Eugene Paul Wigner ( en húngaro : Wigner Jenő Pál , pronunciado [ˈviɡnɛr ˈjɛnøː ˈpaːl] ; 17 de noviembre de 1902 - 1 de enero de 1995) fue un físico teórico húngaro-estadounidense que también contribuyó a la física matemática . Recibió el Premio Nobel de Física en 1963 "por sus contribuciones a la teoría del núcleo atómico y las partículas elementales , particularmente a través del descubrimiento y la aplicación de los principios fundamentales de simetría". [1]
Wigner, graduado de la Technical Hochschule Berlin (actualmente Technische Universität Berlin), trabajó como asistente de Karl Weissenberg y Richard Becker en el Instituto Kaiser Wilhelm de Berlín, y de David Hilbert en la Universidad de Göttingen . Wigner y Hermann Weyl fueron los responsables de introducir la teoría de grupos en la física, en particular la teoría de la simetría en física . En el camino realizó un trabajo pionero en matemáticas puras, en el que fue autor de varios teoremas matemáticos . En particular, el teorema de Wigner es una piedra angular en la formulación matemática de la mecánica cuántica . También es conocido por su investigación sobre la estructura del núcleo atómico . En 1930, la Universidad de Princeton reclutó a Wigner, junto con John von Neumann , y se mudó a los Estados Unidos, donde obtuvo la ciudadanía en 1937.
Wigner participó en una reunión con Leo Szilard y Albert Einstein que dio como resultado la carta Einstein-Szilard , que impulsó al presidente Franklin D. Roosevelt a autorizar la creación del Comité Asesor sobre Uranio con el propósito de investigar la viabilidad de las armas nucleares . Wigner temía que el proyecto de armas nucleares alemán desarrollara primero una bomba atómica. Durante el Proyecto Manhattan, dirigió un equipo cuya tarea era diseñar reactores nucleares para convertir el uranio en plutonio de grado armamentístico . En ese momento, los reactores existían solo en el papel, y ningún reactor había alcanzado aún su estado crítico . Wigner estaba decepcionado de que a DuPont se le diera la responsabilidad del diseño detallado de los reactores, no solo de su construcción. Se convirtió en director de investigación y desarrollo en el Laboratorio Clinton (ahora Laboratorio Nacional de Oak Ridge ) a principios de 1946, pero se frustró con la interferencia burocrática de la Comisión de Energía Atómica , y regresó a Princeton.
En el período de posguerra, sirvió en varios organismos gubernamentales, incluyendo la Oficina Nacional de Normas de 1947 a 1951, el panel de matemáticas del Consejo Nacional de Investigación de 1951 a 1954, el panel de física de la Fundación Nacional de Ciencias , y el influyente Comité Asesor General de la Comisión de Energía Atómica de 1952 a 1957 y nuevamente de 1959 a 1964. Más tarde, se volvió más filosófico y publicó La irrazonable efectividad de las matemáticas en las ciencias naturales , su trabajo más conocido fuera de las matemáticas técnicas y la física.
Wigner Jenő Pál nació en Budapest , Austria-Hungría el 17 de noviembre de 1902, de padres judíos de clase media , Elisabeth Elsa Einhorn y Antal Anton Wigner, un curtidor de cuero. Tenía una hermana mayor, Berta, conocida como Biri, y una hermana menor, Margit, conocida como Manci, [2] que más tarde se casó con el físico teórico británico Paul Dirac . [3] Fue educado en casa por un maestro profesional hasta la edad de 9 años, cuando comenzó la escuela en el tercer grado. Durante este período, Wigner desarrolló un interés en los problemas matemáticos. [4] A la edad de 11 años, Wigner contrajo lo que sus médicos creyeron que era tuberculosis . Sus padres lo enviaron a vivir durante seis semanas en un sanatorio en las montañas austríacas, antes de que los médicos concluyeran que el diagnóstico era erróneo. [5]
La familia de Wigner era judía, pero no practicaba la religión, y su Bar Mitzvah fue secular. Desde 1915 hasta 1919, estudió en la escuela secundaria llamada Fasori Evangélikus Gimnázium , la escuela a la que había asistido su padre. La educación religiosa era obligatoria y asistía a clases de judaísmo impartidas por un rabino. [6] Un compañero de estudios fue János von Neumann , que estaba un año por detrás de Wigner. Ambos se beneficiaron de la instrucción del destacado profesor de matemáticas László Rátz . [7] En 1919, para escapar del régimen comunista de Béla Kun , la familia Wigner huyó brevemente a Austria, regresando a Hungría después de la caída de Kun. [8] En parte como reacción a la prominencia de los judíos en el régimen de Kun, la familia se convirtió al luteranismo . [9] Wigner explicó más tarde en su vida que su decisión familiar de convertirse al luteranismo "no fue en el fondo una decisión religiosa, sino anticomunista". [9]
