Ahli fizikJermanPemenang Pingat Max PlanckAhli akademik

Rudolf Haag

German theoretical physicist Rudolf Haag pioneered foundational axiomatic quantum field theory and advanced quantum statistical mechanics.

1. Biografi

Rudolf Haag.
Rudolf Haag.

Rudolf Haag dilahirkan pada 17 Ogos 1922, di Tübingen, sebuah bandar universiti di tengah Baden-Württemberg, Jerman.

1.1. Kehidupan Awal dan Latar Belakang

Keluarga Haag tergolong dalam kelas menengah berbudaya. Ibunya ialah penulis dan ahli politik Anna Haag, manakala bapanya, Albert Haag, merupakan seorang guru matematik di sebuah Gimnasium. Selepas menamatkan pengajian sekolah tinggi pada tahun 1939, beliau melawat kakaknya di London sejurus sebelum bermulanya Perang Dunia Kedua. Semasa perang, beliau ditahan sebagai warganegara musuh dan menghabiskan masa di kem tahanan awam Jerman di Manitoba, Kanada. Di sana, beliau menggunakan masa lapangnya selepas kerja wajib harian untuk belajar fizik dan matematik secara autodidaktik.

1.2. Pendidikan dan Laluan Akademik

Selepas perang, Haag kembali ke Jerman dan mendaftar di Universiti Teknik Stuttgart pada tahun 1946, di mana beliau lulus sebagai ahli fizik pada tahun 1948. Pada tahun 1951, beliau menerima ijazah kedoktorannya di Universiti Munich di bawah penyeliaan Fritz Bopp dan menjadi pembantunya sehingga tahun 1956. Tesis kedoktorannya bertajuk {{lang|de|Die korrespondenzmässige Methode in der Theorie der Elementarteilchen|}}. Pada April 1953, beliau menyertai kumpulan kajian teori CERN di Copenhagen, yang dihoskan oleh Institut Niels Bohr kerana makmal di Geneva masih dalam pembinaan. Selepas setahun, beliau kembali ke jawatan pembantunya di Munich dan menamatkan habilitasi Jerman pada tahun 1954. Tesis habilitasinya bertajuk {{lang|en|On Quantum field theories|}}. Dari tahun 1956 hingga 1957, beliau bekerja dengan Werner Heisenberg di Institut Max Planck untuk Fizik di Göttingen.

1.3. Kerjaya Akademik dan Pelantikan

Dari tahun 1957 hingga 1959, Haag merupakan profesor pelawat di Universiti Princeton, dan dari tahun 1959 hingga 1960, beliau bekerja di Universiti Marseille. Beliau menjadi profesor Fizik di Universiti Illinois Urbana-Champaign pada tahun 1960. Pada tahun 1965, beliau dan Res Jost mengasaskan jurnal Communications in Mathematical Physics, di mana Haag kekal sebagai ketua editor pertama sehingga tahun 1973. Pada tahun 1966, beliau menerima jawatan profesor fizik teori di Universiti Hamburg, tempat beliau kekal sehingga bersara pada tahun 1987. Selepas bersara, beliau menumpukan perhatian kepada konsep peristiwa fizikal kuantum.

2. Sumbangan Saintifik

Rudolf Haag membuat sumbangan saintifik yang signifikan dalam fizik teori, terutamanya dalam teori medan kuantum dan bidang berkaitan.

2.1. Asas Teori Medan Kuantum

Penyelidikan perintisnya menumpukan pada pendekatan aksiomatik dan teori-teori teras dalam teori medan kuantum.

2.1.1. Teorem Haag dan Teori Selerakan

Pada awal kerjayanya, Haag menyumbang secara signifikan kepada konsep teori medan kuantum, termasuk Teorem Haag. Teorem ini menyatakan bahawa perwakilan ruang Fock yang biasa tidak boleh digunakan untuk menggambarkan medan kuantum relativistik yang berinteraksi dengan hubungan komutasi kanonikal, dan memerlukan perwakilan ruang Hilbert medan yang tidak setara. Ini membawa kepada kesimpulan bahawa gambaran interaksi mekanik kuantum tidak wujud dalam teori medan kuantum, yang memerlukan pendekatan baharu untuk menggambarkan proses selerakan zarah. Dalam tahun-tahun berikutnya, Haag membangunkan apa yang dikenali sebagai teori selerakan Haag-Ruelle.

