211service.com
Freeman Dyson herinnerd door mensen die hem kenden: een ongewone visionair
Freeman Dyson (midden) met collega's Predrag Cvitanovic
Freeman Dyson, die op 28 februari op 96-jarige leeftijd stierf, was een intellectuele reus en stond in hoog aanzien als natuurkundige, wiskundige en publieke intellectueel - en ook als mentor, grootvader en vriend. Technologie beoordeling vroeg een aantal van zijn collega's om na te denken over zijn leven en werk. Dit zijn enkele van de reacties.
Edward Witten, Instituut voor geavanceerde studie
Wikimedia, Ojan
Freeman Dyson heeft fundamentele bijdragen geleverd aan een ongelooflijk grote verscheidenheid aan gebieden in de natuurkunde en wiskunde.
Inhoud
Onder natuurkundigen staat Dyson vooral bekend als een van de pioniers van de kwantumelektrodynamica. In de jaren twintig hadden natuurkundigen geleerd gewone materie te beschrijven via de vreemde en vaak contra-intuïtieve theorie die bekend staat als de kwantummechanica. Bovendien was het bekend dat licht komt in de vorm van individuele deeltjes, of quanta, ook wel fotonen genoemd. Maar pogingen in die tijd om de kwantummechanica van licht in wisselwerking met materie te begrijpen, leidden tot hardnekkige problemen.
Tegen het einde van de jaren veertig, toen het onderzoek in de fundamentele fysica na de Tweede Wereldoorlog werd hervat, maakten technologische vooruitgang het mogelijk om experimenten uit te voeren om de kwantummechanische interacties van fotonen en elektronen te testen, waardoor een dwingende behoefte ontstond om een werkbare theorie te ontwikkelen. Dyson was, samen met Hans Bethe, Richard Feynman, Julian Schwinger en Shinichiro Tomanaga, een van de pioniers die dit heeft bereikt. Grofweg was het de rol van Dyson om een brug te slaan tussen wat heel verschillende en potentieel onverenigbare benaderingen had geleken. Daarbij introduceerde hij ideeën en methoden die tegenwoordig veel worden gebruikt.
De theorie van de kwantumelektrodynamica die hij hielp opzetten, is het prototype dat uiteindelijk werd uitgewerkt in het standaardmodel van de deeltjesfysica.
In de jaren vijftig leverde Dyson meerdere belangrijke bijdragen aan de verdere ontwikkeling van het raamwerk van kwantumelektrodynamica. Dit werk werd gedaan op een verbazingwekkend jonge leeftijd. De eerste doorbraken werden gemaakt in 1948 en 1949; Dyson werd in 1948 25. Opmerkelijk genoeg had hij tegen die tijd al een reputatie opgebouwd op een heel ander gebied: het gebied van de wiskunde dat bekend staat als Diophantische benadering.
De eenvoudigste versie van Diophantische benadering - die teruggaat tot de oude Grieken, zoals de naam al doet vermoeden - is om een reëel getal zoals π te benaderen met rationale getallen. In een meer verfijnde moderne versie beschouwt men benaderingen door meer algemene algebraïsche getallen. Dyson leverde een fundamentele bijdrage in een artikel dat in 1947 werd gepubliceerd, toen hij 24 jaar oud was. Hij behield zijn passie voor getaltheorie gedurende zijn hele carrière en leverde meerdere bijdragen, waarvan er binnenkort een zal worden genoemd.
In de jaren zestig en daarna heeft Dyson uitgebreid bijgedragen aan de kwantumstatistische mechanica. Het algemene doel van dit onderwerp is inzicht te krijgen in het kwantummechanische gedrag van een verzameling van veel deeltjes, bijvoorbeeld de elektronen en atoomkernen in een stuk metaal. In 1966 leverde Dyson met Andrew Lenard het eerste rigoureuze bewijs dat het Pauli-uitsluitingsprincipe tussen elektronen voldoende is om ervoor te zorgen dat materie stabiel is en niet spontaan instort. (Dit probleem is onafhankelijk geanalyseerd door Elliott Lieb en Walter Thirring.) Dyson heeft veel subtiele bijdragen geleverd met betrekking tot de fasen van kwantum en soms klassieke materie, waarbij hij het feit veralgemeniseerde dat water vaste, vloeibare en gasfasen heeft.
Vanaf 1962 was Dyson, samen met Eugene Wigner en anderen, grotendeels verantwoordelijk voor de ontwikkeling van wat nu bekend staat als de willekeurige matrixtheorie.
