Μάρεϋ Γκελ-Μαν

Ο Μάρεϋ Γκελ-Μαν (Murray Gell-Mann, 15 Σεπτεμβρίου 1929 – 24 Μαΐου 2019) ήταν Αμερικανός φυσικός που τιμήθηκε με το Βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 1969 για την ερευνητική του συνεισφορά στη θεωρία των στοιχειωδών σωματιδίων. Ο Γκελ-Μαν, καθηγητής Θεωρητικής Φυσικής στην έδρα «Ρόμπερτ Α. Μίλικαν» στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Καλιφόρνια και συνιδρυτής του Ινστιτούτου της Σάντα Φε, είχε περάσει και αρκετά χρόνια στο CERN.

Εισήγαγε, ανεξάρτητα από τον Τζωρτζ Τσβάιχ, το πρότυπο των κουάρκ ως συστατικών όλων των αδρονίων, έχοντας πρώτα ταυτοποιήσει τη συμμετρία SU(3) για τα αδρόνια. Αυτή η συμμετρία θεωρείται σήμερα ότι κυβερνά τα ελαφρά κουάρκ, επεκτείνοντας το ισοσπίν ώστε να συμπεριλαμβάνει και την «παραδοξότητα», έναν κβαντικό αριθμό που ανακαλύφθηκε επίσης από τον Γκελ-Μαν.

Ο Γκελ-Μαν ανέπτυξε τη θεωρία V−A της ασθενούς αλληλεπιδράσεως σε συνεργασία με τον Φάινμαν. Τη δεκαετία του 1960 ο Γκελ-Μαν εισήγαγε την «άλγεβρα των ρευμάτων» ως μία μέθοδο συστηματικής εκμεταλλεύσεως των συμμετριών για την εξαγωγή προβλέψεων από τα μοντέλα των κουάρκ, καθώς δεν υπήρχε κάποια αξιόπιστη δυναμική θεωρία. Η μέθοδος αυτή οδήγησε σε ανεξάρτητους από το εκάστοτε πρότυπο κανόνες αθροίσεως που επιβεβαιώνονταν από το πείραμα και παρείχαν αφετηρίες για την ανάπτυξη της πρότυπης θεωρίας των στοιχειωδών σωματιδίων.

Από κοινού με τον Μωρίς Λεβύ, ο Γκελ-Μαν ανέπτυξε το πρότυπο σίγμα των πιονίων, το οποίο περιγράφει τις αλληλεπιδράσεις πιονίων χαμηλής ενέργειας. Τροποποιώντας το πρότυπο κουάρκ ακέραιου φορτίου των Μου-Γιανγκ Χαν και Γιοϊτσίρο Νάμπου, οι Χάραλντ Φριτς και Γκελ-Μαν υπήρξαν οι πρώτοι που κατέγραψαν την επικρατήσασα θεωρία που είναι γνωστή ως Κβαντική χρωμοδυναμική, παρότι δεν προέβλεψαν την ασυμπτωτική ελευθερία.

Ο Γκελ-Μαν είναι επίσης γνωστός για το ότι διεδραμάτισε σημαντικό ρόλο στο να διατηρήσει τη Θεωρία χορδών «ζωντανή» από τη δεκαετία του 1970 μέχρι τα μέσα της δεκαετίας του 1980, υποστηρίζοντας αυτή τη γραμμή θεωρητικής έρευνας σε μία εποχή κατά την οποία αυτή ήταν αντιδημοφιλής.

Οικογένεια και εκπαίδευση
Ο Μάρεϋ Γκελ-Μαν γεννήθηκε στο Μανχάταν από γονείς μετανάστες από την τότε Αυστροουγγρική Αυτοκρατορία, τους εβραϊκής καταγωγής Πωλίν Ράιχστάιν και Άρτουρ Ιζίντορ Γκελ-Μαν, οι οποίοι δίδασκαν την αγγλική ως δεύτερη γλώσσα.

