Julian Schwinger war nicht nur an der Quantenrevolution beteiligt. Er half beim Bau des Motors, der es antreibt. Er wurde am 12. Februar 1918 in New York City geboren und war ein Wunderkind, das bereits mit 16 Jahren seine erste Physikarbeit veröffentlichte. Die meisten Menschen überlegen in diesem Alter noch, was sie zum Abendessen wollen. Schwinger hatte bereits mit der fundamentalen Natur der Realität zu kämpfen.
Er erwarb seinen Bachelor- und Doktortitel an der Columbia University, bevor er an die UC Berkeley wechselte, um mit J. Robert Oppenheimer zu arbeiten. Der Krieg veränderte den Verlauf seiner Karriere und führte ihn weg von der reinen akademischen Welt und in die düstere Realität der Kriegsforschung. Er verbrachte einige Zeit in Purdue und trat dann dem Radiation Laboratory am MIT bei, wo er an der Verfeinerung der Radartechnologie mitwirkte. Es war praktische Arbeit, wesentliche Arbeit, aber sein Geist blieb auf das Theoretische fixiert.
1945 kehrte er in die akademische Welt zurück und nahm eine Stelle in Harvard an. Innerhalb von zwei Jahren, im Alter von 29 Jahren, wurde er einer der jüngsten ordentlichen Professoren in der Geschichte der Schule. 1972 ließ er sich schließlich an der UCLA nieder und blieb dort bis zu seinem Tod im Jahr 1994. Sein entscheidendster Moment kam jedoch Jahre zuvor, im Sommer 1947.
Der Shelter Island-Durchbruch
Das Treffen auf Shelter Island, Long Island, sollte ein entspanntes Beisammensein sein. Stattdessen wurde ein Riss im Fundament der Physik freigelegt. Die dort präsentierten experimentellen Daten widersprachen direkt den Vorhersagen von Paul Dirac, dem englischen Physiker, dessen relativistische Quantentheorie des Elektrons fast zwei Jahrzehnte lang der Goldstandard war.
Dirac hatte vorhergesagt, dass bestimmte Wasserstoff-Elektronenzustände entartet sein sollten – was bedeutete, dass sie identische Energieniveaus besaßen. Die neuen Daten sagten etwas anderes. Auch das magnetische Moment des Elektrons war ausgeschaltet. Die Theorie war gebrochen.
Schwinger sah das Problem klar. Während andere um sich schlugen, wandte er eine neue Methode auf die Quantenelektrodynamik an. Er nutzte die Konzepte der Massen- und Ladungsrenormierung, um die Lücke zwischen der Theorie und der chaotischen, widersprüchlichen Realität experimenteller Daten zu schließen.
„Dies war ein entscheidender Durchbruch, der eine neue Ära in der Quantenfeldtheorie einleitete.“
Es war nicht nur eine Optimierung. Es war eine Umschreibung. Schwingers Berechnung zwang die Theorie dazu, sich mit der Beobachtung in Einklang zu bringen. Es hat funktioniert.
Die Nobelbühne teilen
Schwinger war nicht der Einzige, der dieses Problem löste. Richard Feynman und Tomonaga Shin’ichiro kamen unabhängig voneinander auf unterschiedlichen mathematischen Wegen zu ähnlichen Lösungen. Feynmans Pfadintegrale wurden für ihre visuelle Klarheit berühmt. Tomonagas Arbeit war streng und präzise. Schwingers Ansatz war dicht, abstrakt und unglaublich kraftvoll.
1965 erkannte das Nobelkomitee das Trio an. Sie teilten sich den Preis für die Einführung neuer Ideen in die Quantenelektrodynamik. Ihre gemeinsame Arbeit erstellte eine robuste quantenmechanische Beschreibung der Wechselwirkung elektrisch geladener Wesen mit dem elektromagnetischen Feld. Entscheidend ist, dass dabei die spezielle Relativitätstheorie von Albert Einstein beachtet wurde. Zuvor kam es häufig zu Konflikten zwischen den beiden Systemen Quantenmechanik und Relativitätstheorie. Schwinger und seine Kollegen ließen sie zusammen tanzen.
Ein Vermächtnis voller Einfluss
Schwingers Einfluss ging weit über seine eigenen Gleichungen hinaus. Er berührte nahezu alle Grenzen der modernen theoretischen Physik. Aber sein vielleicht nachhaltigstes Erbe sind die Studenten.
Er fungierte als akademischer Berater für mehr als 70 Doktoranden und über 20 Postdoktoranden. Viele von ihnen wurden zu den führenden Theoretikern ihrer Generation. Er unterrichtete nicht nur Physik. Er hat es propagiert.
Die von ihm entwickelte Mathematik ist komplex. Die Konzepte sind dicht. Doch das Ergebnis ist einfach: Es erklärt die Welt mit beispielloser Präzision. Wir verlassen uns jedes Mal auf diese Präzision, wenn wir einen Laser, einen Transistor oder ein GPS-Gerät verwenden. Schwinger erkannte die Risse in der alten Theorie und füllte sie mit neuen. Er starb am 16. Juli 1994 in Los Angeles. Die Gleichungen, die er hinterlassen hat, gelten noch immer. Funktioniert immer noch. Ich warte immer noch darauf, dass die nächste Generation fragt, was als nächstes kommt.