Het oorspronkelijke doel was om een statistische beschrijving te geven van de energieniveaus van atoomkernen. Willekeurige matrixtheorie heeft zich ontwikkeld tot een belangrijk onderwerp met verreikende toepassingen in de natuurkunde en wiskunde. In de natuurkunde wordt het nu gezien als een van de basisinstrumenten voor het begrijpen van kwantumchaos. Het heeft ook onverwachte toepassingen gehad voor kwantumzwaartekracht. Daarnaast is de willekeurige matrixtheorie een belangrijk hulpmiddel in de informatica en toegepaste wiskunde.
Een van de meest verrassende toepassingen ontstond in de jaren zeventig, toen Dyson zijn interesse in getaltheorie combineerde met zijn interesse in willekeurige matrices en voorstelde dat willekeurige matrixtheorie het statistische gedrag van de nullen van de Riemann-zetafunctie zou kunnen beschrijven. Dit zijn centrale objecten in de getaltheorie en het onderwerp van het Riemann-vermoeden, een van de meest gevierde onopgeloste problemen in de wiskunde.
Dysons idee over de nullen van de zeta-functie is op veel verschillende manieren bevestigd (en veralgemeend naar andere gerelateerde problemen), variërend van theoretische bewijzen tot computerexperimenten. Tegenwoordig wordt de link met de random matrix-theorie beschouwd als een belangrijke aanwijzing voor het Riemann-vermoeden, dat nog steeds niet is opgelost.
Kortom, Freeman Dyson heeft zijn stempel gedrukt op tal van gebieden van natuurkunde en wiskunde. Zijn bijdragen waren zo veelomvattend dat het voor een persoon vrijwel onmogelijk is om ze adequaat samen te vatten.
Dwight Neuenschwander, Southern Nazarene University
Dwight Neuenschwander hoffelijkheidsfoto
Bij de receptie voordat professor Dyson een toespraak hield waarin hij de Templeton Prize in 2000 in ontvangst nam, stond een lange rij vooraanstaande mensen te wachten om hem en zijn vrouw, Imme, de hand te schudden. Ik stond aan de kant en keek toe. Plotseling stormden zijn kleinkinderen door de deur, in de leeftijd van peuter tot een jaar of zes. Ze negeerden de rij hoogwaardigheidsbekleders en renden naar Freeman toe terwijl ze riepen: Papa! Papa! De volgende seconden waren ontroerend. Professor Dyson wendde zich af van de rij hoogwaardigheidsbekleders en ging op zijn knieën zitten, en die kinderen krioelden over hem heen. De mensen die in de rij stonden moesten wachten. Maar ze leken het niet erg te vinden - we hadden allemaal het voorrecht om te kijken naar een kostbaar moment in het leven van een half dozijn kleinkinderen en hun geliefde grootvader.
Tegen die tijd had ik al jaren met hem gecorrespondeerd. In 1993 had ik hem samen met enkele studenten een brief geschreven met wat vragen en opmerkingen over zijn boek Disturbing the Universe, in de hoop op een korte reactie. Een paar dagen later schreef hij uitgebreid terug, wat het begin was van een correspondentie die tientallen jaren zou duren.
Overigens (of niet; het is kenmerkend voor hem), nadat hij de Templeton Award had ontvangen, gebruikte hij een deel van de fondsen om een studiebeurs aan mijn universiteit te schenken, zodat studenten naar ons veldstation konden reizen, het Quetzal Education Research Center in de Talamanca Mountains nevelwoud van Costa Rica. Het was altijd een financiële strijd voor studenten om daar cursussen te volgen en onderzoek te doen, maar sinds enkele jaren hebben we de Freeman Dyson Travel Scholarship.
Spring vooruit naar 2012, toen de natuurkundige eervereniging Sigma Pi Sigma haar vierjaarlijkse bijeenkomst of congres in Orlando hield. Ongeveer 800 mensen woonden die bijeenkomst bij; ongeveer 600 van hen waren niet-gegradueerde natuurkundestudenten. Professor Dyson was een prominente plenaire spreker, die op zaterdagochtend zou spreken. De conferentie begon op donderdagavond. Die avond kwam, geheel onverwacht, professor Dyson binnen, rechtstreeks van het vliegveld, met zijn aktetas in de hand. Hij werd meteen omringd door de spontane ontvangst die je je zou kunnen voorstellen voor een lid van een koninklijke familie die toevallig ook een rockster is.
Tegenwoordig besteed ik meer tijd aan babysitten en minder aan het schrijven van boeken. Je weet nooit welke baan het belangrijkste zal blijken te zijn!