Después de graduarse de la escuela secundaria en 1920, Wigner se inscribió en la Universidad de Ciencias Técnicas de Budapest , conocida como Műegyetem . No estaba contento con los cursos que se ofrecían, [10] y en 1921 se inscribió en la Technische Hochschulein Berlin (ahora Technische Universität Berlin ), donde estudió ingeniería química . [11] También asistió a los coloquios de los miércoles por la tarde de la Sociedad Alemana de Física . Estos coloquios presentaban a investigadores destacados como Max Planck , Max von Laue , Rudolf Ladenburg , Werner Heisenberg , Walther Nernst , Wolfgang Pauli y Albert Einstein . [12] Wigner también conoció al físico Leó Szilárd , quien de inmediato se convirtió en el amigo más cercano de Wigner. [13] Una tercera experiencia en Berlín fue formativa. Wigner trabajó en el Instituto Kaiser Wilhelm de Química Física y Electroquímica (actualmente Instituto Fritz Haber ), y allí conoció a Michael Polanyi , quien se convirtió, después de László Rátz , en el mayor maestro de Wigner. Polanyi supervisó la tesis de doctorado de Wigner , Bildung und Zerfall von Molekülen ("Formación y desintegración de moléculas"). [14]
Wigner regresó a Budapest, donde fue a trabajar en la curtiduría de su padre, pero en 1926 aceptó una oferta de Karl Weissenberg en el Instituto Kaiser Wilhelm de Berlín. Weissenberg quería a alguien que lo ayudara con su trabajo en cristalografía de rayos X , y Polanyi le había recomendado a Wigner. Después de seis meses como asistente de Weissenberg, Wigner fue a trabajar para Richard Becker durante dos semestres. Wigner exploró la mecánica cuántica , estudiando el trabajo de Erwin Schrödinger . También profundizó en la teoría de grupos de Ferdinand Frobenius y Eduard Ritter von Weber . [15]
Wigner recibió una solicitud de Arnold Sommerfeld para trabajar en la Universidad de Göttingen como asistente del gran matemático David Hilbert . Esto resultó una decepción, ya que las habilidades del anciano Hilbert estaban fallando y sus intereses se habían desplazado hacia la lógica. Wigner, no obstante, estudió de forma independiente. [16] Sentó las bases para la teoría de simetrías en mecánica cuántica y en 1927 introdujo lo que ahora se conoce como la matriz D de Wigner . [17] Wigner y Hermann Weyl fueron los responsables de introducir la teoría de grupos en la mecánica cuántica. Este último había escrito un texto estándar, Teoría de grupos y mecánica cuántica (1928), pero no era fácil de entender, especialmente para los físicos más jóvenes. La Teoría de grupos y su aplicación a la mecánica cuántica de los espectros atómicos (1931) de Wigner hizo que la teoría de grupos fuera accesible a un público más amplio. [18]
En estos trabajos, Wigner sentó las bases de la teoría de simetrías en mecánica cuántica . [19] El teorema de Wigner , demostrado por él en 1931, es una piedra angular de la formulación matemática de la mecánica cuántica . El teorema especifica cómo se representan las simetrías físicas como las rotaciones, las traslaciones y la simetría CPT en el espacio de Hilbert de estados . Según el teorema, cualquier transformación de simetría se representa mediante una transformación lineal y unitaria o antilineal y antiunitaria del espacio de Hilbert. La representación de un grupo de simetría en un espacio de Hilbert es una representación ordinaria o una representación proyectiva . [20] [21]
A finales de los años 30, Wigner amplió su investigación a los núcleos atómicos. En 1929, sus artículos llamaban la atención en el mundo de la física. En 1930, la Universidad de Princeton contrató a Wigner para una cátedra de un año, por un salario siete veces superior al que había estado recibiendo en Europa. Princeton contrató a von Neumann al mismo tiempo. Jenő Pál Wigner y János von Neumann habían colaborado en tres artículos juntos en 1928 y dos en 1929. Anglicizaron sus nombres de pila a "Eugene" y "John", respectivamente. [22] Cuando terminó su año, Princeton les ofreció un contrato de cinco años como profesores visitantes durante la mitad del año. La Technische Hochschule respondió con una asignación de enseñanza para la otra mitad del año. Esto fue muy oportuno, ya que los nazis pronto subieron al poder en Alemania. [23] En Princeton en 1934, Wigner presentó a su hermana Margit "Manci" Wigner al físico Paul Dirac , con quien se volvió a casar. [24]
