Julian Schwinger nam niet alleen deel aan de kwantumrevolutie. Hij hielp bij het bouwen van de motor die hem aandrijft. Hij werd op 12 februari 1918 in New York City geboren en was een wonderkind dat op 16-jarige leeftijd zijn eerste natuurkundeartikel publiceerde. De meeste mensen zijn op die leeftijd nog steeds aan het uitzoeken wat ze willen eten. Schwinger worstelde al met de fundamentele aard van de werkelijkheid.
Hij behaalde zijn bachelor- en doctoraatsdiploma aan de Columbia University voordat hij naar UC Berkeley verhuisde om samen te werken met J. Robert Oppenheimer. De oorlog veranderde het traject van zijn carrière en trok hem weg van de pure academische wereld naar de harde realiteit van oorlogsonderzoek. Hij bracht tijd door bij Purdue en sloot zich vervolgens aan bij het Radiation Laboratory van MIT, waar hij hielp bij het verfijnen van de radartechnologie. Het was praktisch werk, essentieel werk, maar zijn geest bleef op het theoretische gericht.
In 1945 was hij terug in de academische wereld en bekleedde hij een post aan Harvard. Binnen twee jaar, op 29-jarige leeftijd, werd hij een van de jongste hoogleraren in de geschiedenis van de school. Hij zou zich uiteindelijk in 1972 aan de UCLA vestigen en daar blijven tot aan zijn dood in 1994. Maar zijn meest bepalende moment kwam jaren eerder, in de zomer van 1947.
De doorbraak van Shelter Island
De bijeenkomst op Shelter Island, Long Island, moest een ontspannen bijeenkomst worden. In plaats daarvan legde het een scheur in de basis van de natuurkunde bloot. De daarin gepresenteerde experimentele gegevens waren regelrecht in tegenspraak met de voorspellingen van Paul Dirac, de Engelse natuurkundige wiens relativistische kwantumtheorie van het elektron al bijna twintig jaar de gouden standaard was.
Dirac had voorspeld dat bepaalde waterstof-elektronentoestanden gedegenereerd zouden zijn, wat betekent dat ze identieke energieniveaus bezaten. De nieuwe gegevens zeiden anders. Het magnetische moment van het elektron was ook uitgeschakeld. De theorie was gebroken.
Schwinger zag het probleem duidelijk. Terwijl anderen aan het spartelen waren, paste hij een nieuwe methode toe op de kwantumelektrodynamica. Hij gebruikte de concepten van renormalisatie van massa en lading om de kloof te overbruggen tussen de theorie en de rommelige, tegenstrijdige realiteit van experimentele gegevens.
“Dit was een cruciale doorbraak die een nieuw tijdperk in de kwantumveldentheorie inluidde.”
Het was niet zomaar een aanpassing. Het was een herschrijving. De berekening van Schwinger dwong de theorie om zich aan te passen aan de observatie. Het werkte.
Het Nobelpodium delen
Schwinger was niet de enige die dit oploste. Richard Feynman en Tomonaga Shin’ichiro kwamen onafhankelijk van elkaar tot vergelijkbare oplossingen met behulp van verschillende wiskundige paden. Feynmans padintegralen werden beroemd vanwege hun visuele helderheid. Tomonaga’s werk was rigoureus en nauwkeurig. Schwingers aanpak was compact, abstract en ongelooflijk krachtig.
In 1965 erkende het Nobelcomité het trio. Zij deelden de prijs voor het introduceren van nieuwe ideeën in de kwantumelektrodynamica. Hun gecombineerde werk creëerde een robuuste kwantummechanische beschrijving van hoe elektrisch geladen entiteiten interageren met het elektromagnetische veld. Cruciaal is dat dit gebeurde met inachtneming van de speciale relativiteitstheorie van Albert Einstein. Voordien botsten de twee raamwerken – de kwantummechanica en de relativiteitstheorie – vaak. Schwinger en zijn collega’s lieten ze samen dansen.
Een erfenis van invloed
De impact van Schwinger reikte veel verder dan zijn eigen vergelijkingen. Hij raakte vrijwel alle grenzen van de moderne theoretische natuurkunde aan. Maar misschien wel zijn meest blijvende erfenis zijn de studenten.
Hij diende als academisch adviseur voor meer dan 70 promovendi en meer dan 20 postdoctorale fellows. Velen van hen werden de leidende theoretici van hun generatie. Hij gaf niet alleen natuurkunde. Hij propageerde het.
De wiskunde die hij ontwikkelde is complex. De concepten zijn compact. Maar het resultaat is simpel: het verklaart de wereld met ongekende precisie. Elke keer dat we een laser, een transistor of een GPS-apparaat gebruiken, vertrouwen we op die precisie. Schwinger zag de scheuren in de oude theorie en vulde ze met nieuwe. Hij stierf in Los Angeles op 16 juli 1994. De vergelijkingen die hij achterliet, lopen nog steeds door. Werkt nog steeds. Ik wacht nog steeds tot de volgende generatie vraagt wat er daarna komt.
