64 세의 Nathan Seiberg는 여전히 뉴저지 주 프린스턴에있는 그의 집 주변의 전기 작업과 심지어 배관을 많이합니다. 그가 이스라엘에서 자라는 아이로서 발전 한 관심사로, 차를 땜질하고 라디오를 만들었습니다.
"나는 문제를 해결하고 일이 어떻게 작동하는지 이해함으로써 항상 매료되었습니다."
Seiberg의 전문 경력은 문제 해결에 관한 것이었지만 라디오를 고정하는 것만 큼 간단한 것은 없습니다. 그는 고급 연구 연구소의 물리학 자이며, 길고 장식 된 경력을 쌓는 동안 양자 필드 이론의 개발에 많은 기여를했습니다.
.QFT는 가능한 모든 양자 필드 이론의 세트를 광범위하게 언급합니다. 이들은 기본 객체가 "필드"인 이론이며, 공간과 시간에 걸쳐 뻗어 있습니다. 전자 및 쿼크와 같은 기본 입자와 관련된 필드와 중력 및 전자기와 같은 기본력과 관련된 필드가 있습니다. 물리 역사에서 가장 성공적인 양자 필드 이론과 가장 성공적인 이론은 표준 모델입니다. 이 필드를 물리적 세계의 거의 모든 측면을 설명하는 단일 방정식으로 결합합니다.
1978 년 Weizmann Institute of Science에서 Seiberg가 대학원을 시작했을 때 QFT는 이미 물리학의 주요 관점으로 잘 확립되었습니다. 그것의 예측력은 의심의 여지가 없었지만, 그것이 어떻게 그리고 왜 그렇게 잘 작동했는지에 대한 많은 기본적인 질문이 남아있었습니다.
Seiberg는“우리가 이러한 기술을 가지고 있고 때로는 문제를 엄격하게 공식화하는 방법을 모른다는 사실에도 불구하고 우리가 이러한 기술을 가지고 있다는 것은 충격적입니다.”라고 Seiberg는 말했습니다.
Seiberg의 가장 중요한 작품의 대부분은 특정 양자 현장 이론이 자신이하는 방식으로 어떻게 작동하는지 놀리는 것과 관련이 있습니다. 1980 년대 후반에 그와 그레고리 무어 (Gregory Moore)는 적합성 필드 이론과 토폴로지 필드 이론이라는 양자 필드 이론의 유형에 대한 수학적 세부 사항을 해결했다. 얼마 지나지 않아 Edward Witten과의 공동 작업으로, 그는 3 차원 및 4 차원의 "초대칭"양자 필드 이론의 특징을 이해하는 데 중점을 두었습니다. 이것은 양성자 내부의 입자 인 쿼크가 어떻게 그곳에 제한되는지 설명하는 데 도움이되었습니다.
이 작업은 복잡하지만 세이버는 아동감에 대한 매력의 요소를 유지합니다. 한때 트랜지스터 라디오가 어떻게 소리를내는 방법을 이해하고 싶었던 것처럼, 물리학 자로서 그는 이제 이러한 양자 필드 이론이 어떻게 물리적 세계에 대한 놀라운 정확한 예측을 어떻게 작곡하는지 설명하고자합니다.
"당신은 무언가가 어떻게 작동하는지 알아 내고 그것을 사용하려고 노력하고 있습니다."
Seiberg의 연구는 또한 양자 현장 이론에 대한 연구를 순수한 수학에 더 가깝게 만드는 데 도움이되었습니다. 1994 년 Witten은 자신과 Seiberg가 구멍의 수와 같은 공간의 기본 특성을 정량화하기 위해 발견 한 물리적 현상을 사용하는 방법을 발견했습니다. 그들의“세이버에 든 불일한 불변”은 이제 수학의 필수 도구입니다. Seiberg는 물리학자가 모든 양자 필드 이론의 기본 특징을 실제로 이해하려면 양자 필드 이론과 수학이 계속 더 가깝게 성장해야한다고 생각합니다.
.Quanta Magazine Seiberg와 함께 물리와 수학이 어떻게 같은 동전의 양면, 오늘날 QFT가 불완전하게 이해되는 방법, 그리고이 분야의 교과서를 작성하려는 자신의 버려진 노력에 대해 이야기했습니다. 인터뷰는 명확성을 위해 압축되고 편집되었습니다.
수학과 물리학은 오랜 역사를 가지고 있습니다. 그들이 수세기에 걸쳐 서로에게 영향을 준 가장 중요한 방법은 무엇입니까?
고대 바빌로니아 사람들과 그리스인 시대부터 수학과 물리 사이에는 실제로 차이가 없었습니다. 그들은 비슷한 질문을 연구했습니다. 오늘날 우리가 수학과 물리학이라고 부르는 것 사이에는 많은 교차 수정이있었습니다. [Isaac] Newton은 훌륭한 예입니다. 그는 미적분학을 발명했을 때 물리학에 동기를 부여 받았다. 20 세기 동안 상황은 조금 더 복잡했습니다. 수학 또는 물리학 전문가.