Princeton no volvió a contratar a Wigner cuando su contrato expiró en 1936. [25] A través de Gregory Breit , Wigner encontró un nuevo empleo en la Universidad de Wisconsin . Allí conoció a su primera esposa, Amelia Frank, que era estudiante de física allí. Sin embargo, ella murió inesperadamente en 1937, dejando a Wigner angustiado. Por lo tanto, aceptó una oferta en 1938 de Princeton para regresar allí. [26] Wigner se convirtió en ciudadano naturalizado de los Estados Unidos el 8 de enero de 1937 y trajo a sus padres a los Estados Unidos. [27]
Aunque era un aficionado político declarado, el 2 de agosto de 1939 participó en una reunión con Leó Szilárd y Albert Einstein que dio como resultado la carta Einstein-Szilárd , que impulsó al presidente Franklin D. Roosevelt a autorizar la creación del Comité Asesor sobre Uranio con el propósito de investigar la viabilidad de las bombas atómicas . [28] Wigner temía que el proyecto de armas nucleares alemán desarrollara primero una bomba atómica, e incluso se negó a que le tomaran las huellas dactilares porque podrían usarse para rastrearlo si Alemania ganaba. [29] "Los pensamientos de ser asesinado", recordó más tarde, "centran tu mente maravillosamente". [29]
El 4 de junio de 1941, Wigner se casó con su segunda esposa, Mary Annette Wheeler, profesora de física en el Vassar College , que había completado su doctorado en la Universidad de Yale en 1932. Después de la guerra, enseñó física en la facultad del Douglass College de la Universidad Rutgers en Nueva Jersey hasta su jubilación en 1964. Permanecieron casados hasta su muerte en noviembre de 1977. [30] [31] Tuvieron dos hijos, David Wigner y Martha Wigner Upton. [32]
Durante el Proyecto Manhattan, Wigner dirigió un equipo que incluía a J. Ernest Wilkins Jr. , Alvin M. Weinberg , Katharine Way , Gale Young y Edward Creutz . La tarea del grupo era diseñar los reactores nucleares de producción que convertirían el uranio en plutonio apto para armas. En ese momento, los reactores existían solo en el papel y ninguno había alcanzado aún su estado crítico . En julio de 1942, Wigner eligió un diseño conservador de 100 MW, con un moderador de neutrones de grafito y refrigeración por agua. [33] Wigner estuvo presente en una cancha de raqueta reconvertida debajo de las gradas del abandonado Stagg Field de la Universidad de Chicago el 2 de diciembre de 1942, cuando el primer reactor atómico del mundo, Chicago Pile One (CP-1), logró una reacción nuclear en cadena controlada . [34]
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Wigner estaba decepcionado de que a DuPont se le diera la responsabilidad del diseño detallado de los reactores, no solo de su construcción. Amenazó con dimitir en febrero de 1943, pero el director del Laboratorio Metalúrgico , Arthur Compton , lo disuadió y lo envió de vacaciones. Resultó que una decisión de diseño de DuPont de darle al reactor tubos de carga adicionales para más uranio salvó el proyecto cuando el envenenamiento por neutrones se convirtió en un problema. [35] Sin los tubos adicionales, el reactor podría haber funcionado al 35% de su potencia hasta que se quemaran las impurezas de boro en el grafito y se produjera suficiente plutonio para hacer funcionar el reactor a plena potencia; pero esto habría retrasado el proyecto un año. [36] Durante la década de 1950, incluso trabajaría para DuPont en el sitio del río Savannah . [35] Wigner no se arrepintió de trabajar en la bomba, [37] comentando: [38]
De hecho, lo que lamento es que no se haya hecho antes. Si hubiéramos empezado a intentar controlar seriamente la fisión en 1939, podríamos haber tenido una bomba atómica en el invierno de 1943-1944. En aquel momento, el ejército de Stalin todavía estaba atrincherado en Stalingrado. A mediados de 1945, cuando utilizamos por primera vez la bomba, ya habían invadido gran parte de Europa central. La Conferencia de Yalta habría producido un documento mucho menos favorable a Rusia, e incluso la China comunista podría haber sufrido un revés. Así que no me arrepiento de haber contribuido a construir la bomba.
