Eugene Wigner

Eugene Paul "E. P." Wigner (em húngaro: Wigner Jenő Pál, pronuncia-se [ˈviɡnɛr ˈjɛnøː ˈpaːl]; 17 de novembro de 1902 - 1 de janeiro de 1995) foi um físico teórico húngaro-americano que também contribuiu para a física matemática. Ele recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1963 "por suas contribuições à teoria do núcleo atômico e das partículas elementares, particularmente através da descoberta e aplicação dos princípios fundamentais de simetria".

Graduado pela Universidade Técnica de Berlim, Wigner trabalhou como assistente de Karl Weissenberg e Richard Becker no Instituto Kaiser Wilhelm em Berlim, e de David Hilbert na Universidade de Göttingen. Wigner e Hermann Weyl foram responsáveis por introduzir a teoria dos grupos na física, particularmente a teoria da simetria na física. Ao longo do caminho, ele realizou um trabalho inovador em matemática pura, no qual escreveu uma série de teoremas matemáticos. Em particular, o teorema de Wigner é uma pedra angular na formulação matemática da mecânica quântica. Ele também é conhecido por sua pesquisa sobre a estrutura do núcleo atômico. Em 1930, a Universidade de Princeton recrutou Wigner, junto com John von Neumann, e ele se mudou para os Estados Unidos, onde obteve a cidadania em 1937.

Wigner participou de uma reunião com Leo Szilard e Albert Einstein que resultou na carta Einstein-Szilard, que levou o presidente Franklin D. Roosevelt a iniciar o Projeto Manhattan para desenvolver bombas atômicas. Wigner temia que o projeto alemão de armas nucleares desenvolvesse primeiro uma bomba atômica. Durante o Projeto Manhattan, ele liderou uma equipe cuja tarefa era projetar reatores nucleares para converter urânio em plutônio para armas. Na época, os reatores existiam apenas no papel e nenhum reator havia se tornado crítico. Wigner ficou desapontado com o fato de a DuPont ter recebido a responsabilidade pelo projeto detalhado dos reatores, não apenas por sua construção. Ele se tornou Diretor de Pesquisa e Desenvolvimento no Clinton Laboratory (agora Oak Ridge National Laboratory) no início de 1946, mas ficou frustrado com a interferência burocrática da Comissão de Energia Atômica e voltou para Princeton.

No período pós-guerra, ele atuou em vários órgãos governamentais, incluindo o National Bureau of Standards de 1947 a 1951, o painel de matemática do National Research Council de 1951 a 1954, o painel de física da National Science Foundation, e o influente Comitê Consultivo Geral da Comissão de Energia Atômica de 1952 a 1957 e novamente de 1959 a 1964. Mais tarde na vida, ele se tornou mais filosófico e publicou The Unreasonable Effectiveness of Mathematics in the Natural Sciences, seu trabalho mais conhecido fora da matemática técnica e da física.

Infância

Werner Heisenberg e Eugene Wigner (1928)

Wigner Jenő Pál nasceu em Budapeste, Áustria-Hungria, em 17 de novembro de 1902, filho de pais judeus de classe média, Elisabeth Elsa Einhorn e Antal Anton Wigner, um curtidor de couro. Ele tinha uma irmã mais velha, Berta, conhecida como Biri, e uma irmã mais nova, Margit, conhecida como Manci, que mais tarde se casou com o físico teórico britânico Paul Dirac. Ele foi educado em casa por um professor profissional até os 9 anos de idade, quando começou a estudar na terceira série. Durante este período, Wigner desenvolveu um interesse por problemas matemáticos. Aos 11 anos, Wigner contraiu o que seus médicos acreditavam ser tuberculose. Seus pais o enviaram para viver por seis semanas em um sanatório nas montanhas austríacas, antes que os médicos concluíssem que o diagnóstico estava errado.

A família de Wigner era judia, mas não religiosa, e seu Bar Mitzvah era secular. De 1915 a 1919, ele estudou na escola secundária chamada Fasori Evangélikus Gimnázium, a escola que seu pai frequentou. A educação religiosa era obrigatória e ele frequentava aulas de judaísmo ministradas por um rabino. Um colega era János von Neumann, que estava um ano atrás de Wigner. Ambos se beneficiaram da instrução do notável professor de matemática László Rátz. Em 1919, para escapar do regime comunista de Béla Kun, a família Wigner fugiu brevemente para a Áustria, retornando à Hungria após a queda de Kun. Em parte como reação à proeminência dos judeus no regime de Kun, a família se converteu ao luteranismo. Wigner explicou mais tarde em sua vida que a decisão de sua família de se converter ao luteranismo "não foi, no fundo, uma decisão religiosa, mas anticomunista". Em relação à religião, Wigner era ateu.