물리학은 일반적으로 현실 및 실험과 관련된 매우 구체적인 질문과 매우 구체적인 퍼즐을 제공합니다. 또한 현실에 근거가 있습니다. 수학은 일반적으로 더 일반성, 더 강력한 방법, 더 엄격하고 정밀도를 제공합니다. 이 모든 요소가 필요합니다.
그들은 점점 더 분리 된 필드가 될 것이라고 생각하십니까?
그들이 하나의 필드로 시작하여 최근에 발산을 시작했지만 계속해서 서로 영향을 미쳤다는 것을 감안할 때, 앞으로 나는 그들 사이에 명확한 분리가 없을 정도로 서로 영향을 계속할 것이라고 생각합니다. 수학과 물리를 포함하는 깊고 지적 구조가 하나있을 것이라고 생각합니다.
왜 QFT와 일반적으로 물리학이 수학에 대한 도발적인 자극 이었습니까?
물리학 자와 수학자들은 다른 질문에 동기를 부여 받고 있다고 생각합니다. 그리고 다른 종류의 질문은 다른 통찰력으로 이어집니다. 물리학자가 몇 가지 아이디어를 생각해 낸 많은 사례가있었습니다. 대부분의 경우에는 엄격하지 않았으며 수학자들은 그들을보고“이것은 두 가지 다른 것들 사이의 평등입니다. 시도하고 증명합시다.” 따라서 물리학의 의견은 수학자들에게 또 다른 영향을 미칩니다. 이러한 관점에서 물리학은 추측을 생성하는 기계와 같습니다.
그리고 이러한 추측의 실적은 매우 놀랍습니다. 그래서 수학자들은 일반적으로 물리학을 복용하는 법을 배웠고 특히 양자 필드 이론을 매우 심각하게 배웠습니다. 그러나 아마도 그들에게 놀라운 것은 QFT를 여전히 엄격하게 만들 수 없다는 것입니다. 그들은 여전히 이러한 통찰력이 어디에서 왔는지 알 수 없습니다.
지금은 물리학 측에 초점을 맞추고 놀라운 실적을합시다. 가장 큰 승리는 무엇입니까?
QFT는 인류가 무엇이든 설명하기 위해 만든 가장 성공적인 이론입니다. 전례없는 정확도에 대한 실험과 완벽하게 동의하는 많은 [예측]이 있습니다. 우리는 이론과 실험 사이의 12 자리 순서의 정확도에 대해 이야기하고 있습니다. 그리고 이론과 일치하는 문자 그대로 수조와 수조 실험이 있습니다. 나는 역사적으로 양자 필드 이론만큼 성공적인 이론이 있다고 생각하지 않습니다. 그리고 그것은 뉴턴의 이론, [제임스 서기] 맥스웰의 전자기 이론, 물론 양자 역학과 앨버트 아인슈타인의 특별한 상대성 이론과 같은 이전의 모든 발견을 특별한 경우로 포함합니다. 이 모든 것들은이 하나의 일관된 지적 구조의 특별한 경우입니다. 놀랍고 멋진 업적입니다.
그러나 우리는 또한 QFT가 불완전하다고 생각합니다. 그 한계는 무엇입니까?
가장 큰 과제는 아인슈타인의 일반적인 상대성 이론과 합병하는 것입니다. 이 작업을 수행하는 방법이 많이 있습니다. 문자열 이론이 주요 이론입니다. 많은 진전이 있었지만 우리는 여전히 이야기가 끝나지 않습니다.
당신은 QFT를 아직 "성숙하지 않은"것으로 언급했습니다. 그게 무슨 뜻입니까?
과학 분야에서 선호하는 성숙도 테스트가 있습니다. 그것은 교과서와 주제를 가르치는 대학의 과정을 보는 것입니다. 성숙한 필드를 볼 때 대부분의 교과서는 다소 동일합니다. 그들은 동일한 논리적 아이디어를 따릅니다. 마찬가지로, 대부분의 과정은 다소 동일합니다. 미적분학을 배우면 먼저 하나의 주제, 다른 주제, 세 번째 주제를 배웁니다. 그것은 모든 기관에서 동일한 순서입니다. 나에게 이것은 성숙한 필드의 표시입니다.
QFT의 경우는 아닙니다. 다른 관점에서 다른 관점을 가진 여러 권의 책이 있으며, [아이디어는 다른 순서로 제시됩니다. 나에게 이것은 우리가 우리의 이해를 제시하는 최고의 간소화 된 버전을 찾지 못했다는 것을 의미합니다.
또한 QFT가 수학에 자체 자리가 없다는 것은 불완전한 신호라고 언급했습니다. 그게 무슨 뜻입니까?
