Войти
Джон Арчибальд Уиллер (9 июля 1911 - 13 апреля 2008) был американцем физик-теоретик. Он был в значительной степени ответственен за возрождение интереса к общей теории относительности в Соединенных Штатах после Второй мировой войны. Уиллер также работал с Нильсом Бором над объяснением основных принципов ядерного деления. Вместе с Грегори Брейтом Уиллер разработал концепцию процесса Брейта – Уиллера. Он наиболее известен тем, что использовал термин «черная дыра » для объектов с гравитационным коллапсом, уже предсказанным в начале 20-го века, изобрел термины «квантовая пена », «замедлитель нейтронов "," червоточина "и" это из бита ", а также для гипотезы" одноэлектронной вселенной ".
Уилер получил докторскую степень в Университете Джона Хопкинса под руководством Карла Херцфельда и учился у Брейта и Бора в Национальном исследовательском совете общение. В 1939 году он сотрудничал с Бором, чтобы написать серию статей с использованием модели жидкой капли для объяснения механизма деления. Во время Второй мировой войны он работал с Металлургической лабораторией Манхэттенского проекта в Чикаго, где участвовал в разработке ядерных реакторов, и затем на Хэнфордском участке в Ричленде, Вашингтон, где он помог DuPont построить их. Он вернулся в Принстон после окончания войны, но вернулся на государственную службу, чтобы помочь в разработке и создании водородной бомбы в начале 1950-х годов.
На протяжении большей части своей карьеры Уилер был профессором физики в Принстонском университете, в который он пришел в 1938 году, оставаясь до своего выхода на пенсию в 1976 году. В Принстоне он под его руководством 46 докторов наук, больше, чем у любого другого профессора на факультете физики Принстона.
Уиллер родился в Джексонвилле, Флорида 9 июля 1911 года в семье библиотекарей Джозеф Льюис Уиллер и Мейбл Арчибальд (Арчи) Уиллер. Он был старшим из четырех детей, имел двух младших братьев, Иосифа и Роберта, и младшую сестру Мэри. Джозеф получил степень доктора философии в Университете Брауна и степень магистра библиотечного дела в Колумбийском университете. Роберт получил степень доктора философии. в геологии из Гарвардского университета и работал геологом в нефтяных компаниях и нескольких колледжах. Мэри изучала библиотечное дело в Денверском университете и стала библиотекарем. Они выросли в Янгстауне, штат Огайо,, но с 1921 по 1922 год провели год на ферме в Бенсоне, штат Вермонт, где Уилер учился в однокомнатной школе. После того, как они вернулись в Янгстаун, он поступил в среднюю школу Райена.
После окончания средней школы Балтиморского городского колледжа в 1926 году Уилер поступил в Университет Джона Хопкинса со стипендией от штат Мэриленд. Свою первую научную статью он опубликовал в 1930 году во время летней работы в Национальном бюро стандартов. Он получил докторскую степень в 1933 году. Его диссертационная исследовательская работа, проводимая под руководством Карла Херцфельда, была посвящена «Теории рассеяния и поглощения гелия ». Он получил стипендию Национального исследовательского совета, которую он использовал для обучения у Грегори Брейта в Нью-Йоркском университете в 1933 и 1934 годах, а затем в Копенгагене. под Нильсом Бором в 1934 и 1935 годах. В статье 1934 года Брейт и Уиллер представили процесс Брейта – Уиллера, механизм, с помощью которого фотоны могут быть потенциально преобразованным в материю в форме электрон -позитрон пар.
Университет Северной Каролины в Чапел-Хилл сделал Уиллера доцентом в 1937 году, но он хотел иметь возможность более тесно сотрудничать с экспертами по физике элементарных частиц. В 1938 году он отклонил предложение стать адъюнкт-профессором Университета Джонса Хопкинса в пользу ассистента профессора в Принстонском университете. Хотя это была меньшая должность, он чувствовал, что Принстон, где создавался физический факультет, был лучшим выбором для карьеры. Он оставался преподавателем там до 1976 года.