2.1.2. Teori Medan Kuantum Aksiomatik dan Algebraik

Semasa kerja ini, Haag menyedari bahawa hubungan tegar antara medan dan zarah yang telah dipostulatkan sehingga ketika itu tidak wujud. Beliau berpendapat bahawa tafsiran zarah harus berdasarkan prinsip kelokalan Albert Einstein, yang menetapkan operator kepada kawasan ruang masa. Wawasan ini akhirnya dirumuskan dalam aksiom Haag-Kastler untuk pemerhatian tempatan teori medan kuantum. Rangka kerja ini menggunakan elemen teori algebra operator dan oleh itu dirujuk sebagai teori medan kuantum algebraik atau, dari sudut fizikal, sebagai fizik kuantum tempatan.

Konsep ini terbukti berkesan untuk memahami sifat-sifat asas mana-mana teori dalam ruang Minkowski empat dimensi. Tanpa membuat andaian tentang medan perubahan cas yang tidak dapat diperhatikan, Haag, dengan kerjasama Sergio Doplicher dan John E. Roberts, menjelaskan struktur yang mungkin bagi sektor superseleksi pemerhatian dalam teori dengan daya jarak dekat. Sektor-sektor ini sentiasa boleh digabungkan antara satu sama lain, setiap sektor memenuhi sama ada statistik para-Bose atau para-Fermi, dan untuk setiap sektor terdapat sektor konjugat. Wawasan ini sepadan dengan sifat penambahan cas dalam tafsiran zarah, alternatif Bose-Fermi untuk statistik zarah, dan kewujudan antizarah. Dalam kes khas sektor mudah, kumpulan tolok global dan medan pembawa cas, yang boleh menjana semua sektor daripada keadaan vakum, telah dibina semula daripada pemerhatian. Hasil ini kemudiannya digeneralisasikan untuk sektor sewenang-wenangnya dalam teorem dualiti Doplicher-Roberts. Aplikasi kaedah ini kepada teori dalam ruang berdimensi rendah juga membawa kepada pemahaman tentang kejadian statistik kumpulan jalinan dan kumpulan kuantum.

2.2. Mekanik Statistik Kuantum

Dalam mekanik statistik kuantum, Haag, bersama-sama dengan Nicolaas Marinus Hugenholtz dan Marinus Winnink, berjaya menggeneralisasikan pencirian keadaan keseimbangan terma Josiah Willard Gibbs-John von Neumann menggunakan syarat KMS (dinamakan sempena Ryogo Kubo, Paul C. Martin, dan Julian Schwinger) sedemikian rupa sehingga ia meluas kepada sistem tak terhingga dalam had termodinamik. Ternyata syarat ini juga memainkan peranan penting dalam teori algebra von Neumann dan menghasilkan teori Tomita-Takesaki. Teori ini telah terbukti menjadi elemen pusat dalam analisis struktur dan baru-baru ini juga dalam pembinaan model teori medan kuantum konkrit. Bersama-sama dengan Daniel Kastler dan Ewa Trych-Pohlmeyer, Haag juga berjaya memperoleh syarat KMS daripada sifat kestabilan keadaan keseimbangan terma. Bersama-sama dengan Huzihiro Araki, Daniel Kastler, dan Masamichi Takesaki, beliau juga membangunkan teori potensi kimia dalam konteks ini.

