Kip Thorn - Kip Thorne
Kip Stephen Thorne (ur. 1 czerwca 1940 r.) jest amerykańskim fizykiem teoretycznym znanym ze swojego wkładu w fizykę grawitacyjną i astrofizykę . Wieloletni przyjaciel i kolega Stephena Hawkinga i Carla Sagana , do 2009 roku był profesorem fizyki teoretycznej Richarda P. Feynmana w California Institute of Technology (Caltech) i jest jednym z czołowych światowych ekspertów w dziedzinie astrofizycznych implikacji ogólnej teorii Einsteina. względności . On nadal prowadzić badania naukowe i doradztwo naukowe, przede wszystkim dla Christopher Nolan filmu Interstellar . Thorne otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki 2017 wraz z Rainerem Weissem i Barrym C. Barishem „za decydujący wkład w detektor LIGO i obserwację fal grawitacyjnych ”.
życie i kariera
Thorne urodził się 1 czerwca 1940 roku w Logan w stanie Utah . Jego ojciec, D. Wynne Thorne (1908–1979), był profesorem chemii gleby na Uniwersytecie Stanowym w Utah , a matka, Alison (z domu Comish; 1914–2004), była ekonomistką i pierwszą kobietą, która otrzymała tytuł doktora. D. w ekonomii z Iowa State College . Wychowany w środowisku akademickim, dwoje z czwórki jego rodzeństwa zostało również profesorami. Rodzice Thorne'a byli członkami Kościoła Jezusa Chrystusa Świętych w Dniach Ostatnich (mormonów) i wychowali Thorne'a w wierze LDS, chociaż teraz określa się jako ateista . Odnosząc się do swoich poglądów na naukę i religię, Thorne stwierdził: „Jest wielu moich najlepszych kolegów, którzy są bardzo pobożni i wierzą w Boga… Nie ma fundamentalnej niezgodności między nauką a religią. Tak się składa, że nie wierzę w Boga ”.
Thorne od najmłodszych lat szybko wyróżniał się w środowisku akademickim, zdobywając uznanie w Westinghouse Science Talent Search jako student ostatniego roku w Logan High School . Otrzymał BS stopnia z California Institute of Technology (Caltech) w 1962 roku, a jego Ph.D. z Princeton University w 1965 pod kierunkiem Johna Archibalda Wheelera z rozprawą doktorską pt. „ Geometrodynamika układów cylindrycznych”.
Thorne powrócił do Caltech jako profesor nadzwyczajny w 1967 roku i został profesorem fizyki teoretycznej w 1970 roku, stając się jednym z najmłodszych profesorów zwyczajnych w historii Caltech w wieku 30 lat. Został profesorem Williama R. Kenana, Jr. w 1981 roku, i Feynman Professor of Theoretical Physics w 1991. Był adiunktem na Uniwersytecie Utah od 1971 do 1998 i Andrew D. White Professor na Large na Cornell University od 1986 do 1992. W czerwcu 2009 zrezygnował z profesury Feynmana ( obecnie jest emerytowanym profesorem fizyki teoretycznej Feynmana), aby kontynuować karierę pisania i tworzenia filmów. Jego pierwszym projektem filmowym był Interstellar , nad którym pracował z Christopherem Nolanem i Jonathanem Nolanem .
Przez lata Thorne służył jako mentor i doradca tezowy dla wielu czołowych teoretyków, którzy obecnie pracują nad obserwacyjnymi, eksperymentalnymi lub astrofizycznymi aspektami ogólnej teorii względności. Około 50 fizyków uzyskało doktoraty w Caltech pod osobistym mentorem Thorne'a.
Thorne jest znany ze swojej umiejętności przekazywania ekscytacji i znaczenia odkryć w dziedzinie grawitacji i astrofizyki zarówno profesjonalnym, jak i laickim odbiorcom. Jego prezentacje na tematy takie jak czarne dziury , promieniowanie grawitacyjne , teoria względności , podróże w czasie i tunele czasoprzestrzenne zostały uwzględnione w programach PBS w USA i BBC w Wielkiej Brytanii.