В статье 1937 года «Математическое описание легких ядер методом резонансной групповой структуры» Уилер представил S-матрицу - сокращение от матрицы рассеяния - «унитарная матрица коэффициентов, связывающая асимптотическое поведение произвольного частного решения [интегральных уравнений] с асимптотическим поведением решений стандартного вида». Вернер Гейзенберг впоследствии развил идею S-матрица в 1940-х гг. Из-за проблемных расхождений, присутствовавших в квантовой теории поля в то время, Гейзенберг был мотивирован выделить существенные особенности теории, на которые не повлияли будущие изменения по мере развития теории. При этом он был вынужден ввести унитарную "характеристическую" S-матрицу, которая стала важным инструментом в физике элементарных частиц.
Уиллер не разрабатывал S-матрицу, но присоединился к Эдварду Теллеру при исследовании модели жидкой капли атомного ядра ядра Бора. Они представили свои результаты на собрании Американского физического общества в Нью-Йорке в 1938 году. Аспирантка Wheeler's Chapel Hill Кэтрин Уэй также представила доклад, который она продолжила в следующей статье., в котором подробно описывается, как модель жидкой капли была неустойчивой при определенных условиях. Из-за ограничений модели жидкой капли все они упустили возможность предсказать ядерное деление. Новость об открытии деления деления Лизой Мейтнер и Отто Фришем была принесена в Америку Бором в 1939 году. Бор сообщил Леону Розенфельду, который сообщил Уиллеру. 64>
Бор и Уиллер приступили к работе, применяя модель жидкой капли, чтобы объяснить механизм ядерного деления. Когда физики-экспериментаторы изучали деление, они обнаружили загадочные результаты. Джордж Плачек спросил Бора, почему уран, похоже, делится как с очень быстрыми, так и с очень медленными нейтронами. По дороге на встречу с Уилером Бор понял, что деление при низких энергиях происходило из-за изотопа уран-235 , а при высоких энергиях оно происходило главным образом из-за гораздо большего обильный изотоп урана-238. Они соавторами еще двух работ по делению. Их первая статья появилась в Physical Review 1 сентября 1939 года, в день вторжения Германии в Польшу, начало Второй мировой войны в Европе.
Принимая во внимание представление о том, что позитроны - это электроны, движущиеся назад во времени, он в 1940 г. выдвинул свой постулат одноэлектронная вселенная : на самом деле существует только один электрон, движущийся вперед и назад во времени. Ричард Фейнман, его аспирант, с трудом верил в это, но идея о том, что позитроны - это электроны, движущиеся назад во времени, заинтриговала его, и Фейнман включил понятие обратимости времени в свои диаграммы Фейнмана.
Вскоре после того, как японские бомбардировки Перл-Харбора привели Соединенные Штаты во Вторую мировую войну, Уилер принял запрос от Артура. Комптон присоединился к Металлургической лаборатории при Чикагском университете в рамках Манхэттенского проекта. Он переехал туда в январе 1942 года, присоединившись к группе Юджина Вигнера, которая занималась разработкой ядерного реактора. Он написал в соавторстве с Робертом Ф. Кристи статью «Цепная реакция чистых делящихся материалов в растворе», которая сыграла важную роль в процессе очистки плутония. Он не будет рассекречен до декабря 1955 года. Он дал название замедлителю нейтронов, заменив термин «замедлитель замедления», используемый Энрико Ферми.
Загрузочные трубы реактора Hanford B. После того, как Инженерный корпус армии США взял на себя Манхэттенский проект, он передал ответственность за детальное проектирование и строительство реакторов DuPont. Уиллер стал частью дизайнерского персонала DuPont. Он работал в тесном сотрудничестве с ее инженерами, путешествуя между Чикаго и Уилмингтоном, Делавэр, где располагалась штаб-квартира DuPont. Он перевез свою семью в Уилмингтон в марте 1943 года. Задача DuPont заключалась не только в строительстве ядерных реакторов, но и в строительстве всего комплекса по производству плутония на Хэнфордской площадке в Вашингтоне. По мере продвижения работы Уиллер снова переехал со своей семьей в июле 1944 года, на этот раз в Ричленд, Вашингтон, где он работал в научных зданиях, известных как 300-й район.
