Edward Witten- Edward Witten
Edward Witten (* 26. August 1951) ist ein US-amerikanischer mathematischer und theoretischer Physiker . Derzeit ist er Charles-Simonyi- Professor an der School of Natural Sciences am Institute for Advanced Study . Witten forscht in Stringtheorie , Quantengravitation , supersymmetrischen Quantenfeldtheorien und anderen Gebieten der mathematischen Physik. Neben seinen Beiträgen zur Physik hat Wittens Arbeit die reine Mathematik maßgeblich beeinflusst. 1990 erhielt er als erster Physiker eine Fields-Medaille der Internationalen Mathematischen Union , die ihm 1981 für seinen Beweis des positiven Energiesatzes in der Allgemeinen Relativitätstheorie verliehen wurde . Er gilt als praktischer Begründer der M-Theorie .
Frühes Leben und Ausbildung
Witten wurde am 26. August 1951 in Baltimore , Maryland , in eine jüdische Familie geboren. Er ist der Sohn von Lorraine (geb. Wollach) Witten und Louis Witten , einem theoretischen Physiker mit Spezialisierung auf Gravitation und Allgemeine Relativitätstheorie .
Witten besuchte die Park School of Baltimore (Klasse 68) und erhielt 1971 seinen Bachelor of Arts mit Hauptfach Geschichte und Nebenfach Linguistik an der Brandeis University .
Er hatte Ambitionen in Journalismus und Politik und veröffentlichte in den späten 1960er Jahren Artikel in The New Republic und The Nation . 1972 arbeitete er sechs Monate im Präsidentschaftswahlkampf von George McGovern .
Witten studierte ein Semester Wirtschaftswissenschaften an der University of Wisconsin-Madison, bevor er das Studium abbrach. Er kehrte zur akademischen Welt zurück, schrieb sich 1973 an der Princeton University in angewandter Mathematik ein , wechselte dann die Abteilungen und erhielt einen Ph.D. in Physik im Jahr 1976 und Abschluss einer Dissertation mit dem Titel "Einige Probleme in der Kurzstreckenanalyse von Eichtheorien" unter der Leitung von David Gross . Er war Stipendiat an der Harvard University (1976–77), besuchte die Oxford University (1977–78), war Junior Fellow der Harvard Society of Fellows (1977–1980) und war Stipendiat der MacArthur Foundation (1982).
Forschung
Fields-Medaillenarbeit
Witten wurde 1990 von der International Mathematical Union mit der Fields-Medaille ausgezeichnet und war damit der erste Physiker, der den Preis erhielt.
In einer schriftlichen Adresse an den ICM , Michael Atiyah sagte Witten:
„Obwohl er definitiv Physiker ist (wie seine Publikationsliste deutlich zeigt), wird seine Beherrschung der Mathematik von wenigen Mathematikern übertroffen, und seine Fähigkeit, physikalische Ideen in mathematischer Form zu interpretieren, ist einzigartig. Immer wieder überraschte er die mathematische Gemeinschaft mit eine brillante Anwendung physikalischer Erkenntnisse, die zu neuen und tiefen mathematischen Theoremen führt... Er hat die zeitgenössische Mathematik tiefgreifend beeinflusst. In seinen Händen bietet die Physik wieder einmal eine reiche Quelle der Inspiration und Einsicht in die Mathematik."
Als Beispiel für Wittens Arbeit in der reinen Mathematik führt Atiyah seine Anwendung von Techniken aus der Quantenfeldtheorie auf das mathematische Thema der niederdimensionalen Topologie an . In den späten 1980er Jahren prägte Witten den Begriff topologische Quantenfeldtheorie für eine bestimmte Art der physikalischen Theorie, in der die Erwartungswerte von beobachtbaren Größen Informationen über die Topologie der Raumzeit kodieren . Witten erkannte insbesondere, dass eine physikalische Theorie, die heute als Chern-Simons-Theorie bezeichnet wird , einen Rahmen für das Verständnis der mathematischen Theorie von Knoten und 3-Mannigfaltigkeiten bieten könnte . Obwohl Wittens Arbeit auf dem mathematisch schlecht definierten Begriff eines Feynman-Pfadintegrals basierte und daher mathematisch nicht rigoros war , konnten Mathematiker Wittens Ideen systematisch weiterentwickeln, was zur Theorie der Reshetikhin-Turaev-Invarianten führte .
