Edward Witten

나는 실제로 대부분 정치적으로 완전한 불가지론자입니다.

Edward Witten는 미국의 수리물리학자이자 이론물리학자입니다. 현재 고등연구소의 자연과학 학부에서 Charles Simonyi 교수로 재직 중입니다. Witten는 끈 이론, 양자 중력, 초대칭 양자장 이론 및 수리물리학의 다른 분야를 연구하고 있습니다. 물리학에 대한 기여 외에도 Witten의 업적은 순수 수학에 상당한 영향을 미쳤습니다. 1990년에 그는 국제수학연맹으로부터 필즈상을 받은 최초의 물리학자가 되었으며, 이는 일반상대성이론의 양의 에너지 정리에 대한 1981년 증명으로 수상했습니다. 그는 M-이론의 실질적인 창시자로 간주됩니다.

초기 생활 및 교육

Witten는 1951년 8월 26일 메릴랜드주 Baltimore에서 유대인 가정에 태어났습니다. 그는 Lorraine née Wollach Witten과 중력 및 일반상대성이론을 전문으로 하는 이론물리학자 Louis Witten의 아들입니다.

Witten는 Park School of Baltimore 1968년 졸업반에 다녔으며, 1971년 Brandeis University에서 역사 전공과 언어학 부전공으로 학사 학위를 받았습니다.

그는 저널리즘과 정치에 대한 열망을 가지고 있었으며 1960년대 후반 The New Republic과 The Nation에 기사를 발표했습니다. 1972년에는 George McGovern의 대선 캠프에서 6개월간 일했습니다.

Witten는 1973년 Wisconsin–Madison 대학교에 경제학 대학원생으로 한 학기 동안 다녔다가 자퇴했습니다. 그는 학문으로 돌아와 1973년 Princeton University의 응용수학에 등록한 후 학과를 변경하여 1976년 물리학 박사 학위를 받았으며, David Gross의 지도 아래 "게이지 이론의 단거리 분석의 몇 가지 문제(Some problems in the short distance analysis of gauge theories)"라는 제목의 논문을 작성했습니다. 그는 1976–77년 Harvard University의 펠로우십을 보유했으며, 1977–78년 Oxford University를 방문했고, 1977–1980년 Harvard Society of Fellows의 주니어 펠로우였으며, 1982년 MacArthur Foundation 펠로우십을 보유했습니다.

연구

필즈상 관련 업적

Witten는 1990년 국제수학연맹으로부터 필즈상을 수상하여 상을 받은 최초의 물리학자가 되었습니다.

ICM에 대한 서면 연설에서 Michael Atiyah는 Witten에 대해 다음과 같이 말했습니다:

그는 확실히 물리학자입니다(그의 발표 목록에서 명확히 드러나므로) 그러나 그의 수학에 대한 이해는 소수의 수학자에게만 필적합니다. 또한 물리적 개념을 수학적 형태로 해석하는 그의 능력은 매우 독특합니다. 수차례 그는 물리적 직관의 뛰어난 응용으로 새롭고 깊은 수학 정리를 이끌어내며 수학 커뮤니티를 놀라게 했습니다... 그는 현대 수학에 깊은 영향을 미쳤습니다. 그의 손에서 물리학은 다시 한 번 수학에 풍부한 영감과 통찰력의 원천을 제공하고 있습니다.

Witten의 순수 수학 업적의 예로서, Atiyah는 양자장 이론의 기법을 저차원 위상수학의 수학적 대상에 적용한 것을 인용합니다. 1980년대 후반에 Witten는 위상 양자장 이론이라는 용어를 만들었으며, 이는 관측량의 기댓값이 시공간의 위상에 대한 정보를 인코딩하는 특정 유형의 물리 이론입니다. 특히 Witten는 현재 Chern–Simons 이론이라고 불리는 물리 이론이 매듭과 3-다양체의 수학 이론을 이해하기 위한 틀을 제공할 수 있음을 깨달았습니다. Witten의 업적이 수학적으로 잘 정의되지 않은 Feynman 경로적분의 개념을 기반으로 했으므로 수학적으로 엄밀하지 않았지만, 수학자들은 Witten의 아이디어를 체계적으로 발전시킬 수 있었으며, Reshetikhin–Turaev 불변량 이론으로 이어졌습니다.

