Eugen Wigner- Eugene Wigner

Eugen Wigner
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Geboren
Wigner Jenő Pál

( 1902-11-17 )17. November 1902
Ist gestorben 1. Januar 1995 (1995-01-01)(im Alter von 92)
Staatsbürgerschaft
Alma Mater Technische Universität Berlin
Bekannt für
Ehepartner
Kinder 3
Auszeichnungen
Wissenschaftlicher Werdegang
Felder
Institutionen
These Bildung und Zerfall von Molekülen  (1925)
Doktoratsberater Michael Polanyi
Andere Studienberater
Doktoranden
Unterschrift
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Eugene PaulEPWigner ( ungarisch : Wigner Jenő Pál , ausgesprochen  [ˈviɡnɛr ˈjɛnøː ˈpaːl] ; 17. November 1902 – 1. Januar 1995) war ein ungarischer theoretischer Physiker, der auch zur mathematischen Physik beitrug . 1937 erhielt er die amerikanische Staatsbürgerschaft und 1963 den Nobelpreis für Physik „für seine Beiträge zur Theorie des Atomkerns und der Elementarteilchen , insbesondere durch die Entdeckung und Anwendung fundamentaler Symmetrieprinzipien“.

Als Absolvent der Technischen Universität Berlin arbeitete Wigner als Assistent von Karl Weissenberg und Richard Becker am Kaiser-Wilhelm-Institut in Berlin sowie David Hilbert an der Universität Göttingen . Wigner und Hermann Weyl waren verantwortlich für die Einführung der Gruppentheorie in die Physik, insbesondere der Symmetrietheorie in der Physik . Nebenbei leistete er bahnbrechende Arbeiten in der reinen Mathematik, in denen er eine Reihe mathematischer Theoreme verfasste . Insbesondere der Satz von Wigner ist ein Eckpfeiler in der mathematischen Formulierung der Quantenmechanik . Bekannt ist er auch für seine Erforschung der Struktur des Atomkerns . 1930 rekrutierte die Princeton University Wigner zusammen mit John von Neumann , und er zog in die Vereinigten Staaten.

Wigner nahm an einem Treffen mit Leo Szilard und Albert Einstein teil , das zum Einstein-Szilard-Brief führte , der Präsident Franklin D. Roosevelt dazu veranlasste, das Manhattan-Projekt zur Entwicklung von Atombomben zu initiieren . Wigner befürchtete, dass das deutsche Atomwaffenprojekt zuerst eine Atombombe entwickeln würde. Während des Manhattan-Projekts leitete er ein Team, dessen Aufgabe es war, Kernreaktoren zu entwickeln, um Uran in waffenfähiges Plutonium umzuwandeln . Zu dieser Zeit existierten Reaktoren nur auf dem Papier, und noch kein Reaktor war kritisch geworden . Wigner war enttäuscht, dass DuPont nicht nur für den Bau, sondern auch für die Detailkonstruktion der Reaktoren verantwortlich war. Er wurde Anfang 1946 Direktor für Forschung und Entwicklung am Clinton Laboratory (heute Oak Ridge National Laboratory ), wurde jedoch von bürokratischen Einmischungen der Atomenergiekommission frustriert und kehrte nach Princeton zurück.

In der Nachkriegszeit war er in einer Reihe von Regierungsgremien tätig, darunter dem National Bureau of Standards von 1947 bis 1951, dem Mathematikausschuss des National Research Council von 1951 bis 1954, dem Physikausschuss der National Science Foundation und den einflussreichen General Advisory Committee der Atomic Energy Commission von 1952 bis 1957 und erneut von 1959 bis 1964. Später wurde er philosophischer und veröffentlichte The Unreasonable Effectiveness of Mathematics in the Natural Sciences , sein bekanntestes Werk außerhalb der technischen Mathematik und Physik .