Ein weiteres Ergebnis, für das Witten die Fields-Medaille erhielt, war sein 1981 der Beweis des positiven Energiesatzes in der Allgemeinen Relativitätstheorie . Dieser Satz besagt, dass (unter geeigneten Annahmen) die Gesamtenergie eines Gravitationssystems immer positiv ist und nur dann Null sein kann, wenn die Geometrie der Raumzeit die des flachen Minkowski-Raums ist . Es etabliert den Minkowski-Raum als stabilen Grundzustand des Gravitationsfeldes . Während der ursprüngliche Beweis dieses Ergebnis aufgrund Richard Schoen und Shing-Tung Yau verwendet Variationsmethoden , Beweis gebrauchte Ideen aus der Witten Supergravitationstheorie das Argument zu vereinfachen.
Ein dritter Bereich, der in Atiyahs Ansprache erwähnt wird, ist Wittens Arbeit über Supersymmetrie und Morsetheorie , ein Zweig der Mathematik, der die Topologie von Mannigfaltigkeiten unter Verwendung des Konzepts einer differenzierbaren Funktion untersucht . Wittens Arbeit lieferte einen physikalischen Beweis für ein klassisches Ergebnis, die Morse-Ungleichungen , indem er die Theorie im Sinne der supersymmetrischen Quantenmechanik interpretierte .
M-Theorie
Bis Mitte der 1990er Jahre hatten Physiker, die sich mit der Stringtheorie beschäftigten , fünf verschiedene konsistente Versionen der Theorie entwickelt. Diese Versionen sind als Typ I , Typ IIA , Typ IIB und die beiden Varianten der heterotischen Stringtheorie ( SO(32) und E 8 × E 8 ) bekannt. Der Gedanke war, dass von diesen fünf Kandidatentheorien nur eine die tatsächlich richtige Theorie von allem war , und diese Theorie war diejenige, deren Niederenergiegrenze mit der in unserer heutigen Welt beobachteten Physik übereinstimmte.
Als er 1995 auf der Stringtheorie-Konferenz an der University of Southern California sprach , machte Witten den überraschenden Vorschlag, dass diese fünf Stringtheorien tatsächlich keine unterschiedlichen Theorien seien, sondern unterschiedliche Grenzen einer einzigen Theorie, die er M-Theorie nannte . Wittens Vorschlag basierte auf der Beobachtung, dass die fünf Stringtheorien durch bestimmte Regeln, die Dualitäten genannt werden, aufeinander abgebildet werden können und durch diese Dualitäten identifiziert werden. Wittens Ankündigung führte zu einer Flut von Arbeiten, die heute als zweite Superstring-Revolution bekannt ist .
Andere Arbeit
Ein weiterer Beitrag Wittens zur Physik war das Ergebnis der Dualität von Eich/Schwerkraft. 1997 formulierte Juan Maldacena ein als AdS/CFT-Korrespondenz bekanntes Ergebnis , das eine Beziehung zwischen bestimmten Quantenfeldtheorien und Theorien der Quantengravitation herstellt . Die Entdeckung von Maldacena hat die theoretische Hochenergiephysik in den letzten 15 Jahren aufgrund ihrer Anwendung auf theoretische Probleme der Quantengravitation und der Quantenfeldtheorie dominiert. Wittens grundlegende Arbeit im Anschluss an das Ergebnis von Maldacena hat diesen Zusammenhang beleuchtet.
In Zusammenarbeit mit Nathan Seiberg erzielte Witten mehrere aussagekräftige Ergebnisse in Quantenfeldtheorien. In ihrer Arbeit über Stringtheorie und nichtkommutative Geometrie untersuchten Seiberg und Witten bestimmte nichtkommutative Quantenfeldtheorien , die als Grenzen der Stringtheorie auftauchen. In einer anderen bekannten Arbeit untersuchten sie Aspekte der supersymmetrischen Eichtheorie . Letzteres Papier, kombiniert mit Wittens früheren Arbeiten zur topologischen Quantenfeldtheorie, führte zu Entwicklungen in der Topologie glatter 4-Mannigfaltigkeiten , insbesondere zum Konzept der Seiberg-Witten-Invarianten .
Witten hat mit Anton Kapustin tiefe mathematische Verbindungen zwischen der S-Dualität der Eichtheorien und der geometrischen Langlands-Korrespondenz hergestellt . Teilweise in Zusammenarbeit mit Seiberg beschäftigt er sich in jüngerer Zeit mit Aspekten der feldtheoretischen Beschreibung topologischer Phasen in kondensierter Materie und nicht-supersymmetrischen Dualitäten in Feldtheorien, die unter anderem in der Theorie der kondensierten Materie von hoher Relevanz sind. Aus einer Verallgemeinerung von SYK-Modellen aus kondensierter Materie und Quantenchaos hat er kürzlich auch Tensormodelle von Gurau auf die Relevanz von holographischen und Quantengravitationstheorien gebracht.
