Герардус ( Gerard ) 't Hooft ( голландский: [ˈɣeːrɑrt ət ˈɦoːft] ; родился 5 июля 1946 года) — голландский физик-теоретик и профессор Утрехтского университета , Нидерланды. Он разделил Нобелевскую премию по физике 1999 года со своим руководителем диссертации Мартинусом Дж. Г. Вельтманом «за объяснение квантовой структуры электрослабых взаимодействий ».
Его работа концентрируется на калибровочной теории , черных дырах , квантовой гравитации и фундаментальных аспектах квантовой механики. Его вклад в физику включает доказательство перенормируемости калибровочных теорий , размерную регуляризацию и голографический принцип .
Джерард 'т Хоофт родился в Ден-Хелдере 5 июля 1946 года, [1] но вырос в Гааге . Он был средним ребенком в семье из трех человек. Он происходит из семьи ученых. Его двоюродным дедушкой был лауреат Нобелевской премии Фриц Цернике , а его бабушка была замужем за Питером Николаасом ван Кампеном , профессором зоологии Лейденского университета . Его дядя Нико ван Кампен был (заслуженным) профессором теоретической физики в Утрехтском университете, а его мать вышла замуж за морского инженера. [2] Следуя по стопам своей семьи, он проявил интерес к науке в раннем возрасте. Когда учитель начальной школы спросил его, кем он хочет стать, когда вырастет, он ответил: «Человеком, который знает все». [2]
После начальной школы Джерард посещал Лицей Далтона, школу, в которой применялись идеи Плана Далтона — образовательный метод, который ему хорошо подходил. Он преуспел в курсах естественных наук и математики. В шестнадцать лет он выиграл серебряную медаль на второй голландской олимпиаде по математике . [2]
После того, как Джерард 'т Хофт сдал школьные экзамены в 1964 году, он поступил на факультет физики в Утрехтский университет. Он выбрал Утрехт вместо гораздо более близкого Лейдена, потому что его дядя был там профессором и он хотел посещать его лекции. Поскольку он был настолько сосредоточен на науке, его отец настоял на том, чтобы он присоединился к Утрехтскому студенческому корпусу, студенческой ассоциации, в надежде, что он будет заниматься чем-то еще, помимо учебы. В некоторой степени это сработало; Во время учебы он был рулевым в гребном клубе «Тритон» и организовал национальный конгресс студентов-естествоиспытателей вместе с научным дискуссионным клубом «Христиан Гюйгенс».
В ходе своих исследований он решил, что хочет заняться тем, что он считал сердцем теоретической физики, — элементарными частицами . Его дядя перестал любить этот предмет и, в частности, его практиков, поэтому, когда в 1968 году пришло время писать докторскую диссертацию (прежнее название голландского эквивалента магистерской диссертации ), 'т Хофт обратился к недавно назначенному профессору Мартинусу Вельтману . который специализировался на теории Янга-Миллса , относительно второстепенном предмете в то время, поскольку считалось, что их невозможно перенормировать . Его заданием было изучение аномалии Адлера-Белл-Джекива , несоответствия в теории распада нейтральных пионов ; формальные аргументы запрещают распад на фотоны , тогда как практические расчеты и эксперименты показали, что это была основная форма распада. Решение проблемы в то время было совершенно неизвестно, и 'т Хофт не смог его предоставить.
В 1969 году 'т Хофт начал свою докторскую диссертацию под руководством Мартинуса Вельтмана. Он будет работать над той же темой, над которой работал Вельтман, — перенормировкой теорий Янга-Миллса. В 1971 году была опубликована его первая статья. [3] В нем он показал, как перенормировать безмассовые поля Янга-Миллса, и смог вывести соотношения между амплитудами, которые были обобщены Андреем Славновым и Джоном Тейлором и стали известны как тождества Славнова-Тейлора .
Мир не обратил на это особого внимания, но Вельтман был взволнован, потому что увидел, что проблема, над которой он работал, решена. Последовал период интенсивного сотрудничества, в ходе которого они разработали технику размерной регуляризации . Вскоре была готова к публикации вторая статья 'т Хоофта [4] , в которой он показал, что теории Янга–Миллса с массивными полями, возникающими вследствие спонтанного нарушения симметрии, могут быть перенормированы. Эта статья принесла им всемирное признание и в конечном итоге принесла им Нобелевскую премию по физике 1999 года.