Voor de rest van de vergadering vormde zich tijdens elke pauze een zeer lange rij onmiddellijk voor professor Dyson. Iedereen wilde hem de hand schudden, een boek laten signeren of met hem op de foto. Hij praatte geduldig met iedereen. Op zaterdagochtend voegde hij zich bij de studenten in de rondetafelgesprekken. Toen de vergadering zaterdagavond werd afgebroken, hielp ik het personeel om 10 uur 's avonds het registratiehokje af te breken. Het congrescentrum was verlaten, op een paar achterblijvers na. Die achterblijvers waren studenten die nog steeds in gesprek waren met professor Dyson. Behalve het vergaderpersoneel en het personeel van het congrescentrum, was hij letterlijk de laatste die de vergadering verliet. Hij ging niet weg voordat iedereen die met hem wilde praten dat had gedaan. Natuurlijk was hij toen veel jonger - slechts 89!
In een handgeschreven brief aan mijn klas beschreef hij de tijd die hij doorbracht met de kinderen van zijn dochter en zei: Tegenwoordig besteed ik meer tijd aan babysitten en minder tijd aan het schrijven van boeken. Je weet nooit welke baan belangrijker zal blijken te zijn! Ik heb daar in de loop der jaren veel over nagedacht, terwijl ik heb geprobeerd een evenwicht te vinden tussen de soms orthogonale eisen van het opvoeden van kinderen en het opbouwen van een carrière.
Mijn studenten vroegen veel over wetenschap en religie. In zijn allerlaatste brief aan ons van 10 december 2019, in antwoord op onze vraag over de optimale relatie tussen twijfel en geloof, antwoordde hij: De optimale relatie tussen twijfel en geloof is vreedzaam samenleven. Beide zijn essentieel voor de evolutie van een creatieve menselijke samenleving. Geloof om onmogelijke doelen na te streven, twijfel om te herstellen van rampzalige fouten. We moeten leren een grote verscheidenheid aan geloven en twijfels te tolereren.
Professor Dyson was meer voor mij dan de auteur van een geliefd leerboek. Hij was een inspiratie en hij werd een vriend. Ik ben zo gezegend dat mijn pad het zijne kruiste. En ik spreek voor meer dan 3.000 studenten die er ook zo over denken, die hem de afgelopen 25 jaar zijn komen ontmoeten en zijn wijsheid hebben gedeeld via zijn boeken en brieven.
Harold Feiveson, Princeton University
De laatste keer dat ik Freeman zag was drie weken geleden, toen hij naar een lezing kwam die ik in Princeton gaf over de rol van wetenschappers in de Tweede Wereldoorlog. Freeman was natuurlijk een van die wetenschappers, werkzaam in de operations research group van de Royal Air Force. Ik begon mijn lezing door op te merken dat begin 1942, met de nazi's die heel Europa controleerden, behalve Groot-Brittannië en de Japanse ascendant overal, weinigen er zeker van zouden zijn geweest dat de geallieerden zouden zegevieren. Freeman was het daar meteen mee eens, met zijn ondeugende gevoel voor humor. Nee, zei hij - zodra de Duitsers de Sovjet-Unie waren binnengevallen, had hij er vertrouwen in dat de geallieerden de oorlog zouden winnen. Ik reed die dag Freeman naar huis en zijn geest was scherp als altijd, hoewel hij niet zo zeker was van zijn lichaam.
Dat was drie weken geleden. Maar ik denk terug aan meer dan 50 jaar geleden, toen ik voor het eerst van Freeman hoorde. In 1963 trad ik toe tot het Wetenschapsbureau van het Amerikaanse agentschap voor wapenbeheersing en ontwapening, een agentschap dat nieuw was opgericht door de regering-Kennedy. Ik kreeg een studie te zien die Freeman in de zomer van 1962 had gedaan voor het agentschap Implications of New Weapons Systems for Strategic Policy and Disarmament.
Het was een behoorlijke studie, met een aantal intrigerende gedachten over mogelijke toekomstige technische ontwikkelingen zoals lage-opbrengst kernwapens en laser-antiraketsystemen. Wat echter interessanter was, was de eerste aanduiding van thema's die Freeman vervolgens met nog meer kracht naar voren bracht: dat kernwapens immoreel en niet erg nuttig zijn, en moeten worden verwijderd; dat antiraketsystemen niet per se slecht zijn; en die ontwapening zou kunnen plaatsvinden op manieren die toen nog niet werden gedacht.
