"أذكى فيزيائي على قيد الحياة" هو عالم نظرية الأوتار

إدوارد ويتن فيزيائي رياضي ونظري أمريكي. يشغل حاليًا منصب أستاذ كرسي تشارلز سيموني في كلية العلوم الطبيعية بمعهد الدراسات المتقدمة. ويتن باحث في نظرية الأوتار، والجاذبية الكمية، ونظريات المجال الكمي الفائق التناظر، وغيرها من مجالات الفيزياء الرياضية. بالإضافة إلى مساهماته في الفيزياء، كان لعمل ويتن أثرٌ كبير على الرياضيات البحتة. في عام ١٩٩٠، أصبح أول فيزيائي ينال ميدالية فيلدز من الاتحاد الدولي للرياضيات، والتي مُنحت له لإثباته عام ١٩٨١ نظرية الطاقة الموجبة في النسبية العامة. ويُعتبر المؤسس العملي لنظرية إم.

الحياة المبكرة والتعليم

وُلد ويتن في ٢٦ أغسطس ١٩٥١ في بالتيمور، ماريلاند، لعائلة يهودية. وهو ابن لورين (ني وولاش ويتن) ولويس ويتن، وهو فيزيائي نظري متخصص في الجاذبية والنسبية العامة. التحق ويتن بمدرسة بارك في بالتيمور عام ١٩٦٨، وحصل على درجة البكالوريوس في الآداب بتخصص رئيسي في التاريخ وتخصص فرعي في اللغويات من جامعة برانديز عام ١٩٧١. كانت لديه طموحات في الصحافة والسياسة، ونشر مقالات في صحيفتي "ذا نيو ريبابليك" و"ذا نيشن" في أواخر الستينيات. في عام ١٩٧٢، عمل لمدة ستة أشهر في الحملة الرئاسية لجورج ماكغفرن. التحق ويتن بجامعة ويسكونسن-ماديسون لفصل دراسي واحد كطالب دراسات عليا في الاقتصاد قبل أن يترك الدراسة. عاد إلى المجال الأكاديمي، والتحق بقسم الرياضيات التطبيقية في جامعة برينستون عام ١٩٧٣، ثم تنقل بين أقسام أخرى وحصل على درجة الدكتوراه في الفيزياء عام ١٩٧٦، وأكمل أطروحته بعنوان "بعض المشاكل في تحليل المسافات القصيرة لنظريات القياس" تحت إشراف ديفيد غروس. حصل على زمالة في جامعة هارفارد بين عامي 1976 و1977، وزار جامعة أكسفورد بين عامي 1977 و1978، وكان زميلًا مبتدئًا في جمعية زملاء هارفارد بين عامي 1977 و1980، وحصل على زمالة من مؤسسة ماك آرثر عام 1982.

أعماله الحائزة على ميدالية فيلدز

حصل ويتن على ميدالية فيلدز من الاتحاد الدولي للرياضيات عام 1990، ليصبح أول فيزيائي يفوز بها. وكمثال على أعمال ويتن في الرياضيات البحتة، يستشهد عطية بتطبيقه لتقنيات من نظرية المجال الكمي على الموضوع الرياضي للطوبولوجيا منخفضة الأبعاد. في أواخر الثمانينيات، صاغ ويتن مصطلح "نظرية المجال الكمي الطوبولوجية" لنوع معين من النظريات الفيزيائية التي تُشفّر فيها القيم المتوقعة للكميات القابلة للرصد معلومات حول طوبولوجيا الزمكان. وعلى وجه الخصوص، أدرك ويتن أن نظرية فيزيائية تُسمى الآن نظرية تشيرن-سيمونز يمكن أن توفر إطارًا لفهم النظرية الرياضية للعقد والمتشعبات الثلاثية. على الرغم من أن عمل ويتن كان يعتمد على مفهوم غير محدد رياضيا لتكامل مسار فاينمان وبالتالي لم يكن صارمًا رياضيا، فقد تمكن علماء الرياضيات من تطوير أفكار ويتن بشكل منهجي، مما أدى إلى نظرية الثوابت ريشيتكين-تورايف.