Frühen Lebensjahren

Werner Heisenberg und Eugen Wigner (1928)

Wigner Jenő Pál wurde am 17. November 1902 in Budapest , Österreich-Ungarn, als Sohn jüdischer Eltern der Mittelschicht , Elisabeth (Einhorn) und des Ledergerbers Anthony Wigner, geboren. Er hatte eine ältere Schwester, Bertha, bekannt als Biri, und eine jüngere Schwester Margit, bekannt als Manci, die später den britischen theoretischen Physiker Paul Dirac heiratete . Er wurde bis zum Alter von 9 Jahren von einem professionellen Lehrer zu Hause unterrichtet, als er in der dritten Klasse eingeschult wurde. Während dieser Zeit entwickelte Wigner ein Interesse an mathematischen Problemen. Im Alter von 11 Jahren erkrankte Wigner an Tuberkulose, von der seine Ärzte glaubten . Seine Eltern schickten ihn für sechs Wochen in ein Sanatorium in den österreichischen Bergen, bevor die Ärzte zu dem Schluss kamen, dass die Diagnose falsch war.

Wigners Familie war jüdisch, aber nicht religiös, und seine Bar Mizwa war eine säkulare. Von 1915 bis 1919 besuchte er das Gymnasium Fasori Evangélikus Gimnázium , die Schule seines Vaters. Der Religionsunterricht war obligatorisch, und er besuchte Kurse im Judentum, die von einem Rabbiner unterrichtet wurden. Ein Kommilitone war János von Neumann , der ein Jahr hinter Wigner lag. Beide profitierten vom Unterricht des renommierten Mathematiklehrers László Rátz . Um dem kommunistischen Regime von Béla Kun zu entkommen , floh die Familie Wigner 1919 kurz nach Österreich und kehrte nach Kuns Sturz nach Ungarn zurück. Teilweise als Reaktion auf die Bedeutung der Juden im Kun-Regime konvertierte die Familie zum Luthertum . Wigner erklärte später in seinem Leben, dass seine Familienentscheidung, zum Luthertum zu konvertieren, „im Kern keine religiöse, sondern eine antikommunistische Entscheidung war“. In Bezug auf die Religion war Wigner ein Atheist .

Nach dem Abitur im Jahr 1920 schrieb sich Wigner an der Budapester Universität für Technische Wissenschaften , bekannt als Műegyetem, ein . Er war mit den angebotenen Studiengängen nicht zufrieden und schrieb sich 1921 an der Technischen Hochschule Berlin (heute Technische Universität Berlin ) ein, wo er Chemieingenieurwesen studierte . Er nahm auch an den Mittwochnachmittagskolloquien der Deutschen Physikalischen Gesellschaft teil . An diesen Kolloquien nahmen führende Forscher teil, darunter Max Planck , Max von Laue , Rudolf Ladenburg , Werner Heisenberg , Walther Nernst , Wolfgang Pauli und Albert Einstein . Wigner lernte auch den Physiker Leó Szilárd kennen , der sofort Wigners engster Freund wurde. Eine dritte Erfahrung in Berlin war prägend. Wigner arbeitete am Kaiser-Wilhelm-Institut für Physikalische Chemie und Elektrochemie (heute Fritz-Haber-Institut ) und lernte dort Michael Polanyi kennen , der nach László Rátz Wigners größter Lehrer wurde. Polanyi Wigners überwacht DSc These, Bildung und Zerfall von Molekülen ( "Bildung und Zerfall von Molekülen").

Mittlere Jahre

Wigner kehrte nach Budapest zurück, wo er in der Gerberei seines Vaters arbeitete, aber 1926 nahm er ein Angebot von Karl Weißenberg am Kaiser-Wilhelm-Institut in Berlin an. Weissen wollte , dass jemand ihn mit seiner Arbeit an unterstützen Röntgenstrukturanalyse und Polanyi hatte Wigner empfohlen. Nach sechs Monaten als Assistent von Weißenberg ging Wigner für zwei Semester zu Richard Becker . Wigner erforschte die Quantenmechanik und studierte die Arbeiten von Erwin Schrödinger . Er vertiefte sich auch in die Gruppentheorie von Ferdinand Frobenius und Eduard Ritter von Weber .