Еще до того, как был открыт участок в Хэнфорде. 15 сентября 1944 г. Уиллер был обеспокоен тем, что некоторые продукты ядерного деления могут оказаться ядерными ядами реактора B, первого из трех его реакторов. 77>, накопление которых препятствовало бы продолжающейся ядерной цепной реакции, поглощая многие из тепловых нейтронов, которые были необходимы для продолжения цепной реакции. В отчете за апрель 1942 года он предсказал, что это снизит реактивность менее чем на один процент, если ни один продукт деления не будет иметь нейтронного захвата сечение более 100000 сараи. После того, как реактор неожиданно остановился, а затем столь же неожиданно перезапустился примерно через пятнадцать часов, он подозревал йод-135 с периодом полураспада 6,6 часа и его дочерний продукт ксенон-135, период полураспада которого составляет 9,2 часа. Оказалось, что ксенон-135 имеет поперечное сечение захвата нейтронов более 2 миллионов амбаров. Проблема была исправлена добавлением дополнительных топливных стержней, чтобы сжечь яд.
У Уиллера была личная причина работать над Манхэттенским проектом. Его брат Джо, сражающийся в Италии, отправил ему открытку с простым сообщением: «Поторопись». Было уже слишком поздно: Джо был убит в октябре 1944 года. «Вот мы были, - писал позже Уиллер, - так близко к созданию ядерного оружия, чтобы положить конец войне. Я не мог перестать думать тогда, и не переставал думать. поскольку война могла закончиться в октябре 1944 года ». У Джо осталась вдова и маленькая дочь Мэри Джо, которая позже вышла замуж за физика Джеймса Хартла.
В августе 1945 года Уиллер с семьей вернулся в Принстон, где он возобновил свою академическую карьеру. Работая с Фейнманом, он исследовал возможность физики с частицами, но не с полями, и провел теоретические исследования мюона с Джейме Тиомно, в результате чего была опубликована серия статей по этой теме., в том числе статью 1949 года, в которой Тиомно и Уиллер представили «Треугольник Тиомно», который связывает различные формы радиоактивного распада. Он также предложил использовать мюоны в качестве ядерного зонда. Эта статья, написанная и распространенная в частном порядке в 1949 году, но не опубликованная до 1953 года, привела к серии измерений излучения Чанг, испускаемого мюонами. Мюоны являются компонентом космических лучей, и Уиллер стал основателем и первым директором Принстонской лаборатории космических лучей, которая получила существенный грант в размере 375000 долларов от Управления военно-морских исследований в 1948 году. Он получил стипендию Гуггенхайма в 1946 году, что позволило ему провести 1949-50 учебный год в Париже.
Устройство «Колбаса» Айви Майк ядерное испытание на Атолл Эниветок. «Колбаса» была первой настоящей водородной бомбой, когда-либо испытанной. Взрыв Джо-1 в 1949 году Советским Союзом вызвал всеобщие усилия со стороны Соединенные Штаты во главе с Теллером разработали в ответ более мощную водородную бомбу. Генри Д. Смит, глава отдела Уиллера в Принстоне, попросил его присоединиться к усилиям. Большинство физиков, как Уиллер, пытались восстановить карьеру, прерванную войной, и не хотели сталкиваться с новыми проблемами. У других были возражения морального характера. Среди тех, кто согласился участвовать, были Эмиль Конопински, Маршалл Розенблют, Лотар Нордхейм и Чарльз Кричфилд, но теперь там было и тело опытные физики-оружейники из лаборатории Лос-Аламоса под руководством Норриса Брэдбери. Уилер согласился поехать в Лос-Аламос после разговора с Бором. Двое из его аспирантов из Принстона, Кен Форд и Джон Толл, присоединились к нему там.
В Лос-Аламосе Уиллер и его семья переехали в дом на " Банный ряд ", который был занят Робертом Оппенгеймером и его семьей во время войны. В 1950 году водородная бомба еще не была разработана. Расчеты Станислава Улама и других показали, что «Классический супер» Теллера не работает. Теллер и Уиллер создали новую конструкцию, известную как «Будильник», но это не было настоящим термоядерным оружием. Только в январе 1951 года Улам придумал работоспособный дизайн.