Un descubrimiento importante que Wigner hizo durante el proyecto fue el efecto Wigner , que consiste en una hinchazón del moderador de grafito causada por el desplazamiento de átomos por la radiación de neutrones . [39] El efecto Wigner fue un problema grave para los reactores de la planta de Hanford en el período inmediatamente posterior a la guerra y dio lugar a recortes de producción y al cierre total de un reactor. [40] Finalmente se descubrió que se podía superar mediante un calentamiento y recocido controlados. [41]
Gracias a la financiación del Proyecto Manhattan, Wigner y Leonard Eisenbud también desarrollaron un importante enfoque general de las reacciones nucleares, la teoría de la matriz R de Wigner-Eisenbud, que se publicó en 1947. [42]
Wigner fue elegido miembro de la Sociedad Filosófica Americana en 1944 y de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos en 1945. [43] [44] Aceptó un puesto como director de investigación y desarrollo en el Laboratorio Clinton (ahora el Laboratorio Nacional de Oak Ridge ) en Oak Ridge, Tennessee a principios de 1946. Debido a que no quería involucrarse en tareas administrativas, se convirtió en codirector del laboratorio, con James Lum manejando las tareas administrativas como director ejecutivo. [45] Cuando la recién creada Comisión de Energía Atómica (AEC) se hizo cargo de las operaciones del laboratorio a principios de 1947, Wigner temía que muchas de las decisiones técnicas se tomarían en Washington. [46] También vio la continuación de las políticas de seguridad en tiempos de guerra del Ejército en el laboratorio como un "descuido entrometido", que interfería con la investigación. [47] Uno de esos incidentes ocurrió en marzo de 1947, cuando la AEC descubrió que los científicos de Wigner estaban realizando experimentos con una masa crítica de uranio-235 cuando el director del Proyecto Manhattan, el mayor general Leslie R. Groves, Jr. , había prohibido tales experimentos en agosto de 1946 después de la muerte de Louis Slotin en el Laboratorio de Los Álamos . Wigner argumentó que la orden de Groves había sido reemplazada, pero se vio obligado a terminar los experimentos, que eran completamente diferentes del que mató a Slotin. [48]
Sintiéndose inadecuado para un papel directivo en un entorno así, dejó Oak Ridge en 1947 y regresó a la Universidad de Princeton, [49] aunque mantuvo un papel de consultor en la instalación durante muchos años. [46] En el período de posguerra, sirvió en varios organismos gubernamentales, incluyendo la Oficina Nacional de Normas de 1947 a 1951, el panel de matemáticas del Consejo Nacional de Investigación de 1951 a 1954, el panel de física de la Fundación Nacional de Ciencias y el influyente Comité Asesor General de la Comisión de Energía Atómica de 1952 a 1957 y nuevamente de 1959 a 1964. [50] También contribuyó a la defensa civil . [51]
Wigner fue elegido miembro de la Academia Estadounidense de las Artes y las Ciencias en 1950. [52]
Hacia el final de su vida, los pensamientos de Wigner se tornaron más filosóficos. En 1960, publicó un artículo ahora clásico sobre la filosofía de las matemáticas y de la física, que se ha convertido en su trabajo más conocido fuera de las matemáticas técnicas y la física, " La irrazonable efectividad de las matemáticas en las ciencias naturales ". [53] Argumentó que la biología y la cognición podrían ser el origen de los conceptos físicos, tal como los percibimos los humanos, y que la feliz coincidencia de que las matemáticas y la física estuvieran tan bien emparejadas parecía ser "irrazonable" y difícil de explicar. [53] Su artículo original ha provocado e inspirado muchas respuestas en una amplia gama de disciplinas. Entre ellas, Richard Hamming en Ciencias de la Computación, [54] Arthur Lesk en Biología Molecular, [55] Peter Norvig en minería de datos, [56] Max Tegmark en Física, [57] Ivor Grattan-Guinness en Matemáticas, [58] y Vela Velupillai en Economía. [59]
En cuanto a las cuestiones filosóficas sobre la teoría de la mecánica cuántica, Wigner desarrolló un experimento mental (más tarde llamado la paradoja del amigo de Wigner ) para ilustrar su creencia de que la conciencia es fundamental para el proceso de medición de la mecánica cuántica . De este modo, siguió un enfoque ontológico que coloca la conciencia humana en el centro: "Todo lo que la mecánica cuántica pretende proporcionar son conexiones de probabilidad entre impresiones posteriores (también llamadas 'apercepciones') de la conciencia". [60]
Las mediciones se entienden como las interacciones que crean las impresiones en nuestra conciencia (y como resultado modifican la función de onda del sistema físico "medido"), una idea que se ha llamado la interpretación de que "la conciencia causa colapso ".