Wigner erhielt eine Anfrage von Arnold Sommerfeld , an der Universität Göttingen als Assistent des großen Mathematikers David Hilbert zu arbeiten . Dies erwies sich als Enttäuschung, da die Fähigkeiten des alten Hilbert versagten und sich seine Interessen auf die Logik verlagerten. Wigner studierte dennoch unabhängig. Er legte den Grundstein für die Symmetrietheorie in der Quantenmechanik und führte 1927 die heutige Wigner-D-Matrix ein . Wigner und Hermann Weyl waren für die Einführung der Gruppentheorie in die Quantenmechanik verantwortlich. Letzterer hatte einen Standardtext geschrieben, Group Theory and Quantum Mechanics (1928), der jedoch insbesondere für jüngere Physiker nicht leicht zu verstehen war. Wigners Gruppentheorie und ihre Anwendung auf die Quantenmechanik atomarer Spektren (1931) machte die Gruppentheorie einem breiteren Publikum zugänglich.

Jucys-Diagramm für das Wigner 6-j-Symbol . Das Pluszeichen an den Knoten zeigt eine Ablesung der umgebenden Linien gegen den Uhrzeigersinn an. Aufgrund seiner Symmetrien gibt es viele Möglichkeiten, das Diagramm zu zeichnen. Eine äquivalente Konfiguration kann erstellt werden, indem man sein Spiegelbild nimmt und so die Pluspunkte in Minuspunkte ändert.

In diesen Arbeiten legte Wigner den Grundstein für die Symmetrietheorie in der Quantenmechanik . diese Theorie verändert die moderne Quantenmechanik .Wigners Theorem von Wigner 1931 bewiesen, ist ein Eckpfeiler der mathematischen Formulierung der Quantenmechanik . Das Theorem gibt an, wie physikalische Symmetrien wie Drehungen, Übersetzungen und CPT Symmetrie sind auf dem dargestellten Hilbert - Raum von Zuständen . Nach dem Satz wird jede Symmetrietransformation durch eine lineare und unitäre oder antilineare und antiunitäre Transformation des Hilbertraums dargestellt. Die Darstellung einer Symmetriegruppe auf einem Hilbertraum ist entweder eine gewöhnliche Darstellung oder eine projektive Darstellung .

In den späten 1930er Jahren erweiterte Wigner seine Forschungen zu Atomkernen. 1929 machten seine Papiere in der Welt der Physik auf sich aufmerksam. 1930 rekrutierte die Princeton University Wigner für eine einjährige Dozentur, mit dem 7-fachen seines Gehalts, das er in Europa bezogen hatte. Zur gleichen Zeit rekrutierte Princeton von Neumann. Jenő Pál Wigner und János von Neumann hatten 1928 an drei und 1929 an zwei Papieren zusammengearbeitet. Ihre Vornamen wurden zu „Eugene“ bzw. „John“ anglisiert. Als ihr Jahr vorüber war, bot Princeton einen Fünfjahresvertrag als Gastprofessor für ein halbes Jahr an. Die Technische Hochschule antwortete mit einem Lehrauftrag für die andere Jahreshälfte. Dies kam zur rechten Zeit, da die Nazis in Deutschland bald an die Macht kamen. 1934 stellte Wigner in Princeton seine Schwester Manci dem Physiker Paul Dirac vor , den sie heiratete.

Princeton stellte Wigner nicht wieder ein, als sein Vertrag 1936 auslief. Durch Gregory Breit fand Wigner eine neue Anstellung an der University of Wisconsin . Dort lernte er seine erste Frau Amelia Frank kennen, die dort Physik studierte. Sie starb jedoch unerwartet im Jahr 1937 und ließ Wigner verstört zurück. Er nahm daher 1938 ein Angebot von Princeton an, dorthin zurückzukehren. Wigner wurde am 8. Januar 1937 eingebürgerter Staatsbürger der Vereinigten Staaten und brachte seine Eltern in die Vereinigten Staaten.