. В 1951 году Уиллер получил разрешение от Брэдбери на создание филиала лаборатории Лос-Аламос в Принстоне, известного как Проект Маттерхорн. который состоял из двух частей. Маттерхорн S (от стелларатор, другое название, придуманное Уилером) под руководством Лаймана Спитцера исследовал ядерный синтез как источник энергии. Маттерхорн Б (для бомбы) под руководством Уиллера занимался исследованиями ядерного оружия. Старшие ученые остались равнодушными и отчужденными от проекта, поэтому он укомплектовал его молодыми аспирантами и аспирантами. В январе 1953 года он был замешан в нарушении безопасности, когда во время ночной поездки на поезде он потерял строго засекреченный документ о литии-6 и конструкции водородной бомбы. В результате Уиллеру объявили официальный выговор. Усилия Маттерхорна B увенчались успехом ядерных испытаний Айви Майка на атолле Эниветок в Тихом океане 1 ноября 1953 года, свидетелем которого стал Уиллер. Выход устройства Ivy Mike «Sausage» оценивается в 10,4 мегатонн в тротиловом эквиваленте (44 PJ ), что примерно на 30 процентов выше, чем предполагал Matterhorn B. Маттерхорн B был прекращен, но Маттерхорн S остается Принстонской лабораторией физики плазмы.
После завершения работы над проектом Маттерхорн Уилер возобновил академическую карьеру. В статье 1955 года он теоретически исследовал геон, электромагнитную или гравитационную волну, которая удерживается вместе в ограниченной области за счет собственного притяжения поле. Он придумал название как сокращение от «гравитационно-электромагнитная сущность». Он обнаружил, что самый маленький геон был тороидом размером с Солнце, но в миллионы раз тяжелее.
В 1950-х годах Уиллер сформулировал геометродинамику., программа физического и онтологического сведения всех физических явлений, таких как гравитация и электромагнетизм, к геометрическим свойствам искривленного пространства-времени. Его исследования по этому вопросу были опубликованы в 1957 и 1961 годах. Уилер рассматривал ткань Вселенной как хаотическую субатомную область квантовых флуктуаций, которую он назвал «квантовой пеной ".
Общая теория относительности считалась менее респектабельной областью физики, будучи оторванной от экспериментов. Уилер был ключевой фигурой в возрождении этого предмета, руководя школой в Принстонском университете, а Деннис Уильям Скиама и Яков Борисович Зельдович разработал этот предмет в Кембриджском университете и Московском университете соответственно. Уилер и его ученики внесли существенный вклад в эту область во время золотого века общей теории относительности.
Работая над математическим расширением общей теории относительности Эйнштейна в 1957 году, Уиллер ввел понятие и слово червоточина для описания гипотетических «туннелей» в пространстве. время. Бор спросил, стабильны ли они, и дальнейшие исследования Wh Иелер определил, что это не так. Его работа по общей теории относительности включала теорию гравитационного коллапса. Он использовал термин черная дыра в 1967 году во время выступления в Институте космических исследований имени Годдарда НАСА (GISS). Уиллер сказал, что этот термин был предложен ему во время лекции, когда член аудитории устал слышать, как Уиллер говорит «объект, полностью разрушенный гравитацией». Однако термин Черная дыра использовался четырьмя годами ранее на астрофизической конференции в Далласе, Техас, как сообщила научный обозреватель Марсия Бартусяк. в докладе по случаю 50-летия Техасского симпозиума по релятивистской астрофизике. Американский астрофизик и издатель Хон-Йи Чиу сказал, что он помнил семинар в Принстонском университете, возможно, еще в 1960 году, когда выступил физик Роберт Х. Дике о гравитационно коллапсированных объектах, как о «черной дыре в Калькутте». Уиллер также был пионером в области квантовой гравитации благодаря его разработке с помощью Брайса ДеВитта уравнения Уиллера – ДеВитта в 1967 году. Стивен Хокинг позже описал работу Уиллера и ДеВитта как уравнение, определяющее «волновую функцию Вселенной».
