物理学では、衝突によって進歩することがあります。思考実験は、私たちの理論を鋭くする明らかな矛盾を明らかにします。さらに、計算の精度と最終的な目標との関連性との間にトレードオフが生じることがよくあります。
物理学者のジョー・ポルチンスキーは、そのようなトレードオフを回避することができたまれな例外でした.彼は主要な問題に関連する具体的な方法を開発しました。彼はまた、実りある対立を発見し、彼自身の広範な、ほとんど矛盾する才能を結集する才能を持っていました.
ジョーは根本的に保守的であり、十分に裏付けられた物理的原則に従って、論理的な結論に達しましたが、極端または驚くべきものでした.ロードバイクではあまり慎重ではなく、彼は下り坂を切り崩していました。彼は不遜でありながら威厳があり、現実的でありながら積極的でした。競争力がありましたが、彼は他人の成功を喜ぶ完璧なスポーツでした。コミュニティは、そのような優秀な物理学者と並外れた人間の喪失に動揺しています.ジョーは今月頭に脳腫瘍で 63 歳で亡くなりました。
ポルチンスキーは、理論物理学だけでなく、他の物理学者にも多大な影響を与えました。ほんの数分で問題の本質的な核心に指を置いた簡潔な議論を嬉しく思います。おそらく、この効率性は、ほとんどの科学者が活動する限られたサークルを彼がどのように超越できたかを説明するのに役立ちます.過去 25 年間、カリフォルニア大学サンタバーバラ校のカブリ理論物理学研究所で働いていた彼は、重要な洞察があらゆる分野からもたらされるという事実を意識して、世界中の多くの理論物理学コミュニティと有意義に交流しました。
初期の論文で、Joe は特定の量子系がさまざまな長さスケールでどのように動作するかを特徴付ける正確な方程式を導出し、ズームアウトしてもどの変数が重要であるかを判断しました。この問題は、金属などの凝縮物質系では特に困難です。 Joe の 1992 年の講義は、このトピックに関する古典的なものであり続け、材料の構成要素が非常に強く相互作用する複雑なケースに対処するための新しいツールを適用して、繰り返し戻ってきました。
1995 年頃、ポルチンスキーは弦理論と物理学の関連分野に浸透する広範囲にわたる発見を行いました。それは技術的な観察から始まりました。彼は、ストリング (振動状態が理論的に異なる粒子に対応する 1 次元の線) が高次元の動的オブジェクトで終わる可能性があることに気付きました。 D ブレーンと呼ばれるこれらのオブジェクトは、弦理論のさまざまなバージョンの統合において重要な役割を果たします。それらはある方向に拡張され、他の方向に鋭く局在化されます。その結果、特異点として知られる問題のある点のように、時空幾何学が大きく湾曲する領域でも時空幾何学を追跡するのに役立ちます。
D-ブレーンは、ジョーのもう 1 つの長年の関心事である、ブラック ホールの理論物理学において主要な役割を果たしています。 1970 年代の研究者は、ブラック ホールのエントロピーの増加は、その地平線のサイズの増加に対応すると計算しました。通常の熱力学では、エントロピーは、システムの可能なすべての微視的構成の数です。ブラック ホールのエントロピーは、少なくとも正確な計算を可能にする余分な対称性を備えた理論上のブラック ホールでは、D ブレーンの可算構成に対応することがすぐに理解されました。
ブレーンで終わるストリングは、遠く離れた粒子のように振る舞い、場の量子論 (粒子が場の励起である場合) で説明できます。これは、いわゆる AdS/CFT 対応の発見につながりました。これは、特殊な時空幾何学における場の量子論と量子重力との間の正確な接続です。この通信は、原子核を支配する強力な相互作用への洞察を含む、膨大な量の研究を生み出しました.