Depois de se formar na escola secundária em 1920, Wigner matriculou-se na Universidade de Ciências Técnicas de Budapeste, conhecida como Műegyetem. Ele não gostou dos cursos oferecidos e, em 1921, matriculou-se na Technische Hochschule Berlin (atual Universidade Técnica de Berlim), onde estudou engenharia química. Ele também participou dos colóquios da tarde de quarta-feira da German Physical Society. Esses colóquios apresentaram pesquisadores importantes, incluindo Max Planck, Max von Laue, Rudolf Ladenburg, Werner Heisenberg, Walther Nernst, Wolfgang Pauli e Albert Einstein. Wigner também conheceu o físico Leó Szilárd, que imediatamente se tornou o amigo mais próximo de Wigner. Uma terceira experiência em Berlim foi formativa. Wigner trabalhou no Kaiser Wilhelm Institute for Physical Chemistry and Electrochemistry (atual Fritz Haber Institute), e lá conheceu Michael Polanyi, que se tornou, depois de László Rátz, o maior professor de Wigner. Polanyi orientou a tese DSc de Wigner, Bildung und Zerfall von Molekülen ("Formation and Decay of Molecules").

Anos intermediários

Wigner voltou para Budapeste, onde foi trabalhar no curtume de seu pai, mas em 1926 aceitou uma oferta de Karl Weissenberg no Kaiser Wilhelm Institute em Berlim. Weissenberg queria alguém para ajudá-lo em seu trabalho de cristalografia de raios X, e Polanyi havia recomendado Wigner. Após seis meses como assistente de Weissenberg, Wigner foi trabalhar para Richard Becker por dois semestres. Wigner explorou a mecânica quântica, estudando o trabalho de Erwin Schrödinger. Ele também mergulhou na teoria de grupo de Ferdinand Frobenius e Eduard Ritter von Weber.

Wigner recebeu um pedido de Arnold Sommerfeld para trabalhar na Universidade de Göttingen como assistente do grande matemático David Hilbert. Isso foi uma decepção, pois as habilidades do velho Hilbert estavam falhando e seus interesses mudaram para a lógica. Wigner, no entanto, estudou de forma independente. Ele lançou as bases para a teoria das simetrias na mecânica quântica e em 1927 introduziu o que hoje é conhecido como Wigner D-matrix. Wigner e Hermann Weyl foram responsáveis por introduzir a teoria dos grupos na mecânica quântica. Este último havia escrito um texto padrão, Group Theory and Quantum Mechanics (1928), mas não era fácil de entender, especialmente para os físicos mais jovens. A Teoria de Grupos de Wigner e sua Aplicação à Mecânica Quântica de Espectros Atômicos (1931) tornou a teoria de grupos acessível a um público mais amplo.

Diagrama Jucys para o símbolo Wigner 6-j. O sinal mais nos nós indica uma leitura anti-horário de suas linhas circundantes. Devido às suas simetrias, há muitas formas de desenhar o diagrama. Uma configuração equivalente pode ser criada tomando sua imagem de espelho e, portanto, mudando as vantagens para minuses.

Nesses trabalhos, Wigner lançou as bases para a teoria das simetrias na mecânica quântica. O teorema de Wigner, provado por Wigner em 1931, é a pedra angular da formulação matemática da mecânica quântica. O teorema especifica como as simetrias físicas, como rotações, translações e simetria CPT, são representadas no espaço de estados de Hilbert. Segundo o teorema, qualquer transformação de simetria é representada por uma transformação linear e unitária ou antilinear e antiunitária do espaço de Hilbert. A representação de um grupo de simetria em um espaço de Hilbert é uma representação ordinária ou uma representação projetiva.

No final da década de 1930, Wigner estendeu sua pesquisa aos núcleos atômicos. Em 1929, seus trabalhos estavam chamando atenção no mundo da física. Em 1930, a Universidade de Princeton recrutou Wigner para um cargo de professor de um ano, com 7 vezes o salário que recebia na Europa. Princeton recrutou von Neumann ao mesmo tempo. Jenő Pál Wigner e János von Neumann colaboraram em três artigos juntos em 1928 e dois em 1929. Eles anglicizaram seus primeiros nomes para "Eugene" e "João", respectivamente. Quando o ano terminou, Princeton ofereceu um contrato de cinco anos como professor visitante pela metade do ano. A Technische Hochschule respondeu com uma atribuição de ensino para a outra metade do ano. Isso foi muito oportuno, já que os nazistas logo subiram ao poder na Alemanha. Em Princeton em 1934, Wigner apresentou sua irmã Margit "Manci" Wigner ao físico Paul Dirac, com quem se casou novamente.

