным соображениям, связанным с виртуальными электронами и позитронами, и бесконечным электрическим зарядом. Эти выводы, явственно, абсурдны, так как масса и заряд электрона, как ладно известно, конечны и не весьма велики. Тем не менее этой теорией продолжали пользоваться, так как ее недостатки становятся очевидными, только когда мы изучаем электроны с сильно близкого расстояния. Для большинства опытов, осуществимых в то время, система Дирака давала верные предсказания, да к тому же лучшей теории не было.

Кризис квантовой электродинамики разразился в 1947 г., когда Уиллис Ю. Лэмб и Роберт К. Резерфорд экспериментально установили, что единственный энергетический порядок электрона в атоме водорода немного отличается от значения, предсказанного Дираком. Примерно в то же самое время Поликарп Куш со своими коллегами обнаружил, что магнитный миг такого электрона кроме того малость отличается от предсказанного значения. Эти противоречия побудили Т. и Швингера реконструировать квантовую электродинамику. Т., изолированный в послевоенной Японии от большинства западных физиков, узнал о результатах Лэмба не из научного журнала, а из научно-популярной колонки в одном еженедельном американском журнале.

Прежде были попытки сладить с несомненно бесконечными массой и зарядом электрона, несложно отрицая их наличие. Т. и Швингер избрали другой подход: вместо отбрасывания бесконечностей они их использовали. Они показали, что измеряемая масса электрона должна состоять из двух компонентов: истинной, или чистой, массы, которой обладал бы электрон, если бы он наблюдался изолированно, и массы, связанной с облаком виртуальных фотонов (и других виртуальных частиц), которые электрон непрерывно испускает и поглощает. Если облачко фотонов обладает бесконечной массой, то отседова следует, что чистая масса также должна быть бесконечной, но отрицательной. Когда два таких компонента соединяются в общую массу, бесконечности взаимно сокращаются, оставляя только невеликий крайний остаток, тот, что соответствует измеряемой массе. Используя аналогичный подход к бесконечному заряду электрона, Т. и Швингер постулировали нескончаемый негативный чистый заряд, тот, что притягивает облачко положительно заряженных виртуальных частиц. Бесконечно немалый позитивный заряд виртуального облака экранирует негативный чистый заряд, за исключением конечного остатка.

Математическая операция, изобретенная Т. и Швингером для исключения бесконечных масс и зарядов, называется перенормировкой. Хотя перенормировка дала квантовой электродинамике спасительную концепцию, в конечном итоге многие физики считали, что подобное лекарственное средство хуже самой болезни. Перенормировка устраняла некоторые бесконечности, вводя другие, охватывая массы, которые не только бесконечны, но ещё и отрицательны. Однако Т. и Швингер подчеркивали, что в их теории наблюдаемые величины масс конечны и положительны. Электрон запрещено отделить от его облака виртуальных частиц, оттого бесконечные чистые массу и заряд следить нереально. Независимо от Т. и Швингера и приблизительно в то же самое время Ричард Ф. Фейнман нашел безупречно великолепный дорога для выражения идей квантовой электродинамики. Он показал, что каждое взаимодействие между частицами (охватывая виртуальные частицы) не возбраняется представить с помощью диаграммы траекторий частиц в пространстве и времени.

Теория перенормировки в квантовой электродинамике оказалась наиболее точной из всех физических теорий. Некоторые характеристики электрона позволительно измерить с точностью значений до нескольких миллиардных; значения, предсказанные теорией, метко согласуются с экспериментальными данными. Более того, квантовая электродинамика послужила моделью для теорий, описывающих иные силы природы, и перенормировка явилась существенным шагом к тому, чтобы эти теории стали трудиться.

Т., Фейнман и Швингер поделили Нобелевскую премию по физике за 1965 г. за фундаментальную работу в квантовой электродинамике с вдалеке идущими последствиями для физики элементарных частиц, В Нобелевской лекции Т. коснулся эволюции идей, побудивших его инициировать работу в этом направлении. Неудача теории Дирака, сказал он, породила у многих сильное недоверие к квантовой теории поля. Были более того люди с крайними взглядами, считавшие, что сама концепция воздействия поля не имеет ничего общего с истинными законами природы... Под влиянием Гейзенберга я пришел к убеждению, что концепция воздействий поля, не имевшая объяснения, нуждается во фронтальном наступлении на нее.

Работа Т. во время и безотложно позже второй важный войны стала известной за пределами Японии раньше всего благодаря усилиям Юкавы. В результате в 1949 г. его пригласили в Институт фундаментальных исследований в Принстоне (штат Нью-Джерси), где он занимался работой в области квантовой механики систем из многих частиц, таких, как твердые тела, и тем самым открыл новую область исследований. Когда в 1951 г. умер Нисина, Т. вернулся в Японию, чтобы возглавить Институт химических и физических исследований. С 1956 по 1962 г. он был президентом токийского университета культуры, а с 1963 по 1969 г. занимал пост президента Научного совета Японии. Он ещё возглавлял Институт оптических исследований и служил в различных правительственных комитетах. Он помогал основать Институт исследований по фундаментальной физике при Киотском университете и Институт ядерных исследований при Токийском университете.

В 1940 г. Т. женился на Реко Секигути, дочери директора токийской Метрополитен-обсерватории. У них было два сына и дочка. Т. умер 8 июля 1979 г.

Кроме Нобелевской премии, Т. получил премию Японской академии наук (1948), орден Культуры японского правительства (1952) и золотую медаль им. Ломоносова АН СССР (1964). Он был членом Японской академии наук, Германской академии естествоиспытателей Леопольдина, иностранным членом Шведской королевской академии наук, членом-корреспондентом Баварской академии наук, иностранным членом американской Национальной академии наук.

Так же читайте биографии известных людей:

Сирил Корнблат Siril Kornblat

Американский писатель-фантаст.
читать далее →

Сирил Паркинсон Cyril Northcote Parkinson

Его имя обычно ассоциируется с юмористическими собраниями "Законов Паркинсона" по проблемам бизнеса и менеджмента. В меньшей степени он известен как..
читать далее →

Сирил Хиншелвуд Siril Henshelvood

В 1929 г. в возрасте 31 года Хиншелвуд был избран членом Королевского общества.
читать далее →

Сиримаво Бандаранаике Sirimavo Bandaranaike

Государственный и политический деятель Шри-Ланки (Цейлона). Происходившая из старинной и богатой помещичьей семьи, Сиримаво Ратватте получила..
читать далее →

Ваши комментарии

добавить комментарий