نتيجة أخرى مُنح بسببها ويتن ميدالية فيلدز كانت إثباته عام ١٩٨١ لنظرية الطاقة الموجبة في النسبية العامة. تؤكد هذه النظرية أنه في ظل افتراضات مناسبة، تكون الطاقة الكلية لنظام جاذبي موجبة دائمًا ولا يمكن أن تكون صفرًا إلا إذا كانت هندسة الزمكان هي هندسة فضاء مينكوفسكي المسطح. تُثبت هذه النظرية أن فضاء مينكوفسكي هو حالة أرضية مستقرة لحقل الجاذبية. في حين أن الدليل الأصلي لهذه النتيجة الذي قدمه ريتشارد شون وشينج تونج ياو استخدم أساليب التباين، استخدم دليل ويتن أفكارًا من نظرية الجاذبية الفائقة لتبسيط الحجة. المجال الثالث المذكور في خطاب عطية هو عمل ويتن الذي يربط التناظر الفائق ونظرية مورس، وهي فرع من الرياضيات يدرس طوبولوجيا المتشعبات باستخدام مفهوم الدالة القابلة للاشتقاق. قدم عمل ويتن دليلاً ماديًا على نتيجة كلاسيكية، وهي متباينات مورس، من خلال تفسير النظرية من حيث ميكانيكا الكم الفائقة التناظر.

نظرية-إم

بحلول منتصف تسعينيات القرن الماضي، طوّر الفيزيائيون العاملون على نظرية الأوتار خمس نسخ متسقة مختلفة منها. تُعرف هذه النسخ بالنوع الأول، والنوع الثاني أ، والنوع الثاني ب، بالإضافة إلى نوعي نظرية الأوتار المتغايرة SO32وE8×E8. كان الاعتقاد السائد هو أنه من بين هذه النظريات الخمس المرشحة، كانت واحدة فقط هي النظرية الصحيحة لكل شيء، وهي النظرية التي يطابق حد طاقتها المنخفضة الفيزياء المرصودة في عالمنا اليوم. في حديثه في مؤتمر نظرية الأوتار بجامعة جنوب كاليفورنيا عام ١٩٩٥، طرح ويتن اقتراحًا مفاجئًا مفاده أن نظريات الأوتار الخمس هذه ليست في الواقع نظريات منفصلة،

بل حدودًا مختلفة لنظرية واحدة أطلق عليها اسم "نظرية إم". استند اقتراح ويتن إلى ملاحظة أن نظريات الأوتار الخمس يمكن ربطها ببعضها البعض من خلال قواعد معينة تُسمى الثنائيات، ويتم تحديدها من خلال هذه الثنائيات. أدى إعلان ويتن إلى موجة من العمل تُعرف الآن باسم ثورة الأوتار الفائقة الثانية.

أعمال أخرى

من بين مساهماته الأخرى في الفيزياء، مساهمة في نتيجة ثنائية القياس/الجاذبية. في عام ١٩٩٧، صاغ خوان مالداسينا نتيجة تُعرف باسم مطابقة AdS/CFT، والتي تُثبت علاقة بين بعض نظريات المجال الكمومي ونظريات الجاذبية الكمومية. وقد هيمن اكتشاف مالداسينا على الفيزياء النظرية عالية الطاقة على مدار الخمسة عشر عامًا الماضية نظرًا لتطبيقاته على المشكلات النظرية في الجاذبية الكمومية ونظرية المجال الكمومي. ألقى العمل التأسيسي لـ ويتن، الذي تلا نتيجة مالداسينا، الضوء على هذه العلاقة. بالتعاون مع ناثان سيبرغ، توصل ويتن إلى عدة نتائج فعّالة في نظريات المجال الكمومي. في ورقتهما البحثية حول نظرية الأوتار والهندسة اللاتبادلية، درس سيبرغ وويتن بعض نظريات المجال الكمومي اللاتبادلية التي تنشأ كحدود لنظرية الأوتار. وفي ورقة بحثية أخرى شهيرة، درسا جوانب من نظرية القياس الفائق التناظر. وقد أدت هذه الورقة البحثية، إلى جانب عمل ويتن السابق حول نظرية المجال الكمومي الطوبولوجي، إلى تطورات في طوبولوجيا المتشعبات الرباعية الملساء، ولا سيما مفهوم ثوابت سيبرغ-ويتن. بشكل عام، أنجز ويتن أعمالًا مؤثرة وعميقة في جوانب عديدة من نظريات المجال الكمومي والفيزياء الرياضية، بما في ذلك فيزياء ورياضيات الشذوذ، وقابلية التكامل، والثنائيات، والتموضع، والتماثلات، وغيرها. وقد أثّرت نتائجه تأثيرًا عميقًا في مجالات عديدة من الفيزياء النظرية، غالبًا ما تجاوزت السياق الأصلي لنتائجه، بما في ذلك نظرية الأوتار، والجاذبية الكمومية، والمادة المكثفة الطوبولوجية.