2.3. Teori Medan Kuantum dalam Ruang Masa Melengkung

Rangka kerja yang dicipta oleh Haag dan Kastler untuk mengkaji teori medan kuantum dalam ruang Minkowski boleh dipindahkan kepada teori dalam ruang masa melengkung. Dengan bekerja bersama Klaus Fredenhagen, Heide Narnhofer, dan Ulrich Stein, Haag membuat sumbangan penting kepada pemahaman kesan Unruh dan sinaran Hawking.

2.4. Supersimetri dan Sumbangan Teoretikal Lain

Haag mempunyai rasa tidak percaya tertentu terhadap apa yang dianggapnya sebagai perkembangan spekulatif dalam fizik teori, seperti teori rentetan, dengan alasan salah faham konsep zarah dalam rangka kerja konvensional teori medan kuantum. Namun begitu, beliau kadangkala menangani soalan-soalan sedemikian. Sumbangan yang paling terkenal ialah teorem Haag-Łopuszański-Sohnius, yang mengelaskan supersimetri yang mungkin bagi matriks S yang tidak diliputi oleh teorem Coleman-Mandula. Teorem Sidney Coleman dan Jeffrey Mandula mengecualikan gandingan bukan remeh kumpulan simetri dalaman bosonik dengan simetri geometri (kumpulan Poincaré). Supersimetri, sebaliknya, membenarkan gandingan sedemikian. Selepas bersara, beliau juga bekerja pada konsep peristiwa fizikal kuantum.

3. Kehidupan Peribadi

Haag mengembangkan minat dalam muzik pada usia awal. Beliau mula belajar biola, tetapi kemudiannya lebih gemar piano, yang dimainkannya hampir setiap hari. Pada tahun 1948, Haag berkahwin dengan Käthe Fues, salah seorang anak perempuan ahli fizik teori Jerman Erwin Fues. Mereka mempunyai empat orang anak: Albert, Friedrich, Elisabeth, dan Ulrich. Selepas bersara, beliau berpindah bersama isteri keduanya, Barbara Klie, ke Schliersee, sebuah perkampungan pastoral di pergunungan Bavaria.

4. Kematian

Rudolf Haag meninggal dunia pada 5 Januari 2016, di Fischhausen-Neuhaus, di selatan Bavaria.

5. Anugerah dan Penghormatan

Pada tahun 1970, Haag menerima Pingat Max Planck atas pencapaian cemerlang dalam fizik teori. Pada tahun 1997, beliau dianugerahkan Hadiah Henri Poincaré oleh Persatuan Antarabangsa Fizik Matematik atas sumbangan asasnya kepada teori medan kuantum sebagai salah seorang pengasas formulasi modennya.

Sejak tahun 1980, Haag menjadi ahli Akademi Sains Kebangsaan Jerman Leopoldina. Beliau juga menjadi ahli Akademi Sains Göttingen sejak tahun 1981. Selain itu, beliau merupakan ahli bersekutu Akademi Sains Bavaria sejak tahun 1979 dan Akademi Sains Austria sejak tahun 1987.

6. Penerbitan

Rudolf Haag menerbitkan sebuah buku teks yang berpengaruh dan banyak kertas kerja saintifik.

6.1. Buku Teks

  • Haag, Rudolf (1996). Local quantum physics: Fields, particles, algebras. Edisi ke-2. Springer-Verlag Berlin Heidelberg. ISBN 978-3-540-61049-6.