Ωθούμενος από μία έντονη παιδική περιέργεια και αγάπη για τη φύση και για τα μαθηματικά, ο Γκελ-Μαν απεφοίτησε πρώτος στην τάξη του από το λύκειο και στη συνέχεια εγγράφηκε σε ηλικία 15 ετών στο Πανεπιστήμιο Γέιλ. Ως προπτυχιακός φοιτητής, συμμετέσχε στον φοιτητικό Διαγωνισμό Μαθηματικών William Lowell Putnam με την ομάδα του Γέιλ και κέρδισαν το δεύτερο βραβείο το 1947. Ο Γκελ-Μαν απεφοίτησε με πτυχίο φυσικής από το Γέιλ το 1948 και συνέχισε με μεταπτυχιακές σπουδές στη φυσική στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο Μασαχουσέτης (ΜΙΤ), από όπου πήρε το διδακτορικό του το 1951. Ο επιβλέπων το διδακτορικό του στο MIT ήταν ο Βίκτορ Βάισκοπφ.

Σταδιοδρομία και έρευνες
Το 1958 οι Γκελ-Μαν και Φάινμαν, παράλληλα με την ανεξάρτητη ομάδα των Τζωρτζ Σουνταρσάν και Ρόμπερτ Μάρσακ, ανεκάλυψαν τις μη ομότιμες δομές της ασθενούς αλληλεπιδράσεως, μία ανακάλυψη που ακολούθησε την πειραματική ανακάλυψη της παραβιάσεως της ομοτιμίας από την Τσιεν-Σιουνγκ Γου.

Οι μελέτες του Γκελ-Μαν κατά τη δεκαετία του 1950 περιελάμβαναν και κάποια σωματίδια που είχαν ανακαλυφθεί πρόσφατα στις κοσμικές ακτίνες και που σήμερα αποκαλούνται καόνια και υπερόνια. Η προσπάθεια να ταξινομήσει αυτά τα σωμάτια τον οδήγησε να προτείνει ότι ένας κβαντικός αριθμός που απεκάλεσε «παραδοξότητα» θα διατηρείτο κατά τις ισχυρές και ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις, αλλά όχι από τις ασθενείς. Μία άλλη από τις ιδέες του είναι η σχέση των Γκελ-Μαν και Οκούμπο, που αρχικώς βασιζόταν σε εμπειρικά αποτελέσματα, αλλά στη συνέχεια ερμηνεύθηκε θεωρητικά από το μοντέλο του για τα κουάρκ. Οι Γκελ-Μαν και Πάις συμμετείχαν στην ερμηνεία αρκετών αινιγματικών εκφάνσεων της φυσικής αυτών των σωματιδίων.

Το 1961 οι παραπάνω έρευνες οδήγησαν τον Γκελ-Μαν (και τον Καζουχίκο Νισιτζίμα) να εισαγάγει ένα ταξινομικό πρότυπο για τα αδρόνια, τα σωματίδια δηλαδή που αλληλεπιδρούν ισχυρώς. Αυτό το πρότυπο ερμηνεύεται σήμερα κομψά από το πρότυπο (μοντέλο) των κουάρκ. Ο Γκελ-Μαν αναφέρθηκε στο σχήμα αυτό με τον όρο «ο Οκταπλός δρόμος».

Το 1964 ο Γκελ-Μαν και ανεξάρτητα ο Τζωρτζ Τσβάιχ προχώρησαν στην ίδια λογική και υπέθεσαν την ύπαρξη των κουάρκ, σωματιδίων από τα οποία θα αποτελούνταν τα αδρόνια σε αυτό το σχήμα. Το όνομα «κουάρκ» δόθηκε από τον Γκελ-Μαν και προέρχεται από το μυθιστόρημα Finnegans Wake του Ιρλανδού Τζέιμς Τζόυς («Τρία κουάρκ για το Muster Mark!», βιβλίο 2, επεισόδιο 4), ενώ ο Τσβάιχ είχε αναφερθεί σε αυτά ως «άσους» (aces). Τα κουάρκ, τα αντικουάρκ και τα γλοιόνια καθιερώθηκαν σύντομα ως οι υποκείμενες στοιχειώδεις οντότητες στη μελέτη της δομής των αδρονίων. Μετά από αυτά, ο Γκελ-Μαν βραβεύθηκε με το Νόμπελ Φυσικής του 1969 «για τη συμβολή του και τις ανακαλύψεις σχετικά με την κατηγοριοποίηση των στοιχειωδών σωματιδίων και των αλληλεπιδράσεών τους».