Уилер покинул Принстонский университет в 1976 году в возрасте 65 лет. Он был назначен директором из Центра теоретической физики Техасского университета в Остине в 1976 году и оставался на этой должности до 1986 года, когда он вышел на пенсию и стал заслуженным профессором. Миснер, Торн и Войцех Зурек, все бывшие ученики Уиллера, писали, что:
Оглядываясь назад на 10 лет Уиллера в Техасе, многие ученые в области квантовой информации теперь смотрят на него вместе с Рольфом Ландауэром из IBM., как дедушка своего дела. Однако это произошло не потому, что Уиллер опубликовал основополагающие исследовательские работы по квантовой информации. Он этого не сделал - за одним важным исключением, экспериментом с отложенным выбором. Скорее, его роль заключалась в том, чтобы вдохновлять, задавая глубокие вопросы с радикально консервативной точки зрения, и через свои вопросы стимулировать исследования и открытия других.
Эксперимент Уиллера с отложенным выбором на самом деле представляет собой несколько мысленных экспериментов в квантовой физике, которую он предложил, самые известные из которых появились в 1978 и 1984 годах. Эти эксперименты представляют собой попытку решить, «чувствует» ли свет каким-либо образом экспериментальный прибор в эксперименте с двумя щелями., что он будет проходить, и регулирует свое поведение, чтобы соответствовать, принимая соответствующее определенное состояние, или остается ли свет в неопределенном состоянии, ни волна, ни частица, и отвечает на «вопросы», заданные ему либо в волне -согласованный способ или непротиворечивый способ, в зависимости от экспериментальных схем, которые задают эти «вопросы».
Среди аспирантов Уиллера были Кэтрин Уэй, Ричард Фейнман, Дэвид Хилл, B Эй-Лок Ху, Кип Торн, Джейкоб Бекенштейн, Джон Р. Клаудер, Уильям Унру, Роберт М. Уолд, Артур Вайтман, Чарльз Миснер и Хью Эверетт. Уилер уделял первоочередное внимание обучению и продолжал преподавать физику первокурсникам и второкурсникам, говоря, что молодые умы были самым важным. В Принстоне он подготовил 46 кандидатов наук, больше, чем любой другой профессор факультета физики Принстона. Вместе с Кентом Харрисоном, Кипом Торном и Масами Вакано Уилер написал «Теорию гравитации и гравитационный коллапс» (1965). Это привело к появлению объемного учебника общей теории относительности Gravitation (1973), написанного в соавторстве с Мизнером и Торном. Его своевременное появление в золотой век общей теории относительности и его всеобъемлющий характер сделали его влиятельным учебником относительности для целого поколения. Уилер объединился с Эдвином Ф. Тейлором, чтобы написать «Физику пространства-времени» (1966) и «Разведка черных дыр» (1996).
Ссылаясь на «мессу без мессы», festschrift в честь его 60-летия был назван «Магия без магии: Джон Арчибальд Уиллер: сборник эссе в честь его 60-летия» (1972). Его стиль письма мог также привлекать пародии, в том числе пародию на «Джона Арчибальда Уайлера», которая была опубликована с любовью в журнале относительности.
Уиллер предположил, что реальность создается наблюдателями в Вселенная. «Как что-то возникает из ничего?» - спросил он о существовании пространства и времени. Он также ввел термин «совместный антропный принцип» (PAP), версию сильного антропного принципа.
. В 1990 году Уиллер предположил, что информация является фундаментальной для физики Вселенной. Согласно доктрине "это из бита ", все физические вещи имеют теоретико-информационное происхождение:
Уиллер: Это из бита. Иначе говоря, каждое оно - каждая частица, каждое силовое поле, даже сам пространственно-временной континуум - полностью получает свою функцию, свой смысл, само свое существование - даже если в некоторых контекстах косвенно - из вызванных аппаратурой ответов на утвердительный ответ. или - нет вопросов, двоичный выбор, биты. Он от bit символизирует идею о том, что каждый элемент физического мира имеет в своей основе - очень глубокое дно, в большинстве случаев - нематериальный источник и объяснение; то, что мы называем реальностью, возникает в конечном итоге из постановки вопросов «да-нет» и регистрации ответов, вызванных оборудованием; Короче говоря, все физические вещи имеют теоретико-информационное происхождение и что это вселенная соучастия.