Om voor warmte en lucht te zorgen, zouden er bomen op de kometen worden gekweekt, en vanwege de lage zwaartekracht van de kometen konden de bomen een hoogte bereiken van honderdvijftig kilometer!
Op dit laatste punt bracht Freeman vervolgens het boek onder onze aandacht De kameel en het wiel , door Richard Bulliet, een historicus van de vroege Arabische beschaving. Zoals Bulliet betoogde, begon de technologie van transport op wielen, bekend in het Midden-Oosten in de Romeinse tijd, rond 500 na Christus te verdwijnen, toen karavanen van kamelen de transportsector overnamen. Wegen raakten al snel in verval; de vaardigheden die nodig waren om karren op wielen te bouwen en te repareren waren vergeten. Binnen een paar generaties verdwenen wielvoertuigen in de Arabische gebieden. Zelfs de herinnering aan hun bestaan verdween uit de Arabische wereld. Freeman merkte op dat als kernwapens moeten verdwijnen, ze waarschijnlijk een soortgelijk pad zullen volgen en geleidelijk aan irrelevant zullen worden omdat niemand ze zal gebruiken.
Ik leerde Freeman pas echt kennen toen ik in 1967 in Princeton aankwam, toen ik aan hem werd voorgesteld als milieuactivist. In 1972 organiseerden mijn collega Robert Socolow en ik een colloquiumreeks met de titel On Wilderness. De toespraak van Freeman in deze serie, Outer Space: A Final Wilderness, was opvallend. In deze lezing deed Freeman de asteroïden of planeten af als geschikte plaatsen voor kolonisatie en avontuur in de wildernis, maar speculeerde hij in plaats daarvan over kometen, die overvloedig water, stikstof en koolstof bevatten. Om voor warmte en lucht te zorgen, zouden er bomen op de kometen worden gekweekt, en vanwege de lage zwaartekracht van de kometen konden de bomen een hoogte bereiken van honderdvijftig kilometer! Freeman las voor uit de dagboeken van gouverneur William Bradford om te laten zien hoe enorm we de menselijke en economische kosten van de Mayflower-kolonie hebben onderschat, inclusief de kosten voor de inheemse bevolking. In veel opzichten zijn deze kosten, betoogde Freeman, vergelijkbaar met en misschien wel hoger dan die waarmee we in de volgende eeuw te maken zouden krijgen bij het opzetten van een ruimtekolonie. Reeds in Freeman's toespraak kwamen verschillende thema's aan bod waar hij later veel meer van maakte. Ik zal er drie noemen.
Snel is mooi . Als nieuwe soorten industriële processen, transportsystemen, energietechnologieën, enzovoort meer dan een korte tijd nodig hebben om te produceren, zijn ze waarschijnlijk een slecht idee; het duurt te lang om fouten te vinden en op te lossen. (Dit betekent niet dat Freeman alleen naar kleine technologieën keek; hij nam deel aan Project Orion, het project van Ted Taylor om ruimteschepen te bouwen met nucleaire explosies!)
Technologie is onvoorspelbaar. Vanwege onvoorspelbaarheid willen we flexibel genoeg blijven om te veranderen als dat moet vanwege onvoorziene milieueffecten. Om dit punt nader uit te werken, putte Freeman uit het werk van Lynn White, wiens paper Technology Assessment from the Stance of a Medieval Historian aantoonde hoe onmogelijk het zou zijn geweest om een technologische beoordeling te maken van de meeste technologieën die in de Middeleeuwen zijn ontwikkeld – zoals zoals een bril, het distilleren van cognac, de kruisboog, het breiwerk, het spinnewiel, knopen en de open haard. Door bijvoorbeeld de privacy te vergroten, hebben de schoorsteen en de open haard (volgens White en de woorden van L.J. Dresbeck) mogelijk meer invloed gehad op de kunst van de liefde dan de troubadours.
Diversiteit is te prijzen. Freemans lof voor diversiteit gaat diep in op veel gebieden van menselijk streven, maar voor het milieu is het, denk ik, vooral een pleidooi voor wetenschappers en anderen om niet allemaal aan hetzelfde probleem te werken, maar om een hele reeks problemen aan te pakken.