Thorne i Linda Jean Peterson pobrali się w 1960 roku. Ich dzieci to Kares Anne i Bret Carter, architekt. Thorne i Peterson rozwiedli się w 1977 roku. Thorne i jego druga żona, Carolee Joyce Winstein, profesor biokinezjologii i fizykoterapii na USC , pobrali się w 1984 roku.
Badania
Badania Thorne'a skupiały się głównie na astrofizyce relatywistycznej i fizyce grawitacyjnej , ze szczególnym uwzględnieniem gwiazd relatywistycznych , czarnych dziur, a zwłaszcza fal grawitacyjnych . Prawdopodobnie jest najbardziej znany opinii publicznej ze swojej kontrowersyjnej teorii, że tunele czasoprzestrzenne mogą być wykorzystane do podróży w czasie. Jednakże wkład naukowy Thorne'a, który koncentruje się na ogólnej naturze przestrzeni , czasu i grawitacji , obejmuje pełen zakres tematów ogólnej teorii względności.
Fale grawitacyjne i LIGO
Praca Thorne'a dotyczyła przewidywania siły fal grawitacyjnych i ich czasowych sygnatur obserwowanych na Ziemi. Te „podpisy” mają ogromne znaczenie dla LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory), wieloinstytucjonalnego eksperymentu fal grawitacyjnych, którego Thorne był głównym orędownikiem – w 1984 roku był współzałożycielem projektu LIGO (największego projektu, jaki kiedykolwiek został sfinansowany przez NSF ) do rozróżniania i mierzenia wszelkich wahań między dwoma lub więcej punktami „statycznymi”; takie fluktuacje byłyby dowodem fal grawitacyjnych, jak opisują obliczenia. Istotnym aspektem jego badań jest rozwijanie matematyki niezbędnej do analizy tych obiektów. Thorne wykonuje również inżynierskie analizy projektowe dla cech LIGO, których nie da się opracować na podstawie eksperymentu oraz doradza w zakresie algorytmów analizy danych , za pomocą których będą poszukiwane fale. Zapewnił teoretyczne wsparcie dla LIGO, w tym zidentyfikowanie źródeł fal grawitacyjnych, które LIGO powinno celować, zaprojektowanie przegród kontrolujących rozproszone światło w rurach wiązki LIGO oraz – we współpracy z grupą badawczą Władimira Braginsky’ego (Moskwa, Rosja) – wynalezienie projektów kwantowych niewyburzeń dla zaawansowanych detektorów fal grawitacyjnych i sposobów redukcji najpoważniejszego rodzaju szumu w zaawansowanych detektorach: szumu termoelastycznego . Wraz z Carltonem M. Cavesem Thorne wynalazł podejście polegające na uchylaniu się od działania wstecznego do kwantowych pomiarów nieniszczących oscylatorów harmonicznych – technikę mającą zastosowanie zarówno w wykrywaniu fal grawitacyjnych, jak i optyce kwantowej .
11 lutego 2016 r. zespół czterech fizyków reprezentujących LIGO Scientific Collaboration ogłosił, że we wrześniu 2015 r. LIGO zarejestrowało sygnaturę dwóch czarnych dziur zderzających się 1,3 miliarda lat świetlnych od nas. To zarejestrowane odkrycie było pierwszą bezpośrednią obserwacją ulotnego ćwierkania fali grawitacyjnej i potwierdziło ważną prognozę ogólnej teorii względności Einsteina.
Kosmologia czarnej dziury
Podczas studiów doktoranckich. na Uniwersytecie Princeton jego mentor John Wheeler dał mu zadanie do przemyślenia: dowiedzieć się, czy cylindryczna wiązka odpychających linii pola magnetycznego ulegnie implozji pod wpływem własnej przyciągającej siły grawitacji. Po kilku miesiącach zmagania się z tym problemem udowodnił, że cylindryczne linie pola magnetycznego nie mogą implodować .