Curiosamente, Hugh Everett III (un alumno de Wigner) analizó el experimento mental de Wigner en la parte introductoria de su tesis de 1957 como un " drama divertido, pero extremadamente hipotético ". [61] En un borrador inicial del trabajo de Everett, también se encuentra un dibujo de la situación del amigo de Wigner, [62] que debe considerarse como la primera evidencia en papel del experimento mental que luego se atribuyó a Wigner. Esto sugiere que Everett debe haber discutido el problema al menos junto con Wigner.
En noviembre de 1963, Wigner pidió que se destinara el 10% del presupuesto nacional de defensa a la construcción de refugios contra explosiones nucleares y recursos de supervivencia, argumentando que un gasto de ese tipo sería menos costoso que el desarme. Wigner consideró que la conclusión de un reciente estudio de Woods Hole de que un ataque nuclear mataría al 20% de los estadounidenses era una proyección muy modesta y que el país podría recuperarse de un ataque de ese tipo más rápidamente de lo que Alemania se había recuperado de la devastación de la Segunda Guerra Mundial. [63]
Wigner recibió el Premio Nobel de Física en 1963 "por sus contribuciones a la teoría del núcleo atómico y las partículas elementales , particularmente a través del descubrimiento y la aplicación de los principios fundamentales de simetría". [1] El premio fue compartido ese año, con la otra mitad del premio dividida entre Maria Goeppert-Mayer y J. Hans D. Jensen . [1] Wigner confesó que nunca había considerado la posibilidad de que esto pudiera ocurrir, y agregó: "Nunca esperé que mi nombre apareciera en los periódicos sin hacer algo malvado". [64] También ganó la Medalla Franklin en 1950, [65] el premio Enrico Fermi en 1958, [66] el Premio Átomos para la Paz en 1959, [67] la Medalla Max Planck en 1961, [68] la Medalla Nacional de Ciencias en 1969, [69] el Premio Albert Einstein en 1972, [70] el Premio Golden Plate de la Academia Americana de Logros en 1974, [71] la Medalla Wigner homónima en 1978, [72] y el Premio Herzl en 1982. En 1968 dio la conferencia Josiah Willard Gibbs . [73] [74]
Después de su retiro de Princeton en 1971, Wigner preparó la primera edición de Simetrías y reflexiones, una colección de ensayos filosóficos, y se involucró más en reuniones internacionales y políticas; alrededor de esta época se convirtió en un líder [75] y defensor vocal [76] de la Conferencia Internacional anual de la Iglesia de la Unificación sobre la Unidad de las Ciencias .
Mary murió en noviembre de 1977. En 1979, Wigner se casó con su tercera esposa, Eileen Clare-Patton (Pat) Hamilton, la viuda del físico Donald Ross Hamilton, decano de la escuela de posgrado de la Universidad de Princeton, que había muerto en 1972. [77] En 1992, a la edad de 90 años, publicó sus memorias, The Recollections of Eugene P. Wigner with Andrew Szanton . En ellas, Wigner dijo: "El significado completo de la vida, el significado colectivo de todos los deseos humanos, es fundamentalmente un misterio que está más allá de nuestro alcance. Cuando era joven, me irritaba esta situación. Pero ahora he hecho las paces con ella. Incluso siento un cierto honor de estar asociado con tal misterio". [78] En su colección de ensayos 'Reflexiones y síntesis filosóficas' (1995), comentó: "No era posible formular las leyes de la mecánica cuántica de una manera totalmente consistente sin referencia a la conciencia". [79]
Wigner fue reconocido como miembro del consejo asesor de la Western Goals Foundation , una agencia privada de inteligencia doméstica creada en los EE. UU. en 1979 para "llenar el vacío crítico causado por la paralización del FBI , la desactivación del Comité de Actividades Antiamericanas de la Cámara de Representantes y la destrucción de archivos cruciales del gobierno". [80]
Wigner murió de neumonía en el Centro Médico Universitario de Princeton, Nueva Jersey, el 1 de enero de 1995. [81]
Oak Ridge en ese momento estaba tan terriblemente burocratizado que lamento decir que no lo podía soportar.