При разработке принципа совместного антропного взаимодействия (PAP), интерпретации квантовой механики, Уиллер использовал вариант на Двадцать вопросов, называемых «Двадцать отрицательных вопросов», чтобы показать, как вопросы, которые мы решаем задать о вселенной, могут определять ответы, которые мы получаем. В этом варианте респондент заранее не выбирает и не решает какой-либо конкретный или определенный объект, а только по образцу ответов «Да» или «Нет». Этот вариант требует, чтобы респондент предоставил последовательный набор ответов на последовательные вопросы, чтобы каждый ответ можно было рассматривать как логически совместимый со всеми предыдущими ответами. Таким образом, последовательные вопросы сужают варианты до тех пор, пока вопрошающий не остановится на определенном объекте. Теория Уиллера заключалась в том, что аналогичным образом сознание может играть некоторую роль в создании вселенной.
Из стенограммы радиоинтервью на тему «Антропная вселенная»:
Уиллер: Мы соучастники в создании не только близкого и здесь, но и далекого и давнего. В этом смысле мы являемся участниками создания чего-то от вселенной в далеком прошлом, и если у нас есть одно объяснение того, что происходит в далеком прошлом, зачем нам нужно больше? Мартин Редферн: Многие не согласны с Джоном Уилером, но если он прав, то мы и, предположительно, другие сознательные наблюдатели по всей вселенной, являемся творцами - или, по крайней мере, разумом, который проявляет вселенную.
В 1979 году Уиллер обратился к Американской ассоциации содействия развитию науки (AAAS) с просьбой исключить парапсихологию, которая была признана десятью годами ранее по запросу Маргарет Мид. Он назвал это лженаукой, заявив, что не возражает против серьезного исследования вопросов, но считает, что «атмосферу легитимности» членства AAAS следует сохранить до тех пор, пока не будут проведены убедительные испытания хотя бы нескольких таких могут быть продемонстрированы так называемые пси-эффекты. В период вопросов и ответов после его презентации «Не сознание, а различие между зондом и исследуемым, как центральное в элементарном квантовом акте наблюдения», Уилер неправильно заявил, что Дж. Б. Райн в студенческие годы совершил мошенничество, за что извинился в последующем письме в журнал Science. Его просьба была отклонена, и Парапсихологическая ассоциация осталась членом AAAS.
В течение 72 лет Уиллер был женат на Джанетт Хегнер, учительнице и социальный работник. Они обручились на третьем свидании, но согласились отложить брак до его возвращения из Европы. Они поженились 10 июня 1935 года, через пять дней после его возвращения. Во время Великой депрессии получить работу было трудно. Артур Руарк предложил Уиллеру должность доцента в Университете Северной Каролины в Чапел-Хилл с годовой зарплатой в размере 2300 долларов, что было меньше, чем Джанетт предложили преподавать в дневной школе Rye Country за 2400 долларов. У них было трое детей: Летиция, Джеймс Инглиш и Элисон Уиллер.
Уиллер и Хегнер были членами-основателями Унитарной церкви Принстона, и она инициировала друзей Принстонской публичной библиотеки. В более поздние годы Хегнер сопровождал его в творческих отпусках во Франции, Лос-Аламосе, Нью-Мексико, Нидерландах и Японии. Хегнер умер в октябре 2007 года в возрасте 99 лет.
Уиллер получил множество призов и наград, включая премию «Золотая пластина» Американской академии достижений в 1966 г. премия Энрико Ферми в 1968 г., медаль Франклина в 1969 г., премия Эйнштейна в 1969 г., Национальная медаль науки в 1971 г., Международная золотая медаль Нильса Бора в 1982 г., медаль Эрстеда в 1983 г., J. Мемориальная премия Роберта Оппенгеймера в 1984 г. и премия Фонда Вольфа в 1997 г. Он был членом Американского философского общества, Королевской академии, Accademia Nazionale dei Lincei и Century Association. Он получил почетные степени 18 различных институтов. В 2001 году Принстон использовал подарок в размере 3 миллионов долларов для создания профессора физики Джона Арчибальда Уиллера / Баттеля. После его смерти Техасский университет назвал лекционный зал Джона А. Уиллера в его честь.
13 апреля 2008 года Уиллер умер от пневмонии в возрасте 96 лет в Хайтстаун, Нью-Джерси.
 | Wikimedia Commons has media related to John Archibald Wheeler. |
 | Wikiquote has quotations related to: John Archibald Wheeler |
Уиллер перед Конференцией Германа Вейля в 1985 году в Киле, Германия