Comment Steven Weinberg a Transformé la Physique et les Physiciens

Steven Weinberg, décédé le 23 juillet, dominait la physique théorique dans la seconde moitié du 20e siècle. Il pensait fermement qu’armé uniquement des principes essentiels de la relativité et de la mécanique quantique, le physicien théoricien pouvait examiner tous les phénomènes de l’univers des plus petits aux plus vastes. Son travail a transformé notre compréhension de chaque aspect de la physique fondamentale de manière profonde et originale.

Weinberg était un maître du concept d’aire quantique, une branche de la physique née de l’utilisation des règles de la mécanique automobile quantique au champ magnétique, qui considère une particule le photon comme une excitation “quantifiée” du champ. Il a joué un rôle déterminant dans le déplacement de la théorie des aires quantiques vers de nouvelles élévations impressionnantes dans la description de la nature.

Les thèmes de l’unification et de la proportion ont conduit chacun des travaux de Weinberg et ont provoqué son avancement bien connu sur le mariage électrofaible, qui a révélé une unité surprise entre deux des quatre forces fondamentales de l’espace lointain. À première vue, les interactions électromagnétiques et faibles apparaissent totalement différentes : nous voyons les ondes électromagnétiques comme de la lumière dans la vie de tous les jours, tandis que la faible pression chargée de la radioactivité exploite des gammes subnucléaires. Weinberg a reconnu que les deux forces doivent être liées à des énergies extrêmement élevées, définies par la théorie de Yang-Mills, dont les équations ont une propriété résidentielle ou commerciale unique appelée équilibre de jauge.

Pourtant, cette communauté vitale est masquée par le mécanisme de Higgs supposé, qui produit des masses pour les particules élémentaires telles que l’électron et les particules W et Z (qui médient des interactions faibles à courte portée), tout en laissant le photon à longue portée sans masse. La conception qu’il a suggérée en 1967 pour reconnaître cette vision a fait de nombreuses prédictions détaillées et a été triomphalement confirmée par des expériences commençant dans les années 1970 et 1980, complétées par l’exploration en 2012 de la particule de Higgs. Weinberg a partagé le prix Nobel de physique 1979 avec Sheldon Glashow et Abdus Salam pour ce travail, un pilier de la version standard de la physique des particules.

Mais en réalité, cette initiative était à bien des égards peu caractéristique de l’œuvre de Weinberg, car il avait souvent tendance à être beaucoup plus préoccupé par les propriétés résidentielles ou commerciales générales des réglementations de la nature plutôt que par des conceptions particulières. Il avait un style inimitable, commençant toute conversation à partir de concepts de base et établissant une chaîne systématique de désaccords, une action suivant une autre avec une apparente certitude. Alors qu’il aimait les mathématiques, il s’est concentré sur son utilisation comme outil pour décrire le globe. Weinberg a posé des questions fondamentales et approfondies. Pourquoi la théorie quantique des aires définit-elle la nature ? Pourquoi existe-t-il si peu de possibilités pour décrire les constructions des particules élémentaires et leurs communications ?

Dans ce vaisseau sanguin, Weinberg a réinventé la théorie quantique des champs de divers points de vue, insistant sur la primauté de la relativité unique, des techniciens quantiques et de la notion de particules comme facteur de départ. Au début de son travail, il examinait les forces à longue portée, telles que l’électromagnétisme et la gravité, véhiculées par des particules sans masse, des photons et des gravitons.

Comme toutes les particules élémentaires, celles-ci ont un moment angulaire inné, ou « spin », disponible dans les systèmes quantifiés : les photons ont un spin un et les gravitons un spin 2. Weinberg a révélé que les techniciens de la relativité restreinte et des quantiques imposaient des contraintes frappantes aux interactions des bits sans masse. La rotation d’un fragment doit être décrite par des théories dont les équations ont une symétrie de jauge, tandis que les bits de rotation 2 doivent avoir les foyers du graviton, avec une force de combinaison globale pour toutes les particules. Cela a fourni une dérivation plus profonde du principe d’équivalence pensé par Albert Einstein comme son facteur de départ pour créer la relativité générale. Aucune autre possibilité ne correspond – les forces à longue portée que nous voyons dans la nature épuisent ce que la relativité restreinte et les techniciens quantiques permettent.

La contribution d’un autre spot, qui a transformé notre compréhension de la raison pour laquelle le concept de champ quantique explique le monde, a été son introduction à l’idée de “concepts de champ fiables”. Weinberg a suggéré que les concepts de la mécanique quantique et la région la suggestion que les expériences exécutées suffisamment éloignées dans l’espace-temps ne devraient pas s’influencer les unes les autres – garantie que les interactions des particules facilement accessibles à une certaine plage de puissance doivent être définies par un principe fondamental. théorie quantique des champs “efficace” qui ne comprend que ces particules. Une variété finie d’endurance de communication donne les principales interactions entre les fragments. Dans le même temps, les empreintes de la physique inconnue à des énergies plus élevées sont systématiquement codées dans une collection illimitée d’interactions toujours plus petites.