Princeton não recontratou Wigner quando seu contrato expirou em 1936. Através de Gregory Breit, Wigner encontrou um novo emprego na Universidade de Wisconsin. Lá, ele conheceu sua primeira esposa, Amelia Frank, que era estudante de física lá. No entanto, ela morreu inesperadamente em 1937, deixando Wigner perturbado. Ele, portanto, aceitou uma oferta de 1938 de Princeton para voltar para lá. Wigner naturalizou-se cidadão dos Estados Unidos em 8 de janeiro de 1937 e trouxe seus pais para os Estados Unidos.

Projeto Manhattan

Wigner recebeu a Medalha de Mérito por seu trabalho no Projeto Manhattan de Robert P. Patterson (à esquerda), 5 de março de 1946

Embora fosse um amador político declarado, em 2 de agosto de 1939, ele participou de uma reunião com Leó Szilárd e Albert Einstein que resultou na carta Einstein-Szilárd, que levou o presidente Franklin D. Roosevelt a iniciar o Projeto Manhattan para desenvolver bombas atômicas. Wigner temia que o projeto de armas nucleares alemãs desenvolvesse primeiro uma bomba atômica e até se recusou a tirar suas impressões digitais porque poderiam ser usadas para rastreá-lo se a Alemanha vencesse. "Pensamentos de ser assassinado" ele lembrou mais tarde, "concentre sua mente maravilhosamente."

Em 4 de junho de 1941, Wigner se casou com sua segunda esposa, Mary Annette Wheeler, professora de física no Vassar College, que havia concluído seu doutorado. na Yale University em 1932. Após a guerra, ela ensinou física no corpo docente da Rutgers University's Douglass College em Nova Jersey até sua aposentadoria em 1964. Eles permaneceram casados até sua morte em novembro de 1977. Eles tiveram dois filhos, David Wigner e Martha Wigner Upton.

Durante o Projeto Manhattan, Wigner liderou uma equipe que incluía J. Ernest Wilkins Jr., Alvin M. Weinberg, Katharine Way, Gale Young e Edward Creutz. A tarefa do grupo era projetar os reatores nucleares de produção que converteriam o urânio em plutônio para armas. Na época, os reatores existiam apenas no papel e nenhum reator havia se tornado crítico. Em julho de 1942, Wigner escolheu um projeto conservador de 100 MW, com um moderador de nêutrons de grafite e resfriamento a água. Wigner estava presente em uma quadra de raquetes convertida sob as arquibancadas no Stagg Field abandonado da Universidade de Chicago em 2 de dezembro de 1942, quando o primeiro reator atômico do mundo, Chicago Pile One (CP-1) atingiu um reação nuclear em cadeia controlada.

O fiasco Chianti comprado por Wigner para ajudar a celebrar a primeira reação em cadeia auto-sustentável e controlada. Foi assinado pelos participantes.

Wigner ficou desapontado com o fato de a DuPont ter recebido a responsabilidade pelo projeto detalhado dos reatores, não apenas por sua construção. Ele ameaçou renunciar em fevereiro de 1943, mas foi dissuadido pelo chefe do Laboratório Metalúrgico, Arthur Compton, que o mandou de férias. Como se viu, uma decisão de projeto da DuPont de dar ao reator tubos de carga adicionais para mais urânio salvou o projeto quando o envenenamento por nêutrons se tornou um problema. Sem os tubos adicionais, o reator poderia ter funcionado com 35% de potência até que as impurezas de boro no grafite fossem queimadas e plutônio suficiente produzido para operar o reator com potência total; mas isso teria atrasado o projeto em um ano. Durante a década de 1950, ele chegou a trabalhar para a DuPont no Savannah River Site. Wigner não se arrependia de ter trabalhado no Projeto Manhattan e às vezes desejava que a bomba atômica estivesse pronta um ano antes.