Witten hat einflussreiche und aufschlussreiche Arbeiten zu vielen Aspekten der Quantenfeldtheorien und der mathematischen Physik veröffentlicht, einschließlich der Physik und Mathematik von Anomalien, Integrierbarkeit, Dualitäten, Lokalisierung und Homologien. Viele seiner Ergebnisse haben Bereiche der theoretischen Physik (oft weit über den ursprünglichen Kontext seiner Ergebnisse hinaus) tief beeinflusst, einschließlich der Stringtheorie, der Quantengravitation und der topologischen kondensierten Materie.
Auszeichnungen und Ehrungen
Witten wurde mit zahlreichen Preisen ausgezeichnet, darunter einem MacArthur Grant (1982), der Fields Medal (1990), dem Golden Plate Award der American Academy of Achievement (1997), dem Nemmers Prize in Mathematics (2000), der National Medal of Science (2002), den Pythagoras-Preis (2005), den Henri-Poincaré-Preis (2006), den Crafoord-Preis (2008), die Lorentz-Medaille (2010), die Isaac-Newton-Medaille (2010) und den Fundamental Physics Prize (2012). Seit 1999 ist er Foreign Member der Royal Society (London) und wurde im März 2016 zum Honorary Fellow der Royal Society of Edinburgh gewählt . Papst Benedikt XVI. ernannte Witten zum Mitglied der Päpstlichen Akademie der Wissenschaften (2006). Außerdem wurde er 2004 in die Liste der 100 einflussreichsten Personen des TIME- Magazins aufgenommen . 2012 wurde er Fellow der American Mathematical Society . Witten wurde 1984 zum Mitglied der American Academy of Arts and Sciences und 1988 zum Mitglied der National Academy of Sciences gewählt.
In einer informellen Umfrage auf einer Kosmologie-Konferenz 1990 erhielt Witten die meisten Erwähnungen als "der klügste lebende Physiker".
Persönliches Leben
Witten ist seit 1979 mit Chiara Nappi , einer Professorin für Physik an der Princeton University , verheiratet. Sie haben zwei Töchter und einen Sohn. Ihre Tochter Ilana B. Witten ist Neurowissenschaftlerin an der Princeton University, und Tochter Daniela Witten ist Biostatistikerin an der University of Washington .
Witten sitzt im Vorstand von Americans for Peace Now und im Beirat von J Street . Er unterstützt die Zwei-Staaten-Lösung und befürwortet einen Boykott israelischer Institutionen und wirtschaftlicher Aktivitäten über die Grenzen von 1967 hinaus, jedoch nicht Israels selbst.
Ausgewählte Publikationen
- Einige Probleme in der Kurzstreckenanalyse von Eichtheorien . Princeton University , 1976. ( Dissertation .)
- Roman Jackiw , David Gross , Sam B. Treiman , Edward Witten, Bruno Zumino . Aktuelle Algebra und Anomalien: Eine Reihe von Vorlesungsnotizen und Papieren . Weltwissenschaft, 1985.
- Green, M. , John H. Schwarz und E. Witten. Superstring-Theorie. vol. 1, Einführung . Cambridge Monographien über mathematische Physik. Cambridge, Großbritannien: Cambridge University Press, 1988. ISBN 978-0-521-35752-4 .
- Green, M., John H. Schwarz und E. Witten. Superstring-Theorie. vol. 2, Schleifenamplituden, Anomalien und Phänomenologie . Cambridge, Großbritannien: Cambridge University Press, 1988. ISBN 978-0-521-35753-1 .
- Quantenfelder und Strings: ein Kurs für Mathematiker . Vols. 1, 2. Material aus dem Special Year on Quantum Field Theory am Institute for Advanced Study, Princeton, NJ, 1996–1997. Herausgegeben von Pierre Deligne , Pavel Etingof , Daniel S. Freed , Lisa C. Jeffrey , David Kazhdan , John W. Morgan , David R. Morrison und Edward Witten. Amerikanische Mathematische Gesellschaft, Providence, RI; Institute for Advanced Study (IAS), Princeton, NJ, 1999. Vol. 2, No. 1: xxii+723 S.; vol. 2: S. i–xxiv und 727–1501. ISBN 0-8218-1198-3 , 81–06 (81T30 81Txx).
Verweise
Externe Links
 |
Scholia hat ein Autorenprofil für Edward Witten . |
- Webseite der Fakultät
- Publikationen zu ArXiv
- O'Connor, John J .; Robertson, Edmund F. , "Edward Witten" , MacTutor History of Mathematics Archiv , University of St Andrews
- Edward Witten beim Mathematics Genealogy Project
- Der Physiker eines Physikers denkt über die Natur der Realität nach, Interview mit Nathalie Wolchover im Quanta Magazine, 28. November 2017