Surtout, Weinberg était un formidable rassembleur. Il n’aimait pas la vision « einsteinienne » de la gravité en tant que courbure de l’espace-temps qui offre à la gravité un emplacement béni en spécifiant le secteur où toutes les autres sensations opèrent, estimant que cela érige une barrière artificielle empêchant les scientifiques de voir des liens beaucoup plus profonds. entre la gravité et cetera de la physique. Cela l’a amené à créer la relativité générale en utilisant les méthodes de la physique des particules, dans le premier de ses plusieurs tours de force, Gravitation et Cosmologie. Il s’est également rendu compte que les domaines apparemment incohérents de la physique des particules et de la cosmologie devaient être réunis, étant donné que les collisions à haute énergie entre les particules élémentaires étaient courantes dans les conditions chaudes et épaisses du cosmos primitif peu après le Big Bang,

La fascination de Weinberg pour la cosmologie l’a amené à considérer le tristement célèbre problème cosmologique continu. Des variations mécaniques quantiques extrêmes, existant partout dans l’aspirateur, devraient accorder un vide avec une épaisseur de puissance substantielle et créer un espace-temps fortement incurvé, à la différence du grand cosmos presque plat que nous observons. Pourquoi cette énergie du vide, ou « continue cosmologique », est-elle si petite ? En 1987, Weinberg a proposé une approche radicale de ce problème, en utilisant une variation minimale du « principe anthropique ». Il a estimé que la puissance de l’aspirateur pourrait peut-être s’attaquer à diverses valeurs et que si elle était plus importante qu’une dimension minimale de détails, une expansion accélérée de l’espace lointain déchirerait certainement les galaxies avant qu’elles n’aient eu l’opportunité de créer, résultant en un sans structure, univers vide un sans que les individus s’interrogent sur la taille de la constante cosmologique. Weinberg a déclaré que cela prévoyait une dimension minuscule mais non nulle pour la puissance du vide. En 1998, les astronomes ont découvert que l’expansion de l’espace lointain augmente, la description la plus détaillée étant la présence d’énergie d’aspirateur à pratiquement la taille recommandée par le débat de Weinberg. Weinberg a grandement empêché les nombreuses diatribes monotones bordant le concept anthropique qui ont suivi, se contentant d’avoir utilisé pragmatiquement la pensée anthropique pour faire une prévision appropriée concernant la nature. les astronomes ont découvert que l’expansion de l’espace lointain augmente, la description la plus détaillée étant la présence d’énergie d’aspirateur à pratiquement la taille recommandée par le débat de Weinberg. Weinberg a grandement empêché les nombreuses diatribes monotones bordant le concept anthropique qui ont suivi, se contentant d’avoir utilisé pragmatiquement la pensée anthropique pour faire une prévision appropriée concernant la nature. les astronomes ont découvert que l’expansion de l’espace lointain augmente, la description la plus détaillée étant la présence d’énergie d’aspirateur à pratiquement la taille recommandée par le débat de Weinberg. Weinberg a grandement empêché les nombreuses diatribes monotones bordant le concept anthropique qui ont suivi, se contentant d’avoir utilisé pragmatiquement la pensée anthropique pour faire une prévision appropriée concernant la nature.

En plus d’être l’un des meilleurs théoriciens de son époque, Weinberg était également le principal intellectuel public de la physique fondamentale. Sa première publication populaire, The First 3 Minutes, sur la cosmologie et le Big Bang est devenue un classique instantané et a été très importante à la fois pour le public et les chercheurs experts. Plusieurs physiciens, dont moi, ont commencé à découvrir la cosmologie à partir de cette publication. Dans Dreams of a Final Concept, Weinberg a énoncé avec éloquence le concept d'”appel” en physique, soulignant qu’il ne s’agit pas d’un jugement visuel pointilleux, mais d’une représentation de la rigidité fantastique des législations physiques et du sentiment toujours plus élevé d’inévitabilité associé à la façon dont ils discutent du monde.

Depuis que j’étais étudiant diplômé, Weinberg était le héros intellectuel de ma vie en physique. Ses manuels sur les concepts d’aire quantique étaient une aubaine, et ses perspectives sur la certitude des concepts de champ quantique et la théorie des champs fiable ont formé la structure de ma photo du globe. J’ai surmonté ses livres avec diligence, les emportant avec moi partout où j’allais. Weinberg a utilisé une notation extrêmement approfondie qui a permis de créer des formules encombrées. Par conséquent, une lecture informelle de son texte était difficile, pour le mieux car être obligé de traduire ses compréhensions directement dans mes symboles les a fait coller.

Mes années à transcrire Weinberg ont eu un effet négatif fascinant : à ce jour, lorsque je considère un élément essentiel de la théorie des aires, je vois des mots de ses publications dans mon esprit et j’entends sa voix dans ma tête. Je me souviens également très bien de la lecture de son article sur la description anthropique de la constante cosmologique, qui m’a fait marcher dans un état second pendant un mois. Il m’a fallu plusieurs années pour accepter ce point de vue et même éventuellement l’adopter dans ma propre étude.

J’ai rencontré Weinberg personnellement pour la première fois au début des années 2000. Bien qu’il ait été gentil et pressé envers moi à propos de mon travail, j’en suis venu à être inhabituellement timide dans son existence. Au milieu d’une conversation technologique, j’ai prononcé l’expression « comme vous nous l’avez montré » beaucoup plus de fois que je ne m’en souviens. Je n’ai jamais tout à fait tremblé ce sentiment de respect autour de lui.

Discerner la simplicité essentielle derrière les opérations internes de la nature est l’objectif le plus important auquel un physicien théoricien puisse aspirer. Personne au cours des 60 dernières années n’a fait cela mieux que Weinberg. C’était en outre un penseur profond et doux, qui nous a tous appris à rechercher ce qui, selon ses termes, « élève un peu la vie humaine au-dessus du niveau de la farce et lui confère une certaine élégance du malheur ». Son exemple fonctionnera pour la vie comme une motivation et comme un projet de vie intensément vécue.

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