Julian Schwinger n’a pas seulement participé à la révolution quantique. Il a aidé à construire le moteur qui l’entraîne. Né à New York le 12 février 1918, c’était un enfant prodige qui a publié son premier article de physique à seulement 16 ans. À cet âge, la plupart des gens sont encore en train de déterminer ce qu’ils veulent pour le dîner. Schwinger était déjà aux prises avec la nature fondamentale de la réalité.
Il a obtenu sa licence et son doctorat à l’Université de Columbia avant de déménager à l’UC Berkeley pour travailler avec J. Robert Oppenheimer. La guerre a changé la trajectoire de sa carrière, l’éloignant du pur milieu universitaire pour se diriger vers la dure réalité de la recherche en temps de guerre. Il a passé du temps à Purdue, puis a rejoint le Radiation Laboratory du MIT, contribuant à perfectionner la technologie radar. C’était un travail pratique, un travail essentiel, mais son esprit restait fixé sur le théorique.
En 1945, il était de retour dans le monde universitaire et occupait un poste à Harvard. En deux ans, à 29 ans, il devient l’un des plus jeunes professeurs titulaires de l’histoire de l’école. Il finira par s’installer à l’UCLA en 1972, où il restera jusqu’à sa mort en 1994. Mais son moment le plus déterminant survint des années plus tôt, à l’été 1947.
La percée de Shelter Island
La réunion à Shelter Island, Long Island, était censée être une réunion détendue. Au lieu de cela, cela a révélé une fissure dans les fondements de la physique. Les données expérimentales présentées contredisaient directement les prédictions de Paul Dirac, le physicien anglais dont la théorie quantique relativiste de l’électron était la référence depuis près de deux décennies.
Dirac avait prédit que certains états électroniques de l’hydrogène devraient être dégénérés, ce qui signifie qu’ils possédaient des niveaux d’énergie identiques. Les nouvelles données disaient le contraire. Le moment magnétique de l’électron était également désactivé. La théorie était brisée.
Schwinger a clairement vu le problème. Pendant que d’autres s’agitaient, il a appliqué une nouvelle méthode à l’électrodynamique quantique. Il a utilisé les concepts de renormalisation de masse et de charge pour combler le fossé entre la théorie et la réalité désordonnée et contradictoire des données expérimentales.
“Il s’agit d’une avancée cruciale qui a ouvert une nouvelle ère dans la théorie quantique des champs.”
Ce n’était pas juste un ajustement. C’était une réécriture. Le calcul de Schwinger a forcé la théorie à s’aligner sur l’observation. Cela a fonctionné.
Partager la scène Nobel
Schwinger n’était pas le seul à résoudre ce problème. Richard Feynman et Tomonaga Shin’ichiro sont parvenus indépendamment à des solutions similaires en utilisant des chemins mathématiques différents. Les intégrales de chemin de Feynman sont devenues célèbres pour leur clarté visuelle. Le travail de Tomonaga était rigoureux et précis. L’approche de Schwinger était dense, abstraite et incroyablement puissante.
En 1965, le Comité Nobel reconnaît le trio. Ils ont partagé le prix pour avoir introduit de nouvelles idées en électrodynamique quantique. Leurs travaux combinés ont créé une description mécanique quantique robuste de la façon dont les entités chargées électriquement interagissent avec le champ électromagnétique. Surtout, il l’a fait en adhérant à la théorie de la relativité restreinte d’Albert Einstein. Avant cela, les deux cadres – la mécanique quantique et la relativité – s’affrontaient souvent. Schwinger et ses pairs les faisaient danser ensemble.
Un héritage d’influence
L’impact de Schwinger s’étend bien au-delà de ses propres équations. Il a touché presque toutes les frontières de la physique théorique moderne. Mais son héritage le plus durable réside peut-être dans les étudiants.
Il a été conseiller pédagogique auprès de plus de 70 étudiants au doctorat et de plus de 20 boursiers postdoctoraux. Beaucoup d’entre eux sont devenus les principaux théoriciens de leur génération. Il n’a pas seulement enseigné la physique. Il l’a propagé.
Les mathématiques qu’il a développées sont complexes. Les concepts sont denses. Mais le résultat est simple : il explique le monde avec une précision sans précédent. Nous comptons sur cette précision chaque fois que nous utilisons un laser, un transistor ou un appareil GPS. Schwinger a vu les fissures de l’ancienne théorie et les a comblées par de nouvelles. Il est décédé à Los Angeles le 16 juillet 1994. Les équations qu’il a laissées derrière lui sont toujours d’actualité. Je travaille toujours. J’attends toujours que la prochaine génération se demande ce qui va suivre.
