Άρθρα

Ο Nathan Seiberg μας εξηγεί πως μια γέφυρα μεταξύ Μαθηματικών και Κβαντικής Θεωρίας Πεδίου θα δώσει απαντήσεις στa θεμελιώδη προβλήματα της Φυσικής. Σύμφωνα με τον Seiberg η Κβαντική Θεωρία Πεδίου (ΚΘΠ) είναι μακράν η πιο επιτυχημένη θεωρία που δημιουργήθηκε μέχρι σήμερα. Υπάρχουν πολλές προβλέψεις της που συμφωνούν απόλυτα με τα πειράματα με πρωτοφανή ακρίβεια. Μιλάμε για ακρίβεια έως και 12 ψηφίων μεταξύ θεωρίας και πειράματος. Υπάρχουν κυριολεκτικά τρισεκατομμύρια και τρισεκατομμύρια πειράματα που ταιριάζουν με τη θεωρία. Και περιλαμβάνει, ως ειδικές περιπτώσεις, την θεωρία του Νεύτωνα, την θεωρία του Maxwell για τον ηλεκτρομαγνητισμό, και φυσικά την κβαντομηχανική και την ειδική σχετικότητα του Αϊνστάιν. Πρόκειται για ένα εκπληκτικό επίτευγμα.

Ακόμη και σε ατελή μορφή η Κβαντική Θεωρία Πεδίου (ΚΘΠ) είναι η πιο πετυχημένη φυσική θεωρία που διατυπώθηκε μέχρι σήμερα. Ο Nathan Seiberg, ένας από τους κορυφαίους αρχιτέκτονές της, υποψιάζεται ότι τα μαθηματικά και η φυσική, τα οποία έγιναν ξεχωριστά πεδία σπουδών σχετικά πρόσφατα, θα συγχωνευθούν πάλι καλύπτοντας τα κενά της ΚΘΠ.

Ο Nathan Seiberg, είναι 64 ετών, και εξακολουθεί να κάνει ακόμη πολλές ηλεκτρολογικές και υδραυλικές εργασίες στο σπίτι του στο Princeton, στο New Jersey. Είναι ένα χόμπι που είχε ως παιδί στο Ισραήλ, όπου μαστόρευε αυτοκίνητα και έφτιαχνε ραδιόφωνα. Του άρεσε πάντα η επίλυση προβλημάτων και η κατανόηση του τρόπου λειτουργίας των πραγμάτων. Η επαγγελματική καριέρα του Seiberg αφορούσε επίσης την επίλυση προβλημάτων, όχι όμως τόσο εύκολα όσο τα προβλήματα ενός ραδιoφώνου. Είναι φυσικός στο Ινστιτούτο Προηγμένων Ερευνών και κατά τη διάρκεια μιας μακράς και επιτυχημένης καριέρας έχει συμβάλει στην ανάπτυξη της Κβαντικής Θεωρίας Πεδίου.

Όταν ο Seiberg ξεκίνησε το μεταπτυχιακά στο Ινστιτούτο Επιστημών Weizmann το 1978, η ΚΘΠ είχε ήδη καθιερωθεί ως η βασικότερη προοπτική της φυσικής. Η προβλεπτική της δύναμη ήταν αναμφισβήτητη, αλλά παρέμεναν πολλά αναπάντητα ερωτήματα σχετικά με το πώς και γιατί δούλευε τόσο καλά. «Είναι σοκαριστικό το γεγονός ότι έχουμε αυτές τις τεχνικές και πολλές φορές δίνουν όμορφες απαντήσεις, παρά το γεγονός ότι δεν ξέρουμε πώς να διατυπώσουμε τα προβλήματα αυστηρά», λέει ο Seiberg.

Στα τέλη της δεκαετίας του 1980, ο Seiberg και ο Gregory Moore επεξεργάστηκαν τις μαθηματικές λεπτομέρειες των κβαντικών θεωριών πεδίων που ονομάζονται σύμμορφες θεωρίες πεδίου και τοπολογικές θεωρίες πεδίου. Στη συνέχεια, εν μέρει σε συνεργασία με τον Edward Witten, επικεντρώθηκε στην κατανόηση των χαρακτηριστικών «υπερσυμμετρικών» κβαντικών θεωριών πεδίου τριών και τεσσάρων διαστάσεων. Αυτό βοήθησε στην ερμηνεία για το πώς τα κουάρκ, συγκρατούνται στο εσωτερικό των πρωτονίων. Η θεωρία είναι περίπλοκη, αλλά ο Seiberg διατηρεί ένα στοιχείο παιδικής γοητείας σ’ αυτή. Ακριβώς όπως κάποτε ήθελε να καταλάβει πώς ένα ραδιόφωνο λειτουργεί, ως φυσικός επιχειρεί τώρα να εξηγήσει πώς αυτές οι θεωρίες κβαντικών πεδίων παράγουν πολύ συχνά εκπληκτικά ακριβείς προβλέψεις για τον φυσικό κόσμο. Προσπαθεί να καταλάβεί πώς λειτουργεί κάτι και στη συνέχεια προσπαθεί να το χρησιμοποιήσει.

Η εργασία του Seiberg έφερε επίσης την μελέτη των κβαντικών θεωριών πεδίου πιο κοντά στα καθαρά μαθηματικά. Το 1994, ο Witten ανακάλυψε πώς να χρησιμοποιήσει φυσικά φαινόμενα που αυτός και ο Seiberg είχαν ανακαλύψει για να ποσοτικοποιήσουν τα βασικά χαρακτηριστικά ενός χώρου, όπως τον αριθμό των οπών που διαθέτει. Τα «αναλλοίωτα Seiberg-Witten» αποτελούν πλέον ουσιαστικό εργαλείο στα μαθηματικά. Ο Seiberg πιστεύει πως μόνο η σύνδεση της κβαντικής θεωρίας πεδίου με τα μαθηματικά θα οδηγήσει στην πλήρη κατανόηση των βασικών χαρακτηριστικών που διέπουν όλες τις κβαντικές θεωρίες πεδίου.

Παρακολουθείστε την συνέντευξη που έδωσε στο περιοδικό Quanta Magazine όπου εξηγεί γιατί η φυσική και τα μαθηματικά είναι πραγματικά δύο όψεις του ίδιου νομίσματος.

διαβάστε επίσης: ‘Nathan Seiberg on How Math Might Complete the Ultimate Physics Theory‘