우리는 아직 수학자들을 완벽하게 행복하게 만드는 엄격한 방식으로 QFT를 공식화 할 수 없습니다. 특별한 경우에는 우리는 할 수 있지만 일반적으로 우리는 할 수 없습니다. 물리학 (고전 물리학, 양자 역학)의 다른 모든 이론에서는 그러한 문제가 없습니다. 수학자들은 그것에 대한 엄격한 설명을 가지고 있습니다. 그들은 이론을 증명하고 깊은 진보를 할 수 있습니다. 양자 필드 이론에서는 아직 그렇지 않습니다.
나는 우리가 엄격함을 위해 엄격함을 찾지 않는다는 것을 강조해야합니다. 그것은 우리의 목표가 아닙니다. 그러나 나는 우리가 아직 그것에 대한 엄격한 설명을 가지고 있지 않다는 사실, 수학자들이 아직 편안하지 않다는 사실은 우리가하고있는 일을 아직 완전히 이해하지 못한다는 사실을 분명히 반영한 것이라고 생각합니다.
우리가 QFT에 대한 엄격한 설명을 가지고 있다면, 그것은 우리에게 이론의 구조에 대한 새롭고 깊은 통찰력을 줄 것입니다. 계산을 수행하기위한 새로운 도구를 제공하고 새로운 현상을 발견 할 것입니다.
우리는 이것을하는 것도 가깝습니까?
우리가 취하는 접근 방식이 어딘가에 붙어 있습니다. 엄격한 일에 가까워지는 한 가지 접근법은 우리가 공간을 포인트의 격자로 상상하는 것입니다. 그런 다음 포인트가 서로 다가 가면서 공간이 연속적이면 제한을 취합니다. 우리는 공간을 격자로 묘사하며, 우리가 격자에있는 한, 그것에 대해서는 불쾌한 것은 없습니다. 도전은 [격자의 지점 사이의 거리]가 작아지고 격자의 지점 수가 커짐에 따라 한계가 존재한다는 것을 증명하는 것입니다. 우리는이 한계가 존재한다고 가정하지만 증명할 수는 없습니다.
그러면 우리가 그렇게한다면, 양자 필드 이론에 대한 엄격한 이해가 실제로 그것을 일반적인 상대성과 통합 할 것인가? 즉, 양자 중력에 대한 오랜 이론을 제공 할 것인가?
모든 것을 포함하는 지적 구조가 하나 있다는 것은 분명합니다. 나는 양자 필드 이론이 물리학의 언어라고 생각합니다. 단순히 많은 다른 분야에서 많은 다른 현상의 언어처럼 보이기 때문입니다. 나는 그것이 양자 중력을 포함 할 것으로 기대합니다. 실제로, 특별한 상황에서, 양자 중력은 양자 필드 이론에 의해 설명됩니다.
그곳에 도착하는 데 한 세기 또는 2 세기, 심지어 3 세기가 걸릴 수 있습니다. 그러나 나는 개인적으로 그것이 그렇게 오래 걸릴 것이라고 생각하지 않습니다. 이것은 200-300 년 동안 과학이 끝날 것이라고 말하는 것은 아닙니다. 해결해야 할 흥미로운 질문이 여전히 많이있을 것입니다. 그러나 양자 필드 이론을 더 잘 이해하면 [발견]이 훨씬 더 빠를 것이라고 생각합니다.
QFT가 완전히 이해 된 후에 발견 될 수있는 것은 무엇입니까?
대부분의 물리학 자들은 자연에 대한보다 근본적인 설명을 찾으려고하지 않습니다. [대신 그들은 규칙을 감안할 때, 우리가 아는 것을 감안할 때, 알려진 현상을 설명하고 특별한 특성을 나타내는 새로운 재료와 같은 새로운 현상을 찾을 수 있습니까?” 나는 이것이 오랫동안 계속 될 것이라고 생각합니다. 자연은 매우 풍부하며 자연의 규칙을 완전히 이해하면이 규칙을 사용하여 새로운 현상을 예측할 수 있습니다. 이것은 자연의 기본 규칙을 찾는 것보다 흥미롭지 않습니다.
QFT 필드가 완전하지 않다는 것을 나타내는 것은 아직 정식 교과서가 없다는 것입니다. 나는 이것을 최근에 다른 물리학 자에게 언급했고, 그는 많은 사람들이 당신이 그것을 쓸 수 있기를 희망한다고 말했다.
.나는 실제로 시도했지만 멈췄다. 2000 년경, 나는 여름을 보냈고, 여름이 끝날 무렵 나는 많은 페이지를 썼고, 내가 쓴 것을 싫어했다는 것을 깨달았습니다.
솔직히 내 문제는 글을 쓰기 시작하는이 모든 방법이 있지만 선호하는 각도를 찾을 수 없다는 것입니다. 필드의 상태를 반영한 것 같아요, 아직 충분히 성숙하지 못한다는 신호입니다. 나에게 분명한 출발점이 없다는 사실은 우리가 아직 그것에 대해 생각할 궁극적 인 방법을 찾지 못했다는 신호입니다.