Dit alles leidde ertoe dat Freeman een groot voorstander werd van hernieuwbare energie, ondanks zijn bekende scepsis over veel van de computermodellen van de opwarming van de aarde. Freeman geloofde dat hernieuwbare energietechnologieën, vanwege hun schaal en technologische eenvoud in het veld, en vanwege het feit dat bijna alle ontwikkelingslanden rijk zijn aan zon, wind en biomassa, mensen eindelijk in staat zouden kunnen stellen om energie vorm te geven aan de werkelijke behoeften van mensen, met inbegrip van de armen op het platteland in ontwikkelingslanden. Wat betreft het broeikaseffect moet ik ook Freemans sterke pleidooi voor het op zeer grote schaal verbouwen van biomassa noemen om koolstof uit de atmosfeer te halen.
Zoals hij van zichzelf zou zeggen, was Freeman geobsedeerd door de toekomst. Hij bedacht hoe onze acties van vandaag toekomstige generaties zullen beïnvloeden, en hij was, in bijna religieuze zin, optimistisch over die toekomst.
Arthur Jaffe, Harvard University
Wikimedia, Lubos Motl
Ik ontmoette Freeman Dyson voor het eerst toen ik bijna 60 jaar geleden afstudeerde aan Princeton. Hij had al een torenhoge reputatie en was een beetje een raadsel voor mijn generatie studenten.
Ik herinner me dat Dyson zijn cursus over kwantumtheorie begon door ons te vertellen: als iemand je vertelt dat ze de kwantumtheorie begrijpen, vertellen ze niet de waarheid. We waren gefascineerd door zijn lezingen, en dus nodigde ik hem uit met een kleine groep vrienden voor het diner. Ik herinner me dat hij ons waarschuwde dat de grootste verandering in ons leven het gevolg zou zijn van de economische ontwikkeling van China. Dit was een scenario waarvan maar weinig mensen bereid waren te geloven dat het de wereld in die mate zou veranderen. Niemand voorspelde destijds hoe de economische opkomst van China, en de daarmee gepaard gaande prioritering van onderwijs en onderzoek door de overheid, zou leiden tot de overweldigende pool van buitengewoon getalenteerde jonge Chinese wiskundigen en natuurkundigen die we nu hebben.
Mijn leraar Arthur Wightman had enorm veel respect voor Dyson, en hij wees vaak op de vele prestaties van Dyson op het gebied van kwantumveldentheorie en veel-deeltjes kwantumsystemen, waaronder de Dyson-serie, de Dyson-representatie, zijn werk over de stabiliteit van kwantummaterie, enz. Wightman ook zei dat Dysons eerste versie van een paper over het algemeen de laatste versie zou zijn, omdat hij zijn ideeën en woorden zo coherent kon formuleren voordat hij ze op papier zette. Verder meldde hij dat Dyson een vraatzuchtige lezer was; elke dag kon hij tijdens de lunch vertellen over de nieuwe ontwikkelingen die hij las in de preprints die net in de post waren aangekomen.
Ik ben al lang gefascineerd door twee essays van Dyson. In zijn Gibbs-lezing uit 1972 voor de American Mathematical Society, getiteld Missed Opportunities, schreef Dyson:
Ik ben toevallig een natuurkundige die zijn leven begon als wiskundige. Als werkende natuurkundige ben ik me terdege bewust van het feit dat het huwelijk tussen wiskunde en natuurkunde, dat in de afgelopen eeuwen zo enorm vruchtbaar was, onlangs is geëindigd in een scheiding.
De scheiding was een tijdlang zo compleet dat Dyson zich herinnerde dat hij naar een reeks getallen staarde waarvan hij dacht dat hij achteraf bekend had moeten lijken: 3, 8, 10, 14, 15, 21, 24, 26, 28, 35, 36, . .. Hij schreef:
Omdat ik voorlopig een getaltheoreticus was, hadden ze geen zin voor mij. Mijn geest was zo goed gecompartimenteerd dat ik me niet herinnerde dat ik dezelfde getallen in mijn leven als natuurkundige vele malen had ontmoet … de getaltheoreticus Dyson en de natuurkundige Dyson spraken niet met elkaar.
Als gevolg hiervan miste Dyson het ontdekken van een fundamentele verbinding tussen twee verschillende wiskundige objecten, Lie-algebra's en modulaire vormen. Gelukkig hebben natuurkunde en wiskunde een verzoening gehad, dus sommige geleerden zoals Dyson worden opnieuw gerespecteerd, zowel als wiskundigen als als natuurkundigen.
In zijn essay Birds and Frogs uit 2009 vergeleek Dyson twee benaderingen van ontdekking in de wiskunde door ze te vergelijken met die wezens:
Vogels vliegen hoog in de lucht en overzien weidse vergezichten van wiskunde tot aan de verre horizon. Ze genieten van concepten die ons denken verenigen en uiteenlopende problemen uit verschillende delen van het landschap samenbrengen. Kikkers leven in de modder beneden en zien alleen de bloemen die in de buurt groeien. Ze genieten van de details van bepaalde objecten en lossen problemen één voor één op. Ik ben toevallig een kikker, maar veel van mijn beste vrienden zijn vogels... Wiskunde heeft zowel vogels als kikkers nodig.