Witten이 필즈상을 받은 또 다른 결과는 1981년 일반상대성이론의 양의 에너지 정리 증명입니다. 이 정리는 적절한 가정 하에서 중력 시스템의 총 에너지는 항상 양수이며 시공간의 기하학이 평탄한 Minkowski 공간의 기하학인 경우에만 0이 될 수 있다고 주장합니다. 이는 Minkowski 공간을 중력장의 안정적인 기저 상태로 확립합니다. Richard Schoen과 Shing-Tung Yau의 이 결과에 대한 원래 증명이 변분법을 사용한 반면, Witten의 증명은 초중력 이론의 개념을 사용하여 논증을 단순화했습니다.

Atiyah의 연설에서 언급된 세 번째 분야는 초대칭과 Morse 이론의 관계에 대한 Witten의 업적입니다. Morse 이론은 미분 함수의 개념을 사용하여 다양체의 위상을 연구하는 수학의 한 분야입니다. Witten의 업적은 초대칭 양자역학의 관점에서 이론을 해석함으로써 고전적 결과인 Morse 부등식의 물리적 증명을 제공했습니다.

M-이론

1990년대 중반까지 끈 이론을 연구하는 물리학자들은 이론의 5가지 다른 일관된 버전을 개발했습니다. 이러한 버전들은 type I, type IIA, type IIB 및 heterotic 끈 이론의 두 가지 유형인 SO32와 E8×E8로 알려져 있습니다. 이 5가지 후보 이론 중 하나만이 실제로 올바른 모든 것의 이론이며, 그 이론은 저에너지 극한이 오늘날 우리 세계에서 관찰된 물리학과 일치하는 이론이라는 생각이었습니다.

1995년 University of Southern California에서 열린 끈 이론 회의에서 Witten은 이 5가지 끈 이론이 실제로는 별개의 이론이 아니라 그가 M-이론이라고 부른 하나의 단일 이론의 다른 극한이라는 놀라운 제안을 했습니다. Witten의 제안은 5가지 끈 이론이 쌍대성이라고 불리는 특정 규칙으로 서로 매핑될 수 있고 이러한 쌍대성으로 식별된다는 관찰을 기반으로 했습니다. Witten의 발표는 현재 제2차 초끈 혁명이라고 알려진 작업의 폭발적인 증가로 이어졌습니다.

기타 업적

물리학에 대한 그의 또 다른 기여는 게이지/중력 쌍대성의 결과에 관한 것입니다. 1997년 Juan Maldacena는 특정 양자장 이론과 양자 중력 이론 사이의 관계를 확립하는 AdS/CFT 대응으로 알려진 결과를 공식화했습니다. Maldacena의 발견은 양자 중력과 양자장 이론의 이론적 문제에 대한 응용으로 인해 지난 15년 동안 고에너지 이론물리학을 지배해왔습니다. Maldacena의 결과를 따르는 Witten의 기초적인 업적은 이 관계에 대한 빛을 비추었습니다.

Nathan Seiberg와의 협력으로 Witten은 양자장 이론에서 여러 강력한 결과를 확립했습니다. 끈 이론과 비가환 기하학에 관한 논문에서 Seiberg와 Witten는 끈 이론의 극한으로 발생하는 특정 비가환 양자장 이론을 연구했습니다. 또 다른 잘 알려진 논문에서 그들은 초대칭 게이지 이론의 여러 측면을 연구했습니다. 후자의 논문은 위상 양자장 이론에 대한 Witten의 초기 업적과 결합되어 매끄러운 4-다양체의 위상 발전, 특히 Seiberg–Witten 불변량의 개념으로 이어졌습니다.

Anton Kapustin과 함께 그는 게이지 이론의 S-쌍대성과 기하학적 Langlands 대응 사이의 깊은 수학적 연결을 이루었습니다. Seiberg와의 부분적인 협력을 포함하여, 그의 최근 관심사 중 하나는 응축 물질의 위상 단계에 대한 장 이론적 설명의 측면과 장 이론의 비초대칭 쌍대성을 포함하며, 이는 다른 것들 중에서도 응축 물질 이론에서 높은 관련성을 가집니다. 응축 물질과 양자 혼돈의 SYK 모델의 일반화로부터 그는 최근 Gurau의 텐서 모델을 홀로그래픽 및 양자 중력 이론의 관련성으로 가져왔습니다.