Dlaczego cylindryczna wiązka linii pola magnetycznego nie będzie implodować, podczas gdy kuliste gwiazdy będą implodować pod wpływem własnej siły grawitacyjnej? Thorne próbował zbadać teoretyczny grzbiet między tymi dwoma zjawiskami. W końcu odkrył, że siła grawitacji może pokonać całe ciśnienie wewnętrzne tylko wtedy, gdy obiekt zostanie ściśnięty we wszystkich kierunkach. Aby wyrazić tę świadomość, Thorne zaproponował swoją hipotezę dotyczącą obręczy , która opisuje implodującą gwiazdę zamieniającą się w czarną dziurę, gdy krytyczny obwód zaprojektowanej obręczy może być umieszczony wokół niej i wprawiony w ruch obrotowy. Oznacza to, że każdy obiekt o masie M, wokół którego można kręcić obręczą, musi być czarną dziurą.
Jako narzędzie do wykorzystania w obu przedsięwzięciach, astrofizyce i fizyce teoretycznej, Thorne i jego uczniowie opracowali nietypowe podejście do teorii czarnych dziur nazwane „ paradygmatem membranowym ” i wykorzystali je do wyjaśnienia mechanizmu „Blandforda-Znajka”. dzięki którym czarne dziury mogą zasilać niektóre kwazary i aktywne jądra galaktyk .
Thorne zbadał kwantowo- statystyczne mechaniczne pochodzenie entropii czarnej dziury. W swoim podoktorancie Wojciechu Żurku pokazał, że entropia czarnej dziury jest logarytmem liczby sposobów, w jakie dziura mogła zostać wykonana.
Wraz z Igorem Novikovem i Donem Page'em opracowali ogólną relatywistyczną teorię cienkich dysków akrecyjnych wokół czarnych dziur i korzystając z tej teorii wydedukował, że przy podwojeniu swojej masy przez taką akrecję czarna dziura zostanie rozkręcona do 0,998 maksymalnego spinu. dozwolone przez ogólną teorię względności, ale nie dalej. Jest to prawdopodobnie maksymalny obrót czarnej dziury dozwolony w przyrodzie.
Tunele czasoprzestrzenne i podróże w czasie
Thorne i jego współpracownicy z Caltech przeprowadzili badania naukowe nad tym, czy prawa fizyki pozwalają na wielokrotne połączenie przestrzeni i czasu (czy mogą istnieć klasyczne, przejezdne tunele czasoprzestrzenne i „ wehikuły czasu”?). Z Sung-Won Kim, Thorne zidentyfikował uniwersalny mechanizm fizyczny (wybuchowy wzrost polaryzacji próżni w polach kwantowych ), który zawsze może zapobiegać rozwinięciu się zamkniętych krzywych czasopodobnych czasoprzestrzeni (tj. zapobiegać cofaniu się w czasie ).
Wraz z Mikem Morrisem i Ulvi Yurtseverem wykazał, że przejezdne tunele czasoprzestrzenne mogą istnieć w strukturze czasoprzestrzeni tylko wtedy, gdy są przeplatane przez pola kwantowe w stanach kwantowych, które naruszają uśredniony warunek zerowej energii (tj. mają ujemną zrenormalizowaną energię rozłożoną na wystarczająco dużym obszarze). . To zapoczątkowało badania mające na celu zbadanie zdolności pól kwantowych do posiadania tak rozszerzonej ujemnej energii . Ostatnie obliczenia Thorne'a wskazują, że proste masy przechodzące przez przejezdne tunele czasoprzestrzenne nigdy nie mogą wywołać paradoksów – nie ma warunków początkowych, które prowadzą do paradoksu po wprowadzeniu podróży w czasie. Gdyby jego wyniki można było uogólnić, sugerowałyby, że żaden z domniemanych paradoksów sformułowanych w opowieściach o podróżach w czasie nie może być w rzeczywistości sformułowany na precyzyjnym poziomie fizycznym: to znaczy, że każda sytuacja w opowieści o podróży w czasie okazuje się dopuszczać wiele spójnych rozwiązań.