私たちの最初のコラボレーションでは、ひも理論では厄介なように思われた不安定性が、時空の特異点を解決することによって実際に積極的な役割を果たしたことを示しました.Dブレーンは有用でしたが、ジョーはそれらに過度に偏っていませんでした.何年も前に、彼は自分の論文が何回引用されたかを心配することは「真に創造的な仕事とは対照的だ」と述べていました。彼は、流行を追ったりわだちに陥ったりすることなく、持久的な開発の分担以上のことを始めました。
最近の重要な研究で、ポルチンスキーはブラック ホールに関する古いパラドックスを復活させました。ブラック ホールの地平線近くの量子ゆらぎにより、ブラック ホールは熱放射によってゆっくりと蒸発します。理論家たちは、量子力学が要求するように、ブラック ホールがどのように蒸発し、何が落ちたのかに関する情報を保持する方法を長い間理解しようと努めてきました。 2012 年、ジョーと彼の共同研究者はこの問題を鋭くし、一般相対性理論または量子力学自体が崩壊しなければならないことを発見しました。彼らは、ブラック ホールの地平線が、侵入できない「ファイアウォール」に置き換わる可能性があると提案しました。知られているように、エントロピーと時空物理学の関係、多体系の進化、ひも理論における長距離相互作用など、ファイアウォールのパラドックスの理論的基盤に関する研究が急増しました。
約 20 年前、天体物理学者は、宇宙定数として知られる、宇宙に注入された信じられないほど小さなエネルギー源によって宇宙の膨張が加速していることを発見しました。ここ数十年で、宇宙はその歴史の非常に早い段階で、インフレーションとして知られる過程でさらに急速に膨張したという考えを裏付ける広範な観測証拠が増えてきました。ジョーが開発したひも理論の要素は、インフレーションがどのように発生したか、および宇宙定数が非常に小さい理由をよりよく理解するための最近の試みに内在しています。
たとえば、ジョーが「オリエンティフォールド」と名付けた微妙なオブジェクトは、空間に浸透するフィールドのポテンシャルエネルギーの局所的な低下に寄与する可能性があります。ディップは、加速膨張中にフィールドを安定させるために重要です。帯電した D ブレーンに関連する電磁界の一般化も、加速膨張の多くのモデルで特徴的です。 D-ブレーン自体は、「インフレトン フィールド」をホストまたは相互作用する可能性があります。このフィールドは、ゆっくりと希釈されるエネルギーがインフレを引き起こします。これらのシナリオの多くは、Joe と彼の協力者によって開発された場を安定させるための詳細な方法を使用しています。彼らは AdS/CFT 対応の要素を 4 次元の世界で重力と効果的に組み合わせました。
ひも理論の方程式の解の総数は、既知の方法では制限されていませんが、それらの構造は非常に制約されています。結果として得られる、さまざまな特性を持つ可能性のある宇宙の「風景」は、美しい物理学と数学に満ちた豊かな研究の場です。それは挑戦的な概念上の問題といくつかの論争につながります.
2000 年の画期的な研究で、ポルチンスキーと共同研究者は、超弦理論の解が多すぎると、宇宙定数の小さな値を選択効果として解釈できるようになると主張しました。つまり、非常に大きな値は、私たちの存在と一致しません。構造が形成されるには、時空があまりにも急速に離れて加速することになります。したがって、宇宙定数が小さい宇宙に私たちが住んでいることは理にかなっています。異なる特性を持つ他の宇宙 (「多元宇宙」を構成する) は一般的に目に見えないため、そのようなアイデアをどのようにテストできるかについて懸念が生じています。一方、ひも状の風景は、インフレーションの理論を現在行われている観察と比較する新しい方法にもつながりました。ジョー自身は、宇宙のひも、つまり本質的に空に伸びたひもを観測する可能性について広範囲に考えました。
ポルチンスキーの死から数週間、オンラインでは悲しみと感謝の声があふれています。カリフォルニア大学デービス校の物理学者であるマーカス・ルティは、「最も鮮やかに蘇る記憶には、ジョーの遊び心、見せかけの完全な欠如、そしてすべての人を平等に扱う方法が含まれています」と書いています。 「ジョーは誰に対しても自分の基準を下げることはしませんでしたが、熱心に耳を傾け、彼らと関わることで、周囲の人々を重要な存在だと感じさせました。」
熱心なサイクリストであるジョーは、友人たちと壮大なライドを楽しみ、カリフォルニア、コロラドなどの山岳地帯を探索しました。これらの意気揚々とした激しい冒険は、少なくとも会話をすることができたとき、より多くの物理学にもつながりました.ある時、私たちの何人かがジョーの後ろで草案を書いていたところ、彼はうっかり私たちを道から外してしまい、後でエントロピーについて考えていたと説明しました。サンタバーバラでは、物理学者のさまざまなグループをオールド サン マルコス ロードに連れて行き、新しいライダーの進歩を楽しみました。彼は自分自身を懸命に追い込み、道で彼の前であろうと後ろであろうと、熱狂的に友人に拍手を送りました.
私は、この分野が正しい答え、または答えの代わりに適切なレベルの不確実性に収束しようとするときに不可欠だった彼の視点の喪失を心配しています.コミュニティが彼の死を悼み、彼の大きな貢献を祝う中、私たちは彼が残した疑問について、私たちの仕事と楽しみを切り取っています.