Το 1972 οι Γκελ-Μαν και Χάραλντ Φριτς εισήγαγαν τον διατηρούμενο κβαντικό αριθμό «χρώμα» και αργότερα, από κοινού με τον Heinrich Leutwyler, επινόησαν τον όρο κβαντική χρωματοδυναμική (QCD) για τη θεωρία βαθμίδας που περιγράφει την ισχυρή αλληλεπίδραση. Το πρότυπο των κουάρκ αποτελεί μέρος της QCD και υπήρξε αρκετά ανθεκτικό ώστε να συμπεριλάβει και την ανακάλυψη νέων «γεύσεων» κουάρκ που υπερέβαιναν το σχήμα του «οκταπλού δρόμου».

Κατά τη δεκαετία του 1990, το ενδιαφέρον του Γκελ-Μαν στράφηκε στην αναδυόμενη μελέτη της πολυπλοκότητας. Διαδραμάτισε πρωταγωνιστικό ρόλο στην ίδρυση του Ινστιτούτου της Σάντα Φε, όπου εξακολουθεί να εργάζεται ως «διακεκριμένος καθηγητής».

Ο Γκελ-Μαν έχει γράψει ένα εκλαϊκευτικό βιβλίο για τα παραπάνω θέματα με τίτλο The Quark and the Jaguar: Adventures in the Simple and the Complex (= «Το κουάρκ και ο ιαγουάρος: Περιπέτειες στο απλό και το πολύπλοκο»). Ο τίτλος προήλθε από ένα στίχο ποιήματος του Κινεζοαμερικανού ποιητή Άρθουρ Ζε: «Ο κόσμος του κουάρκ έχει όλα τα κοινά με έναν ιαγουάρο που κάνει κύκλους μέσα στη νύχτα»

Ο συγγραφέας Τζων Τζόνσον έχει γράψει μία βιογραφία του Γκελ-Μαν υπό τον τίτλο Παράξενη ομορφιά: Ο Μάρεϋ Γκελ-Μαν και η επανάσταση στη Φυσική του 20ού αιώνα, την οποία ο ίδιος ο Γκελ-Μαν έχει επικρίνει ως ανακριβή. Αντιθέτως, ο φυσικός Φίλιπ Γουόρεν Άντερσον στο κεφάλαιό του για τον Γκελ-Μαν αναφέρει ότι η βιογραφία του Τζόνσον είναι υπέροχη.

Ακαδημαϊκές θέσεις
Ο Μάρεϋ Γκελ-Μαν ήταν μεταδιδακτορικός εταίρος στο Ινστιτούτο Προηγμένων Σπουδών το 1951 και επισκέπτης ερευνητής καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Ιλινόι στην Ουρμπάνα-Σαμπέιν από το 1952 ως το 1953 και στο Πανεπιστήμιο Κολούμπια. Στη συνέχεια διορίσθηκε αναπληρωτής καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Σικάγου το 1954 και το 1955 στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Καλιφόρνια, όπου δίδαξε μέχρι τη συνταξιοδότησή του το 1993.

Προσωπική ζωή
Ο Μάρεϋ Γκελ-Μαν είχε νυμφευθεί δύο φορές: πρώτα την Τζ. Μάργκαρετ Ντόου (J. Margaret Dow) το 1955 και μετά τον θάνατό της τη Μάρσια Σάουθγουικ (Marcia Southwick) το 1992. Από τον πρώτο γάμο του απέκτησε δύο τέκνα, την Ελίζαμπεθ Σάρα Γκελ-Μαν (γενν. 1956) και τον Νίκολας Γουέμπστερ Γκελ-Μαν (γενν. 1963), ενώ η Σάουθγουικ έχει ένα γιο, τον Νίκολας Southwick Levis, από προηγούμενο γάμο της.

Ο Γκελ-Μαν ασχολήθηκε στον ελεύθερο χρόνο του με την παρατήρηση πουλιών και τη συλλογή αντικών, ενώ είχε και θεωρητικά ενδιαφέροντα, όπως την ιστορική γλωσσολογία, την αρχαιολογία, τη φυσική ιστορία, την ψυχολογία της δημιουργικής σκέψης, θέματα σχετικά με τη βιολογική και πολιτιστική εξέλιξη, καθώς και με τη μάθηση. Μαζί με τον Σεργκέι Ανατόλιεβιτς Σταρόστιν, δημιούργησαν το «Πρόγραμμα για την εξέλιξη των ανθρώπινων γλωσσών» στο Ινστιτούτο της Σάντα Φε.