Gwiazdy relatywistyczne, momenty multipolowe i inne przedsięwzięcia
Wraz z Anną Żytkow Thorne przewidział istnienie czerwonych nadolbrzymów z jądrami gwiazd neutronowych (obiekty Thorne-Żytkow ). Położył podwaliny pod teorię pulsacji gwiazd relatywistycznych i emitowanego przez nie promieniowania grawitacyjnego. Wraz z Jamesem Hartle'em Thorne wyprowadził z ogólnej teorii względności prawa ruchu i precesji czarnych dziur i innych ciał relatywistycznych, w tym wpływ sprzężenia ich multipolowych momentów z krzywizną czasoprzestrzeni pobliskich obiektów, a także zapisał Hartle-Thorne'a. metryczny , przybliżone rozwiązanie opisujące zewnętrzną stronę wolno i sztywno obracającego się, nieruchomego i osiowo symetrycznego ciała.
Thorne również teoretycznie przewidział istnienie powszechnie antigravitating „ egzotyczna materia ” - element potrzebny do przyspieszenia tempa ekspansji Wszechświata, zachować przesuwny tunel „Star Gates” otwarte i zachować timelike geodezyjnych Free float „ prędkość warp ” Praca. Wraz z Cliffordem Willem i innymi swoimi uczniami położył podwaliny pod teoretyczną interpretację eksperymentalnych testów relatywistycznych teorii grawitacji – podstawy, na których Will i inni zbudowali. Począwszy od roku 2005, Thorne był zainteresowany pochodzenia klasycznego czasie i przestrzeni z pianki kwantowej z grawitacji kwantowej teorii.
Publikacje
Thorne pisał i redagował książki na tematy z zakresu teorii grawitacji i astrofizyki wysokich energii . W 1973 był współautorem podręcznika Grawitacja z Charlesem Misnerem i Johnem Wheelerem; według Johna C. Baeza i Chrisa Hillmana jest jedną z najlepszych książek naukowych wszechczasów i zainspirowała dwa pokolenia studentów. W 1994 roku opublikował książkę dla nienaukowców Black Holes and Time Warps: Einstein's Outrageous Legacy , za którą otrzymał liczne nagrody. Ta książka została wydana w sześciu językach, a wydania w języku chińskim, włoskim, czeskim i polskim są w prasie. W 2014 roku Thorne opublikował The Science of Interstellar, w którym wyjaśnia naukę stojącą za filmem Christophera Nolana Interstellar ; Nolan napisał przedmowę do książki. We wrześniu 2017 r. Thorne i Roger D. Blandford opublikowali Modern Classical Physics: Optics, Fluids, Plasmas, Elasticity, Relativity i Statistical Physics , podręcznik dla absolwentów obejmujący sześć głównych dziedzin fizyki wymienionych w tytule.
Artykuły Thorne'a ukazały się w takich publikacjach jak:
Thorne opublikował ponad 150 artykułów w czasopismach naukowych.
Honory i nagrody
Thorne został wybrany do:
- American Academy of Arts and Sciences (1972)
- National Academy of Sciences ,
- Rosyjskiej Akademii Nauk , a
- American Philosophical Society .
Został wyróżniony licznymi nagrodami m.in.:
- Amerykański Instytut Fizyki Science Writing Award w dziedzinie fizyki i astronomii,
- Phi Beta Kappa Science Writing Award,
- amerykański Physical Society „s Lilienfeld nagroda ,
- Niemieckie Towarzystwo Astronomiczne „s Medal Karla Schwarzschilda (1996),
- Nagroda Robinson w kosmologii z University of Newcastle , w Anglii,
- Sigma Xi: Scientific Research Society „s Common Wealth Awards Nauki i inwencji , a
- Science Center California „s California Scientist of the Year Award (2003).
- Albert Einstein Medal w 2009 roku z Albert Einstein Society , Berno, Szwajcaria
- UNESCO Niels Bohr Medal z UNESCO (2010)
- Przełom Nagroda Specjalna w Fundamental Physics (2016)
- nagroda Gruber Cosmology (2016)
- Nagroda Shaw (2016) (wspólnie z Ronaldem Drever i Rainera Weissa ).
- Nagroda Kavli w Astrophysics (2016) (wspólnie z Ronaldem Drever i Rainera Weissa).
- nagroda Tomalla (2016) nadzwyczajnych wkład do ogólnego względność i ciężkości.