Manhattan-Projekt

Wigner erhält die Verdienstmedaille für seine Arbeit am Manhattan-Projekt von Robert P. Patterson (links), 5. März 1946

Obwohl er ein bekennender politischer Amateur war, nahm er am 2. August 1939 an einem Treffen mit Leó Szilárd und Albert Einstein teil , das zum Einstein-Szilárd-Brief führte , der Präsident Franklin D. Roosevelt dazu veranlasste, das Manhattan-Projekt zur Entwicklung von Atombomben zu initiieren . Wigner befürchtete, dass das deutsche Atomwaffenprojekt zuerst eine Atombombe entwickeln würde, und weigerte sich sogar, seine Fingerabdrücke abnehmen zu lassen, weil sie im Falle eines deutschen Sieges aufspüren könnten. "Gedanken, ermordet zu werden", erinnerte er sich später, "konzentriere deinen Geist wunderbar."

Am 4. Juni 1941 heiratete Wigner seine zweite Frau Mary Annette Wheeler, Professorin für Physik am Vassar College , die ihren Ph.D. an der Yale University im Jahr 1932. Nach dem Krieg lehrte sie Physik an der Fakultät der Rutgers University ‚s Douglass Hochschule in New Jersey bis zu ihrer Pensionierung im Jahr 1964. Sie blieben im November bis zu ihrem Tod heiraten 1977. Sie hatten zwei Kinder, David Wigner und Martha Wigner Upton.

Während des Manhattan-Projekts leitete Wigner ein Team, zu dem J. Ernest Wilkins Jr. , Alvin M. Weinberg , Katharine Way , Gale Young und Edward Creutz gehörten . Die Aufgabe der Gruppe bestand darin, die Produktionskernreaktoren zu konzipieren, die Uran in waffenfähiges Plutonium umwandeln würden. Damals existierten Reaktoren nur auf dem Papier, und noch kein Reaktor war kritisch geworden . Im Juli 1942 entschied sich Wigner für ein konservatives 100-MW-Design mit Graphit- Neutronenmoderator und Wasserkühlung. Wigner war am 2. Dezember 1942 an einem umgebauten Schlägerplatz unter der Tribüne des verlassenen Stagg Field der University of Chicago anwesend , als der erste Atomreaktor der Welt, Chicago Pile One (CP-1) , eine kontrollierte nukleare Kettenreaktion durchführte .

Das von Wigner erworbene Chianti- Fiasko , um die erste selbsttragende, kontrollierte Kettenreaktion zu feiern. Es wurde von den Teilnehmern unterschrieben.

Wigner war enttäuscht, dass DuPont nicht nur für den Bau, sondern auch für die Detailkonstruktion der Reaktoren verantwortlich war. Er drohte im Februar 1943 mit seinem Rücktritt, wurde aber vom Leiter des Metallurgischen Labors , Arthur Compton , abgesprochen , der ihn stattdessen in den Urlaub schickte. Wie sich herausstellte, rettete eine Konstruktionsentscheidung von DuPont, dem Reaktor zusätzliche Laderohre für mehr Uran zu geben, das Projekt, als Neutronenvergiftung zu einem Problem wurde. Ohne die zusätzlichen Rohre hätte der Reaktor mit 35 % Leistung betrieben werden können, bis die Borverunreinigungen im Graphit verbrannt und genug Plutonium produziert worden waren, um den Reaktor mit voller Leistung zu betreiben; aber das hätte das Projekt um ein Jahr zurückgeworfen. In den 1950er Jahren arbeitete er sogar für DuPont auf der Savannah River Site . Wigner bereute die Arbeit am Manhattan-Projekt nicht und wünschte sich manchmal, die Atombombe wäre ein Jahr früher fertig gewesen.