Ο Γκελ-Μαν συμμετείχε στη συντακτική επιτροπή της Encyclopædia Britannica. Το 1984 συνίδρυσε το Ινστιτούτο της Σάντα Φε, ένα μη κερδοσκοπικό ίδρυμα θεωρητικών ερευνών στη Σάντα Φε (Νέο Μεξικό) για τη μελέτη των πολύπλοκων συστημάτων και τη διάδοση της διακριτής διεπιστημονικής μελέτης της θεωρίας της πολυπλοκότητας.

Ανθρωπιστής και αγνωστικιστής, ο Γκελ-Μαν είχε δηλώσει ότι υποστήριζε τον Μπαράκ Ομπάμα για την προεδρία των ΗΠΑ τον Οκτώβριο του 2008.

Τιμητικές διακρίσεις
Μεταξύ των βραβείων και διακρίσεων που είχε λάβει ο Γκελ-Μαν είναι και:

 Βραβείο Νόμπελ Φυσικής (1969)
 Βραβείο Μαθηματικής Φυσικής Ντάνι Χάινεμαν (1959)
 Χρυσή Πλάκα της «Ακαδημίας των Επιτευγμάτων» (1962)
 Βραβείο Έρνεστ Ορλάντο Λώρενς (1966)
 Μετάλλιο Φραγκλίνου (1967)
 «Βραβείο Τζων Κάρτυ για την Προαγωγή της Επιστήμης» της Αμερικανικής Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών (1968)
 Αλλοδαπό μέλος της Βασιλικής Εταιρείας (1978).
 Μετάλλιο Άλμπερτ Αϊνστάιν (2005)
 «Ανθρωπιστής του έτους» από την American Humanist Association (2005)
 Μετάλλιο Χέλμχολτς της Ακαδημίας Επιστημών του Βερολίνου-Brandenberg (2014)

 Επίτιμος διδάκτορας των εξής Πανεπιστημίων:
 Πανεπιστήμιο Γέιλ, 1959
 Πανεπιστήμιο του Σικάγου, 1967
 Πανεπιστήμιο του Ιλινόι, 1968
 Πανεπιστήμιο Γουέσλην, 1968
 Πανεπιστήμιο του Τορίνο, 1969
 Πανεπιστήμιο της Γιούτα, 1970
 Πανεπιστήμιο Κολούμπια, 1977
 Πανεπιστήμιο του Κέμπριτζ, 1980
 Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης, 1992
 Πανεπιστήμιο της Φλόριντα, 1994

Παραπομπές

Βιβλιογραφία
 Βιογραφία και πηγές, από το Γραφείο Επιστημονικών και Τεχνικών Πληροφοριών του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ
 
 
 Ο Μ. Γκελ-Μαν διηγείται την ιστορία της ζωής του
 Ιστοσελίδα της «Παράξενης ομορφιάς»
 Η δημιουργία ενός φυσικού: Μία συνομιλία με τον Μάρεϋ Γκελ-Μαν
 
 «Ο άνθρωπος με τους 5 εγκεφάλους»
 «The Simple and the Complex, Part I: The Quantum and the Quasi-Classical» με τον Murray Gell-Mann, Ph.D.
 Βιογραφία στον ιστότοπο των Βραβείων Νόμπελ

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

 Στατιστικά των δημοσιεύσεών του
 Ιστοσελίδα του στο Ινστιτούτο της Σάντα Φε
 Ομιλίες του στο TED:
 «Beauty, truth and ... physics?» (TED2007)
 «The ancestor of language» (TED2007)
 Συνέντευξη στην «Ακαδημία των Επιτευγμάτων» το 1990
 Ο Γκελ-Μαν μιλάει για τα κουάρκ

Αμερικανοί φυσικοί
Βραβευμένοι με Νόμπελ Φυσικής
Αμερικανοί νομπελίστες
Αγνωστικιστές
Αμερικανοεβραίοι επιστήμονες
Αμερικανοί σκεπτικιστές
Πυρηνικοί φυσικοί