- Lemaître Georges nagrody (2016)
- nagrody Harvey (2016) (wspólnie z Ronaldem Drever i Rainera Weissa).
- Smithsonian Magazine American Ingenuity Award for Physical Sciences (2016)
- księżna Asturii Award (2017) (wspólnie z Rainera Weissa oraz Barry Barish ).
- Nagroda Nobla w dziedzinie fizyki (2017) (wspólnie z Rainera Weissa oraz Barry Barish )
- nagroda Thomas Lewis (2018)
- Nagroda Złotej Płyty Amerykańskiej Akademii Osiągnięć (2019)
Był Woodrow Wilson Fellow , Danforth Fellow , Guggenheim Fellow i Fulbrighta Fellow . Otrzymał również tytuł doktora honoris causa listów humanitarnych na Claremont Graduate University oraz doktorat honoris causa Wydziału Fizyki Uniwersytetu Arystotelesa w Salonikach .
Został wybrany na stanowisko przewodniczącego Lorentza na rok 2009 Leiden University, Holandia .
Thorne służył w:
- Międzynarodowy Komitet na Ogólnej Teorii Względności i Grawitacji ,
- Komisja USA-ZSRR Współpracy w dziedzinie fizyki , a
- Rada Nauki Kosmicznej Narodowej Akademii Nauk , która doradzała NASA i Kongresowi w zakresie polityki nauki o kosmosie .
Kip Thorne został wybrany przez magazyn Time na corocznej liście 100 najbardziej wpływowych osób w amerykańskim świecie w 2016 roku.
Adaptacja w mediach
- Thorne przekazał Carlowi Saganowi pomysły na podróż przez tunel czasoprzestrzenny do wykorzystania w jego powieści „ Kontakt” .
- Thorne i jego przyjaciółka, producentka Lynda Obst , opracowali również koncepcję filmu Christophera Nolana Interstellar . Napisał także książkę powiązaną The Science of Interstellar . Thorne później doradzał Nolanowi w kwestii fizyki jego filmu Tenet .
- W powieści Larry'ego Nivena Tęczowy Mars technologia podróży w czasie wykorzystana w powieści opiera się na teorii tuneli czasoprzestrzennych Thorne'a, która w kontekście powieści była momentem, w którym podróże w czasie stały się możliwe, a nie tylko fantazja. W rezultacie wszelkie próby podróżowania w czasie przed rozwinięciem teorii tuneli czasoprzestrzennych Thorne'a powodują, że podróżnik w czasie wkracza w fantastyczną wersję rzeczywistości, a nie w rzeczywistą przeszłość.
- W filmie Teoria wszystkiego Thorne'a wcielił się aktor Enzo Cilenti .
- Thorne zagrał się w odcinku The Big Bang Theory zatytułowanym „The Laureate Accumulation”, odcinek 18 sezonu 12.
Bibliografia częściowa
- Misner, Charles W., Thorne, KS i Wheeler, John Archibald, Grawitacja 1973, (WH Freeman & Co)
- Thorne, KS, w 300 Years of Gravitation, (red.) SW Hawking i W. Israel, 1987, (Chicago: Univ. of Chicago Press), Promieniowanie grawitacyjne .
- Thorne, KS, Price, RH i Macdonald, DM, Black Holes, The Membrane Paradigm , 1986, (New Haven: Yale Univ. Press).
- Friedman, J., Morris, MS, Novikov, ID, Echeverria, F., Klinkhammer, G., Thorne, KS i Yurtsever, U., Physical Review D., 1990, (w druku), Cauchy Problem in Spacetimes with Closed Krzywe czasowe .
- Thorne, KS i Blandford, RD, Nowoczesna fizyka klasyczna: optyka, płyny, plazma, elastyczność, względność i fizyka statystyczna , 2017 (Princeton: Princeton University Press).
Zobacz też
Uwagi
Bibliografia
Zewnętrzne linki
- Multimedia związane z Kip Thorne w Wikimedia Commons
- Kip Thorne w IMDb
- Strona główna
- Kip Thorne na projekcie Genealogia Matematyki
- Czas chrupania
- Ojcowie założyciele teorii względności
- Kip S. Thorne na Nobelprize.org