We zullen Dyson niet alleen als een vriend missen, maar ook als een ongewone visionair, niet bang om het conventionele denken uit te dagen waar en wanneer hij maar kon.
Elliott Lieb, Princeton University
Wikimedia, E. Lieba
Praten over de carrière van Freeman is alsof je in de positie wordt gebracht van de blinde Jain-monniken die werden gevraagd om een olifant te beschrijven. Zijn wetenschappelijk werk bestrijkt zoveel gebieden met zo'n diepte dat weinig of geen enkele meer dan delen ervan kan begrijpen. Als we ook kijken naar het niet-wetenschappelijke, politieke, literaire en ongepubliceerde werk van de overheid, dan is het al met al een olifant met minstens zes poten en misschien twee slurven.
Freeman wil misschien niet worden vergeleken met een olifant - al moet gezegd worden dat hij ooit naar zichzelf verwijst als een kikkerwetenschapper die graag in de plaatselijke modder speelt in plaats van een vogelwetenschapper die doet alsof verheven uitzicht. In feite was hij het allebei. Hoe het ook zij, een olifant zal het niet doen.
Op een gegeven moment had ik het genoegen om in een tropisch regenwoud te wandelen en vond ik de juiste metafoor voor Freeman, een die zijn activiteiten beter weergeeft. In het bos vind je enorm grote bomen, die elk allerlei ecosystemen ondersteunen die zich er op verschillende hoogtes aan vastklampen. Freeman is als zo'n gigantische boom die midden in het statistische mechanicabos staat. Veel van de onderwerpen waaraan we werken, zouden niet bestaan als Freeman niet een onderneming was begonnen die uitgroeide tot een cluster van activiteiten rond zijn oorspronkelijke inzicht. Een voorbeeld is 'Dyson-dynamica', uitgevonden in 1962, waarvan de relevantie voor de willekeurige matrixtheorie onlangs werd ontdekt en tot een grote doorbraak leidde. Bovendien behouden deze activiteiten hun vitaliteit, wat meer kan worden gezegd van sommige rages die af en toe de vooruitgang van de theoretische natuurkunde markeren.
Zijn carrière, die begon op de middelbare school, was aanvankelijk in pure wiskunde, met name getaltheorie. Hij beschrijft dit aspect van zijn werk als toegepaste wiskunde - de reden is dat zuivere wiskunde zich bezighoudt met het bedenken van nieuwe wiskundige ideeën en niet met het oplossen van oude problemen. Zoals bekend heeft hij nooit de moeite genomen om een doctoraat te behalen, wat goed bij hem past, maar er zijn maar weinig mensen zoals hij die een geweldige wetenschappelijke carrière kunnen hebben zonder de rituelen te doorlopen die door het beroep worden opgelegd.
Het oorspronkelijke bewijs van de kwantummechanische stabiliteit van materie door Dyson en Andrew Lenard in 1967 moet zeker worden beschouwd als een van de meest geavanceerde stukken harde wiskundige analyse tot op dat moment. Het had twee uitstekende Dyson-kenmerken. Een daarvan was het vermogen om een kernprobleem in de natuurkunde te herkennen - hoewel de toenmalige wijsheid was dat hier niets interessants was. De andere is het vermogen om de wiskunde te creëren die nodig is om het probleem op te lossen.
Sinds die tijd heeft de wiskundige natuurkunde een lange weg afgelegd, en het verbaast ons niet om af en toe doorbraken te zien, met nieuw uitgevonden bulldozers die paden door het bos vrijmaken. Maar dat soort optreden was nog niet eerder vertoond.
Veel van de onderwerpen waaraan we werken, zouden niet bestaan als Freeman niet een onderneming was begonnen die uitgroeide tot een cluster van activiteiten rond zijn oorspronkelijke inzicht.