Eine wichtige Entdeckung, die Wigner während des Projekts machte, war der Wigner-Effekt . Dabei handelt es sich um eine Quellung des Graphitmoderators, die durch die Verdrängung von Atomen durch Neutronenstrahlung verursacht wird . Der Wigner-Effekt war für die Reaktoren am Standort Hanford in der unmittelbaren Nachkriegszeit ein ernstes Problem und führte zu Produktionskürzungen und zur vollständigen Stilllegung eines Reaktors. Es wurde schließlich entdeckt, dass es durch kontrolliertes Erhitzen und Glühen überwunden werden konnte.

Durch die Finanzierung von Manhattan-Projekten entwickelten Wigner und Leonard Eisenbud auch einen wichtigen allgemeinen Ansatz für Kernreaktionen, die Wigner-Eisenbud-R-Matrix-Theorie, die 1947 veröffentlicht wurde.

Spätere Jahre

Wigner nahm Anfang 1946 eine Stelle als Direktor für Forschung und Entwicklung am Clinton Laboratory (heute Oak Ridge National Laboratory ) in Oak Ridge, Tennessee, an. Da er sich nicht mit administrativen Aufgaben befassen wollte, wurde er Co-Direktor von das Labor, wobei James Lum als geschäftsführender Direktor die administrativen Aufgaben übernimmt. Als die neu geschaffene Atomenergiekommission (AEC) Anfang 1947 den Laborbetrieb übernahm, befürchtete Wigner, dass viele der technischen Entscheidungen in Washington getroffen würden. Er sah auch die Fortsetzung der Kriegssicherheitspolitik der Armee im Labor als "aufdringliches Versehen" an, das die Forschung störte. Ein solcher Vorfall ereignete sich im März 1947, als die AEC entdeckte, dass Wigners Wissenschaftler Experimente mit einer kritischen Masse von Uran-235 durchführten, als der Direktor des Manhattan-Projekts, Generalmajor Leslie R. Groves, Jr. , solche Experimente im August verboten hatte 1946 nach dem Tod von Louis Slotin im Los Alamos Laboratory . Wigner argumentierte, dass Groves' Befehl aufgehoben worden sei, war aber gezwungen, die Experimente zu beenden, die sich von denen, die Slotin töteten, völlig unterschieden.

Da er sich für eine Führungsrolle in einem solchen Umfeld ungeeignet fühlte, verließ er 1947 Oak Ridge und kehrte an die Princeton University zurück, obwohl er viele Jahre lang eine beratende Rolle in der Einrichtung behielt. In der Nachkriegszeit war er in einer Reihe von Regierungsgremien tätig, darunter dem National Bureau of Standards von 1947 bis 1951, dem Mathematikausschuss des National Research Council von 1951 bis 1954, dem Physikausschuss der National Science Foundation und den einflussreichen General Advisory Committee der Atomic Energy Commission von 1952 bis 1957 und erneut von 1959 bis 1964. Er trug auch zum Zivilschutz bei .

Gegen Ende seines Lebens wurden Wigners Gedanken philosophischer. 1960 veröffentlichte er einen mittlerweile klassischen Artikel zur Philosophie der Mathematik und der Physik, der zu seinem bekanntesten Werk außerhalb der technischen Mathematik und Physik geworden ist, „ Die unvernünftige Wirksamkeit der Mathematik in den Naturwissenschaften “. Er argumentierte, dass Biologie und Kognition der Ursprung physikalischer Konzepte sein könnten, wie wir Menschen sie wahrnehmen, und dass der glückliche Zufall, dass Mathematik und Physik so gut zusammenpassen, "unvernünftig" und schwer zu erklären scheine. Sein Originalpapier hat viele Reaktionen in einer Vielzahl von Disziplinen provoziert und inspiriert. Dazu gehörten Richard Hamming in Informatik, Arthur Lesk in Molekularbiologie, Peter Norvig in Data Mining, Max Tegmark in Physik, Ivor Grattan-Guinness in Mathematik und Vela Velupillai in Wirtschaftswissenschaften.