Эти две статьи легли в основу диссертации 'т Хофта « Процедура перенормировки полей Янга – Миллса» , и он получил степень доктора философии в 1972 году. В том же году он женился на своей жене Альберте А. Шик, студентке медицинского факультета из Утрехта. . [2]
После получения докторской степени 'т Хоофт отправился в ЦЕРН в Женеве, где получил стажировку. Далее он усовершенствовал свои методы теории Янга-Миллса вместе с Вельтманом (который вернулся в Женеву). В это время его заинтересовала возможность того, что сильное взаимодействие можно описать как безмассовую теорию Янга-Миллса, т.е. теорию того типа, перенормируемость которой, как он только что доказал, и, следовательно, поддающуюся детальным расчетам и сравнению с экспериментом.
Согласно расчетам 'т Хофта, этот тип теории обладал именно теми масштабными свойствами ( асимптотической свободой ), которыми эта теория должна была обладать согласно экспериментам по глубоконеупругому рассеянию . Это противоречило популярному в то время восприятию теорий Янга-Миллса , согласно которым, как и в гравитации и электродинамике, их интенсивность должна уменьшаться с увеличением расстояния между взаимодействующими частицами; такое обычное поведение с расстоянием не могло объяснить результаты глубоконеупругого рассеяния, тогда как расчеты 'т Хофта могли.
Когда 'т Хофт упомянул свои результаты на небольшой конференции в Марселе в 1972 году, Курт Симанзик призвал его опубликовать этот результат; [2] но 'т Хофт этого не сделал, и результат был в конечном итоге заново открыт и опубликован Хью Дэвидом Политцером , Дэвидом Гроссом и Фрэнком Вильчеком в 1973 году, что привело к их получению Нобелевской премии по физике 2004 года . [5] [6]
В 1974 году 'т Хофт вернулся в Утрехт, где стал доцентом. В 1976 году его пригласили в качестве гостя в Стэнфорд и в Гарвард в качестве лектора Морриса Леба. Его старшая дочь, Саския Энн, родилась в Бостоне , а его вторая дочь, Эллен Марга, родилась в 1978 году после того, как он вернулся в Утрехт, где он стал профессором. [2] В 1987-1988 учебном году 'т Хоофт провел творческий отпуск на физическом факультете Бостонского университета вместе с Говардом Джорджи , Робертом Джаффе и другими, организованный тогдашним новым заведующим кафедрой Лоуренсом Сулаком .
В 2007 году 'т Хофт стал главным редактором журнала Foundations of Physics , где он стремился дистанцировать журнал от противоречий теории ECE . [7] 'т Хофт занимал эту должность до 2016 года.
1 июля 2011 года он был назначен заслуженным профессором Утрехтского университета. [8]
Он женат на Альберте Шик (Беттеке), имеет двух дочерей.
В 1999 году 'т Хоофт разделил Нобелевскую премию по физике со своим научным руководителем Вельтманом за «выяснение квантовой структуры электрослабых взаимодействий в физике». [9] До этого его работа уже была отмечена другими заметными наградами. В 1981 году ему была присуждена премия Вольфа [10] , возможно, самая престижная премия в области физики после Нобелевской премии. Пять лет спустя он получил медаль Лоренца , присуждаемую каждые четыре года в знак признания наиболее важного вклада в теоретическую физику. [11] В 1995 году он был одним из первых лауреатов Spinozapremie , высшей награды, присуждаемой ученым в Нидерландах. [12] В том же году он был также удостоен Медали Франклина . [13] В 2000 году 'т Хоофт получил премию «Золотая тарелка» Американской академии достижений . [14]
Со времени получения Нобелевской премии 'т Хофт получил множество наград, почетных докторских степеней и почетных профессорских званий. [15] Он был посвящен в рыцари Ордена Нидерландского Льва и офицер французского Почетного легиона . В его честь был назван астероид 9491 Тоофт , [16] и он написал конституцию для его будущих обитателей. [17]
Он является членом Королевской Нидерландской академии искусств и наук (KNAW) с 1982 года, [18] где он был назначен профессором академии в 2003 году . [19] Он также является иностранным членом многих других академий наук, включая Французскую академию . des Sciences , Американской национальной академии наук и Американской академии искусств и наук , а также базирующегося в Великобритании и Ирландии Института физики . [15]
'т Хоофт появился в третьем сезоне сериала «Червоточина» с Морганом Фрименом .