Nu we deze aspecten van Freemans bijdragen hebben aangehaald, moeten we terugkeren naar het epicentrum van zijn dynamische leven. Freeman beschreef zichzelf als een expert in wiskundige fysica, die hij karakteriseerde als een discipline van mensen die proberen een diep begrip van fysieke verschijnselen te krijgen door de rigoureuze stijl en methode van de wiskunde te volgen. Hij vervolgde: Het is een discipline die op de grens ligt tussen natuurkunde en wiskunde. Het doel van wiskundige natuurkundigen is niet om verschijnselen kwantitatief te berekenen, maar om ze kwalitatief te begrijpen. Ze werken met stellingen en bewijzen, niet met getallen en computers. Hun doel is om met wiskundige precisie de concepten te kwalificeren waarop fysieke theorieën zijn gebouwd.
Laat ik eindigen met enkele persoonlijke herinneringen aan mijn eigen schuld aan Freeman. Mijn eerste interactie met hem was als afgestudeerde student in de jaren vijftig. Er was in wezen geen boek beschikbaar om de moderne kwantumveldentheorie uit te leren, behalve het boek van Freeman Geavanceerde kwantummechanica . Deze cursusnota's zijn onlangs opnieuw gepubliceerd en zijn online beschikbaar. Hij schreef het in 1951, toen hij 28 jaar oud was. Hoeveel mensen kunnen op die leeftijd een toonaangevend boek schrijven? Ik probeerde het te begrijpen en deed het pas echt toen ik 38 was, maar dat weerhield me er niet van om in 1956 een proefschrift over dit onderwerp te schrijven!
Freeman's positieve recensie uit 1967 in Physics Today van mijn boek met Dan Mattis over eendimensionale fysica heeft ons veel geholpen, maar het punt voor dit moment is dat het nogmaals zijn interesse toonde in de gekke ideeën en zijn bereidheid om ten strijde te trekken voor hen. Hij schreef, en ik citeer: Een man wordt oud als hij de hele tijd aan onoplosbare problemen werkt, en een reis naar de prachtige wereld van één dimensie zal zijn verbeeldingskracht beter opfrissen dan een dosis LSD.
Delen van het essay van Elliott Lieb verschenen eerder in artikelen in Communicatie in wiskundige natuurkunde en Werelden Wetenschappelijk het vieren van de 80e en 90e verjaardag van Freeman Dyson, en worden hier met toestemming gebruikt.
ND Hari Dass , Instituut voor Wiskundige Wetenschappen, Chennai, India
Freeman Dyson kwam in 1974 voor een uitgebreid bezoek aan het Max Planck Instituut voor Natuurkunde en Astrofysica in München. Het jaar daarvoor was ik daarheen verhuisd vanuit de UCLA. Dysons kantoor was twee deuren verder dan het mijne. Het kantoor van Werner Heisenberg was twee deuren na het zijne. Heisenberg zou nog steeds één keer per week naar het Instituut komen, en bij de meeste van dergelijke bezoeken ging hij ook naar de kelder om te pingpongen.
In oktober 1974 bracht Dyson het nieuws dat Russell Hulse en Joseph Taylor een binaire pulsar hadden ontdekt. Dit was een van de meest opmerkelijke astrofysische objecten die ooit zijn ontdekt: Hulse en Taylor zouden later de Nobelprijs winnen. Niemand wist nog zeker wat het was - waarschijnlijk een neutronenster of een zwart gat dat dicht in een baan om een begeleidende ster draaide. Dyson heeft ons aan het praten gekregen over het belang van het bestuderen van het systeem. Omdat het het meest compacte zwaartekrachtgebonden systeem was dat tot nu toe was ontdekt, was het een ideaal laboratorium voor het bestuderen van Einsteins algemene relativiteitstheorie.
Dyson voerde zijn gesprekken in helder en onberispelijk Duits. Een van de tests van GR waar ik in het bijzonder in geïnteresseerd was, was de zogenaamde Stanford Gyroscope Test voorgesteld door de beroemde natuurkundige Leonard Schiff in 1960, die zeer kleine, maar detecteerbare effecten voorspelde die de algemene relativiteitstheorie zou hebben op de precessie van een draaiende gyroscoop. Zelfs in 1974, bijna 15 jaar na het oorspronkelijke voorstel, kon het vanwege de extreme technische complexiteit niet worden uitgevoerd. (Gravity Probe B, een NASA-sonde) gelanceerd in 2004 zou later bevestig de berekeningen van Schiff .)