Im November 1963 forderte Wigner, 10 % des nationalen Verteidigungsbudgets für nukleare Schutzbunker und Überlebensressourcen zu verwenden, und argumentierte, dass solche Ausgaben weniger kostspielig seien als Abrüstung. Wigner hielt die Schlussfolgerung einer kürzlich durchgeführten Woods-Hole- Studie, dass ein Atomschlag 20 % der Amerikaner töten würde, für eine sehr bescheidene Prognose und dass sich das Land von einem solchen Angriff schneller erholen könnte, als sich Deutschland von den Verwüstungen des Zweiten Weltkriegs erholt hatte.

Wigner erhielt 1963 den Nobelpreis für Physik „für seine Beiträge zur Theorie des Atomkerns und der Elementarteilchen , insbesondere durch die Entdeckung und Anwendung fundamentaler Symmetrieprinzipien“. Der Preis wurde in diesem Jahr geteilt, wobei die andere Hälfte des Preises zwischen Maria Goeppert-Mayer und J. Hans D. Jensen aufgeteilt wurde . Wigner erklärte, er habe nie daran gedacht, dass dies passieren könnte, und fügte hinzu: "Ich hätte nie erwartet, dass mein Name in den Zeitungen steht, ohne etwas Böses zu tun." Außerdem gewann er 1950 die Franklin-Medaille , 1958 den Enrico-Fermi- Preis, 1959 den Atoms for Peace-Preis , 1961 die Max-Planck-Medaille , 1969 die National Medal of Science , 1972 den Albert-Einstein-Preis , den Golden Plate Award der American Academy of Achievement 1974 und der gleichnamigen Wigner-Medaille 1978. 1968 hielt er den Vortrag von Josiah Willard Gibbs .

Mary starb im November 1977. 1979 heiratete Wigner seine dritte Frau, Eileen Clare-Patton (Pat) Hamilton, die Witwe des Physikers Donald Ross Hamilton, Dekan der Graduate School der Princeton University, der 1972 gestorben war , im Alter von 90 Jahren, veröffentlichte er seine Memoiren The Recollections of Eugene P. Wigner with Andrew Szanton . Darin sagte Wigner: „Der volle Sinn des Lebens, der kollektive Sinn aller menschlichen Begierden, ist im Grunde ein Mysterium jenseits unserer Reichweite. Als junger Mann habe ich mich an diesem Zustand geärgert Ich empfinde es sogar als eine gewisse Ehre, mit einem solchen Geheimnis in Verbindung gebracht zu werden." In seiner Essaysammlung 'Philosophical Reflections and Syntheses' (1995) kommentierte er: "Es war nicht möglich, die Gesetze der Quantenmechanik ohne Bezug auf das Bewusstsein vollständig konsistent zu formulieren."

Wigner starb am 1. Januar 1995 im University Medical Center in Princeton, New Jersey, an einer Lungenentzündung . Er hinterließ seine Frau Eileen (gestorben 2010) und die Kinder Erika, David und Martha sowie seine Schwestern Bertha und Margit.

Veröffentlichungen

  • 1958 (mit Alvin M. Weinberg ). Physikalische Theorie der Neutronenkettenreaktoren University of Chicago Press. ISBN  0-226-88517-8
  • 1959. Gruppentheorie und ihre Anwendung auf die Quantenmechanik von Atomspektren . New York: Akademische Presse. Übersetzung von JJ Griffin von 1931, Gruppentheorie und ihre Anwendungen auf die Quantenmechanik der Atomspektren , Vieweg Verlag, Braunschweig.
  • 1970 Symmetrien und Reflexionen: Wissenschaftliche Aufsätze . Indiana University Press, Bloomington ISBN  0-262-73021-9
  • 1992 (wie Andrew Szanton mitgeteilt). Die Erinnerungen von Eugene P. Wigner . Plenum. ISBN  0-306-44326-0
  • 1995 (mit Jagdish Mehra und Arthur S. Wightman, Hrsg.). Philosophische Reflexionen und Synthesen . Springer, Berlin ISBN  3-540-63372-3

Ausgewählte Beiträge

Theoretische Physik
Mathematik

Siehe auch

Anmerkungen

Verweise

Externe Links