Исследовательский интерес 'т Хоофта можно разделить на три основных направления: «калибровочные теории в физике элементарных частиц», «квантовая гравитация и черные дыры» и «фундаментальные аспекты квантовой механики». [20]
'т Хофт наиболее известен своим вкладом в развитие калибровочных теорий в физике элементарных частиц. Самым известным из них является доказательство в его докторской диссертации перенормируемости теорий Янга-Миллса, за что он получил Нобелевскую премию по физике 1999 года. Для этого доказательства он представил (совместно со своим советником Вельтманом) технику размерной регуляризации.
После получения докторской степени он заинтересовался ролью калибровочных теорий в сильном взаимодействии, [2] ведущая теория которого называется квантовой хромодинамикой или КХД. Большая часть его исследований была сосредоточена на проблеме ограничения цвета в КХД, то есть на наблюдательном факте, что при низких энергиях наблюдаются только нейтральные по цвету частицы. Это привело его к открытию, что калибровочные теории SU(N) упрощаются в пределе больших N , [21] факт, который оказался важным при рассмотрении предполагаемого соответствия между теориями струн в пространстве Анти-де Ситтера и конформными теориями поля. в одном нижнем измерении. Решив теорию в одном пространстве и одном временном измерении, 'т Хоофт смог вывести формулу для масс мезонов . [22]
Он также изучал роль так называемых инстантонных вкладов в КХД. Его расчет показал, что эти вклады приводят к взаимодействию между легкими кварками при низких энергиях, отсутствующему в нормальной теории. [23] Изучая инстантонные решения теорий Янга – Миллса, 'т Хоофт обнаружил, что спонтанное нарушение теории с симметрией SU (N) до симметрии U (1) приведет к существованию магнитных монополей . [24] Эти монополи называются монополями 'т Хофта – Полякова, в честь Александра Полякова , который независимо получил тот же результат. [25]
В качестве еще одной части головоломки ограничения цвета 'т Хоофт представил петли 'т Хофта, которые являются магнитным двойником петель Вильсона . [26] Используя эти операторы, он смог классифицировать различные фазы КХД, которые составляют основу фазовой диаграммы КХД .
В 1986 году ему наконец удалось показать, что инстантонные вклады решают аномалию Адлера-Белла-Джекива , тему его магистерской диссертации. [27]
Когда Вельтман и 'т Хофт переехали в ЦЕРН после того, как 'т Хоофт получил докторскую степень, внимание Вельтмана было привлечено к возможности использования их методов размерной регуляризации для решения проблемы квантования гравитации. Хотя было известно, что пертурбативная квантовая гравитация не полностью перенормируема, они считали, что важные уроки следует извлечь, изучая формальную перенормировку теории порядком. Эту работу продолжили Стэнли Дезер и другой аспирант Вельтмана, Питер ван Ньювенхейзен , которые позже нашли закономерности в терминах счетчика перенормировки, что привело к открытию супергравитации . [2]
В 1980-х годах внимание 'т Хофта было привлечено к теме гравитации в трех измерениях пространства-времени. Вместе с Дезером и Джекивом он опубликовал в 1984 году статью, описывающую динамику плоского пространства, где единственными локальными степенями свободы были распространяющиеся точечные дефекты. [28] Его внимание возвращалось к этой модели в различные моменты времени, показывая, что пары Готта не будут вызывать нарушение причинности , нарушающей времяподобные петли , [29] и показывая, как модель может быть квантована. [30] Совсем недавно он предложил обобщить эту кусочно-плоскую модель гравитации на 4 измерения пространства-времени. [31]
С открытием Стивеном Хокингом излучения Хокинга черных дыр выяснилось, что испарение этих объектов нарушает фундаментальное свойство квантовой механики — унитарность . 'т Хофт отказался принять эту проблему, известную как информационный парадокс черной дыры , и предположил, что это должно быть результатом полуклассической трактовки Хокинга и что она не должна появляться в полной теории квантовой гравитации. Он предположил, что можно было бы изучить некоторые свойства такой теории, предположив, что такая теория унитарна.
Используя этот подход, он доказал, что вблизи черной дыры квантовые поля могут быть описаны теорией более низкого измерения. [32] Это привело к введению голографического принципа им и Леонардом Сасскиндом . [33]
'т Хоофт имеет «отклоняющиеся взгляды на физическую интерпретацию квантовой теории ». [20] Он считает, что может существовать детерминистское объяснение, лежащее в основе квантовой механики. [34] Используя спекулятивную модель, он утверждал, что такая теория могла бы избежать обычных аргументов в виде неравенства Белла , которые не допускали бы такой локальной теории скрытых переменных . [35] В 2016 году он опубликовал книгу, излагающую свои идеи [36] , которая, по словам 'т Хоофта, вызвала неоднозначную реакцию. [37]