Wat me op dat moment interesseerde, was dat het een van de onbeproefde voorspellingen van Einsteins theorie bleef. Na de allereerste discussiebijeenkomst werd het me duidelijk dat, aangezien pulsars de mechanisch meest stabiele gyroscopen zijn, dit binaire pulsarsysteem de beste plaats was om het effect in de natuur te zien. Dus in de derde week van oktober 1974 maakte ik een voorlopige berekening van dit effect en toen ik ontdekte dat het enkele duizenden keren het effect was dat was voorspeld door het Stanford-experiment, liet ik het aan Dyson zien. Dyson was zeer bemoedigend en bracht het onmiddellijk onder de aandacht van de discussiegroep. Zijn Hari Dass hoed hier calculiert ... klinkt na 46 jaar nog steeds levendig! Dat een man met zoveel grote prestaties op zijn naam, zo gemakkelijk een jongere aanmoedigde, maakte diepe indruk op mij.
Hoewel hij erg bemoedigend was, vermaande hij me vriendelijk voor het gebruik van cirkelvormige banen en vroeg me om een meer realistische berekening te maken met behulp van elliptische banen. We begonnen te bespreken hoe dit effect in het binaire systeem kan worden waargenomen. In de eerste week van november zou ik over de weg van Duitsland naar India rijden door Oostenrijk, Joegoslavië, Bulgarije, Turkije, Iran en Afghanistan. Ik heb Dyson specifiek gevraagd hoe de radiotelescopen in India voor dit doel kunnen worden gebruikt. Het verbaasde me toen ik de details ontdekte van de Indiase radiotelescopen waarvan Dyson al op de hoogte was! Hij was van mening dat de Ooty-telescoop veel voordelen had ten opzichte van telescopen elders.
De binaire pulsar moest op een laag pitje worden gezet tot ik eind december Bangalore, India bereikte. Op aanbeveling van Ramanath Cowsik, de astrofysicus in wiens auto we de reis naar India maakten, ontmoette ik V. Radhakrishnan, de beroemde radioastronoom en de directeur van het Raman Research Institute in Bangalore. Ik liet hem mijn berekeningen zien en vertelde ook mijn gesprekken met Dyson over waarnemingen. Vervolgens hebben we in detail uitgewerkt hoe het effect kan worden waargenomen door de pulsbreedte en polarisatiezwaaien te bewaken.
Intussen werd ik me scherp bewust van een ernstige theoretische lacune in mijn berekeningen van het waarneembare effect; ze hadden de bestaande berekeningen gebruikt op basis van Einsteins GR, die alleen geldig waren wanneer de massa van de gyroscoop verwaarloosbaar was in vergelijking met die van het zwaartekrachtlichaam (aarde, in het geval van het Stanford-experiment). Maar in het geval van de binaire pulsar waren de twee componenten pulsars vergelijkbaar in massa. Mijn vertrouwen in het herwerken van het zwaartekracht-tweelichamenprobleem was wankel. Maar in die tijd kwam ik steeds meer onder de invloed van de bronnentheorie van Julian Schwinger. Toen ik in februari terugkeerde naar München, ontdekte ik tot mijn opluchting dat de astrofysici de kwestie nog niet hadden opgelost, en Dyson was er nog steeds! Ik heb mijn collega-deeltjesfysicus Ching-Fai Cho (ook van het Max Planck Instituut) ingewijd in een op bronnentheorie gebaseerde berekening, die we in minder dan twee maanden voltooiden. De Ehlers-groep was ook klaar met hun berekeningen, hoewel een maand of zo na ons, en de twee waren het ermee eens! We waren euforisch over het verslaan van algemeen-relativistische methoden in het spel, en we lieten ons meeslepen in ons manuscript. Opnieuw bespraken we ons werk met Dyson voortdurend. Toen we hem ons voltooide manuscript lieten zien, grapte hij dat we een waardevolle bijdrage hadden geleverd, maar dat een deel van het op de eigen trompet blazen kon worden afgeschaft!
Dysons kantoor was altijd open. Toen we hem ons manuscript gaven voor zijn commentaar en hem er een paar dagen later over gingen opzoeken, haalde hij een grote manilla-envelop tevoorschijn waarop een groot aantal namen was geschreven, waaronder de onze, waarvan sommige waren doorgestreept. Dit was zijn te lezen lijst met artikelen, geschreven door jonge, oude, gevestigde en beginnende wetenschappers … allemaal even serieus behandeld.
We ontmoetten elkaar bijna elke dag voor de lunch. Bij deze lunches werd veel gebrainstormd, waardoor de menselijke kant van Dyson nog beter naar voren kwam. Bij een bijzonder gedenkwaardige gelegenheid grapte hij dat naar zijn mening de oorsprong van talen een nog moeilijker probleem is dan de oorsprong van het leven. Enkele decennia later pieker ik daar nog steeds over.
Nu Freeman Dyson weg is, zal het rusteloze universum nog onrustiger zijn.