Uma descoberta importante que Wigner fez durante o projeto foi o efeito Wigner. Este é um inchaço do moderador de grafite causado pelo deslocamento de átomos pela radiação de nêutrons. O efeito Wigner foi um problema sério para os reatores em Hanford Site no período imediato do pós-guerra e resultou em cortes de produção e no fechamento total de um reator. Eventualmente, descobriu-se que poderia ser superado por aquecimento e recozimento controlados.

Através do financiamento do projeto Manhattan, Wigner e Leonard Eisenbud também desenvolveram uma importante abordagem geral para reações nucleares, a teoria da matriz R de Wigner-Eisenbud, que foi publicada em 1947.

Anos posteriores

Wigner aceitou o cargo de Diretor de Pesquisa e Desenvolvimento no Clinton Laboratory (agora Oak Ridge National Laboratory) em Oak Ridge, Tennessee, no início de 1946. Como não queria se envolver em funções administrativas, tornou-se co -diretor do laboratório, com James Lum cuidando das tarefas administrativas como diretor executivo. Quando a recém-criada Comissão de Energia Atômica (AEC) assumiu o comando das operações do laboratório no início de 1947, Wigner temia que muitas das decisões técnicas fossem tomadas em Washington. Ele também viu a continuação das políticas de segurança do tempo de guerra do Exército no laboratório como um "descuido intrometido", interferindo na pesquisa. Um desses incidentes ocorreu em março de 1947, quando o AEC descobriu que os cientistas de Wigner estavam conduzindo experimentos com uma massa crítica de urânio-235 quando o diretor do Projeto Manhattan, major-general Leslie R. Groves, Jr., havia proibido tais experimentos em agosto de 1946 após a morte de Louis Slotin no Laboratório de Los Alamos. Wigner argumentou que a ordem de Groves havia sido substituída, mas foi forçado a encerrar os experimentos, que eram completamente diferentes daquele que matou Slotin.

Sentindo-se inadequado para uma função gerencial em tal ambiente, ele deixou Oak Ridge em 1947 e voltou para a Universidade de Princeton, embora tenha mantido uma função de consultor na instituição por muitos anos. No período pós-guerra, ele atuou em vários órgãos governamentais, incluindo o National Bureau of Standards de 1947 a 1951, o painel de matemática do National Research Council de 1951 a 1954, o painel de física da National Science Foundation e o influente Comitê Consultivo Geral da Comissão de Energia Atômica de 1952 a 1957 e novamente de 1959 a 1964. Ele também contribuiu para a defesa civil.

Perto do fim de sua vida, os pensamentos de Wigner se tornaram mais filosóficos. Em 1960, ele publicou um artigo agora clássico sobre a filosofia da matemática e da física, que se tornou seu trabalho mais conhecido fora da matemática técnica e da física, "A eficácia irracional da matemática nas ciências naturais". Ele argumentou que a biologia e a cognição poderiam ser a origem dos conceitos físicos, como nós, humanos, os percebemos, e que a feliz coincidência de que a matemática e a física eram tão bem combinadas parecia ser "irracional" e difícil de explicar. Seu artigo original provocou e inspirou muitas respostas em uma ampla gama de disciplinas. Estes incluíram Richard Hamming em Ciência da Computação, Arthur Lesk em Biologia Molecular, Peter Norvig em mineração de dados, Max Tegmark em Física, Ivor Grattan-Guinness em Matemática e Vela Velupillai em Economia.

Voltando-se para questões filosóficas sobre a teoria da mecânica quântica, Wigner desenvolveu um experimento mental (mais tarde chamado de paradoxo do amigo de Wigner) para ilustrar sua crença de que a consciência é fundamental para o processo de medição da mecânica quântica. Assim, ele seguiu uma abordagem ontológica que coloca a consciência humana no centro: "Tudo o que a mecânica quântica pretende fornecer são conexões de probabilidade entre impressões subsequentes (também chamadas de 'apercepções') da consciência& #34;.

As medições são entendidas como as interações que criam as impressões em nossa consciência (e como resultado modificam a função de onda do sistema físico "medido"), uma ideia que tem sido chamada de " consciência causa colapso" interpretação.

Curiosamente, Hugh Everett III (um aluno de Wigner) discutiu o experimento de pensamento de Wigner na parte introdutória de sua dissertação de 1957 como um drama "divertido, mas extremamente hipotético' 34;. Em um rascunho inicial do trabalho de Everett, também se encontra um desenho da situação do amigo de Wigner, que deve ser visto como a primeira evidência no papel do experimento mental que mais tarde foi atribuído a Wigner.;s. Isso sugere que Everett deve pelo menos ter discutido o problema junto com Wigner.