일반적으로 Witten는 이상, 적분성, 쌍대성, 국소화, 상동성 등을 포함한 양자장 이론과 수리물리학의 많은 측면에서 영향력 있고 통찰력 있는 업적을 이루었습니다. 그의 많은 결과들은 끈 이론, 양자 중력, 위상 응축 물질을 포함하여 종종 원래 맥락을 훨씬 넘어서 이론물리학의 많은 분야에 깊은 영향을 미쳤습니다.

수상 및 영예

Witten는 MacArthur Grant 1982, 필즈상 1990, American Academy of Achievement의 Golden Plate Award 1997, Nemmers Prize in Mathematics 2000, National Medal of Science 2002, Pythagoras Award 2005, Henri Poincaré Prize 2006, Crafoord Prize 2008, Lorentz Medal 2010, Isaac Newton Medal 2010 및 Fundamental Physics Prize 2012를 포함한 수많은 상으로 영예를 받았습니다. 1999년 이후 그는 Royal Society London의 외국인 회원이었으며, 2016년 3월 Royal Society of Edinburgh의 명예 펠로우로 선출되었습니다. Pope Benedict XVI는 2006년 Witten을 Pontifical Academy of Sciences의 회원으로 임명했습니다. 그는 또한 2004년 TIME 매거진의 가장 영향력 있는 100명의 인물 목록에 나타났습니다. 2012년에 그는 American Mathematical Society의 펠로우가 되었습니다. Witten는 1984년 American Academy of Arts and Sciences의 회원으로 선출되었으며 1988년 National Academy of Sciences의 회원으로 선출되었습니다.

1990년 우주론 학회의 비공식 설문조사에서 Witten는 "가장 똑똑한 살아있는 물리학자"로서 가장 많은 언급을 받았습니다.

개인 생활

Witten는 1979년부터 Princeton University의 물리학 교수인 Chiara Nappi와 결혼했습니다. 그들은 2명의 딸과 1명의 아들을 두고 있습니다. 그들의 딸 Ilana B. Witten은 Princeton University의 신경과학자이며, 딸 Daniela Witten은 University of Washington의 생물통계학자입니다.

Witten는 Americans for Peace Now의 이사회에 그리고 J Street의 자문위원회에 앉아 있습니다. 그는 2국가 해결책을 지지하며 1967년 국경을 넘어선 이스라엘 기관과 경제 활동에 대한 불매운동을 옹호하고 있으나, 이스라엘 자체에 대한 불매운동은 하지 않습니다.

선별된 출판물

• Some Problems in the Short Distance Analysis of Gauge Theories. Princeton University, 1976. Dissertation.
• Roman Jackiw, David Gross, Sam B. Treiman, Edward Witten, Bruno Zumino. Current Algebra and Anomalies: A Set of Lecture Notes and Papers. World Scientific, 1985.
• Green, M., John H. Schwarz, and E. Witten. Superstring Theory. Vol. 1, Introduction. Cambridge Monographs on Mathematical Physics. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 1988. ISBN 9780521357524.
• Green, M., John H. Schwarz, and E. Witten. Superstring Theory. Vol. 2, Loop Amplitudes, Anomalies and Phenomenology. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 1988. ISBN 9780521357531.
• Quantum fields and strings: a course for mathematicians. Vols. 1, 2. Material from the Special Year on Quantum Field Theory held at the Institute for Advanced Study, Princeton, NJ, 1996–1997. Edited by Pierre Deligne, Pavel Etingof, Daniel S. Freed, Lisa C. Jeffrey, David Kazhdan, John W. Morgan, David R. Morrison and Edward Witten. American Mathematical Society, Providence, RI; Institute for Advanced Study IAS, Princeton, NJ, 1999. Vol. 1: xxii+723 pp.; Vol. 2: pp. i–xxiv and 727–1501. ISBN 0-8218-1198-3, 81–06 81T30 81Txx.