Em novembro de 1963, Wigner pediu a alocação de 10% do orçamento da defesa nacional para gastos em abrigos nucleares e recursos de sobrevivência, argumentando que tal gasto seria menos dispendioso do que o desarmamento. Wigner considerou a conclusão de um estudo recente de Woods Hole de que um ataque nuclear mataria 20% dos americanos como uma projeção muito modesta e que o país poderia se recuperar de tal ataque mais rapidamente do que a Alemanha se recuperou da devastação da Guerra Mundial. II.

Wigner recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1963 "por suas contribuições à teoria do núcleo atômico e das partículas elementares, particularmente através da descoberta e aplicação dos princípios fundamentais de simetria". O prêmio foi dividido naquele ano, com a outra metade dividida entre Maria Goeppert-Mayer e J. Hans D. Jensen. Wigner declarou que nunca havia considerado a possibilidade de que isso pudesse ocorrer e acrescentou: "Nunca esperei colocar meu nome nos jornais sem fazer algo perverso". Ele também ganhou a Medalha Franklin em 1950, o prêmio Enrico Fermi em 1958, o Prêmio Atoms for Peace em 1959, a Medalha Max Planck em 1961, a Medalha Nacional de Ciência em 1969, o Prêmio Albert Einstein em 1972, o Prêmio Placa de Ouro da American Academy of Achievement em 1974, e a homônima Medalha Wigner em 1978. Em 1968, ele deu a palestra Josiah Willard Gibbs.

Mary morreu em novembro de 1977. Em 1979, Wigner se casou com sua terceira esposa, Eileen Clare-Patton (Pat) Hamilton, viúva do físico Donald Ross Hamilton, reitor da Escola de Pós-Graduação da Universidade de Princeton, falecido em 1972 Em 1992, aos 90 anos, ele publicou suas memórias, The Recollections of Eugene P. Wigner com Andrew Szanton. Nele, Wigner disse: “O significado pleno da vida, o significado coletivo de todos os desejos humanos, é fundamentalmente um mistério além de nosso alcance. Quando jovem, eu me irritava com esse estado de coisas. Mas agora eu fiz as pazes com isso. Eu até sinto uma certa honra de estar associado a tal mistério." Em sua coleção de ensaios 'Reflexões e Sínteses Filosóficas' (1995), ele comentou: "Não foi possível formular as leis da mecânica quântica de forma totalmente consistente sem referência à consciência."

Wigner foi creditado como membro do conselho consultivo da Western Goals Foundation, uma agência privada de inteligência doméstica criada nos EUA em 1979 para "preencher a lacuna crítica causada pela paralisação do FBI, a desativação do o Comitê de Atividades Antiamericanas da Câmara e a destruição de arquivos cruciais do governo'.

Wigner morreu de pneumonia no University Medical Center em Princeton, Nova Jersey, em 1º de janeiro de 1995. Ele deixou sua esposa Eileen (falecida em 2010) e os filhos Erika, David e Martha, e suas irmãs Bertha e Margit.

Publicações

• 1958 (com Alvin M. Weinberg). Teoria Física dos Reactores de Cadeia Neutron Universidade de Chicago Press. ISBN 0-226-88517-8
• 1959. Teoria do Grupo e sua Aplicação à Mecânica Quântica do Espectro Atômico. Nova Iorque: Academic Press. Tradução de J. J. Griffin de 1931, Produtos de plástico, Vieweg Verlag, Braunschweig.
• 1970 Symmetries and Reflections: Ensaios Científicos. Indiana University Press, Bloomington ISBN 0-262-73021-9
• 1992 (conforme dito a Andrew Szanton). As lembranças de Eugene P. Wigner. Plenum. ISBN 0-306-44326-0
• 1995 (com Jagdish Mehra e Arthur Wightman, eds.). Reflexões filosóficas e sínteses. Springer, Berlin ISBN 3-540-63372-3

Contribuições selecionadas

Física teórica

Matemática

• Transformação de Gabor-Wigner
• Função de distribuição de Wigner Modificado
• Função de distribuição Wigner
• Distribuição semicírculo Wigner
• Rotação do Wigner
• Distribuição de quase-probabilidade Wigner
• Distribuição semicírculo Wigner
• 6-j símbolo
• Símbolo de 9-j
• Símbolos Wigner 3-j
• Contracção do grupo Wigner-İnönü
• Sobreposição de Wigner