6.2. Karya Saintifik Terpilih

  • Haag, Rudolf (1955). "On quantum field theories". Dan. Mat. Fys. Medd.. Jilid 29, Bilangan 12, halaman 1-37. (Mengenai Teorem Haag.)
  • Haag, Rudolf (1958). "Quantum field theories with composite particles and asymptotic conditions". Physical Review. Jilid 112, Bilangan 2, halaman 669-673. (Mengenai teori selerakan Haag-Ruelle.)
  • Haag, Rudolf; Kastler, Daniel (1964). "An Algebraic approach to quantum field theory". Journal of Mathematical Physics. Jilid 5, Bilangan 7, halaman 848-861. (Mengenai aksiom Haag-Kastler.)
  • Doplicher, Sergio; Haag, Rudolf; Roberts, John E. (1971). "Local observables and particle statistics. 1". Communications in Mathematical Physics. Jilid 23, Bilangan 3, halaman 199-230.
  • Doplicher, Sergio; Haag, Rudolf; Roberts, John E. (1974). "Local observables and particle statistics. 2". Communications in Mathematical Physics. Jilid 35, Bilangan 1, halaman 49-85. (Mengenai analisis Doplicher-Haag-Roberts tentang struktur superseleksi.)
  • Haag, Rudolf; Hugenholtz, Nico M.; Winnink, Marius (1967). "On the Equilibrium states in quantum statistical mechanics". Communications in Mathematical Physics. Jilid 5, Bilangan 3, halaman 215-236. (Mengenai syarat KMS.)
  • Haag, Rudolf; Kastler, Daniel; Trych-Pohlmeyer, Ewa B. (1974). "Stability and equilibrium states". Communications in Mathematical Physics. Jilid 38, Bilangan 3, halaman 173-193. (Mengenai kestabilan dan syarat KMS.)
  • Araki, Huzihiro; Kastler, Daniel; Takesaki, Masamichi; Haag, Rudolf (1977). "Extension of KMS States and Chemical Potential". Communications in Mathematical Physics. Jilid 53, Bilangan 2, halaman 97-134. (Mengenai syarat KMS dan potensi kimia.)
  • Haag, Rudolf; Narnhofer, Heide; Stein, Ulrich (1984). "On Quantum Field Theory in Gravitational Background". Communications in Mathematical Physics. Jilid 94, Bilangan 2, halaman 219-238. (Mengenai kesan Unruh.)
  • Fredenhagen, Klaus; Haag, Rudolf (1990). "On the Derivation of Hawking Radiation Associated With the Formation of a Black Hole". Communications in Mathematical Physics. Jilid 127, Bilangan 2, halaman 273-284. (Mengenai sinaran Hawking.)
  • Haag, Rudolf; Lopuszanski, Jan T.; Sohnius, Martin (1975). "All possible generators of supersymmetries of the S-matrix". Nuclear Physics B. Jilid 88, Bilangan 2, halaman 257-274. (Mengenai klasifikasi Supersimetri.)
  • Haag, Rudolf (1990). "Fundamental Irreversibility and the Concept of Events". Communications in Mathematical Physics. Jilid 132, Bilangan 1, halaman 245-252. (Mengenai konsep Peristiwa.)

6.3. Lain-lain

  • Buchholz, Detlev; Haag, Rudolf (2000). "The Quest for understanding in relativistic quantum physics". Journal of Mathematical Physics. Jilid 41, Bilangan 6, halaman 3674-3697.
  • Haag, Rudolf (2000). "Questions in quantum physics: A Personal view". Mathematical Physics 2000, halaman 87-100.
  • Haag, Rudolf (2010). "Some people and some problems met in half a century of commitment to mathematical physics". The European Physical Journal H. Jilid 35, Bilangan 3, halaman 263-307.
  • Haag, Rudolf (2010). "Local algebras. A look back at the early years and at some achievements and missed opportunities". The European Physical Journal H. Jilid 35, Bilangan 3, halaman 255-261.
  • Haag, Rudolf (2015). "Faces of Quantum Physics". The Message of Quantum Science, Siri Nota Kuliah dalam Fizik, Jilid 899, halaman 219-234. Springer, Berlin, Heidelberg.
  • Haag, Rudolf (2019). "On quantum theory". International Journal of Quantum Information. Jilid 17, Bilangan 4, halaman 1950037-1-9.

7. Warisan dan Impak

Sumbangan Rudolf Haag kepada fizik teori telah meninggalkan impak yang berkekalan. Beliau diiktiraf sebagai salah seorang pengasas formulasi moden teori medan kuantum, terutamanya melalui pendekatan aksiomatik dan algebraik. Kerjanya dalam Teorem Haag, teori selerakan Haag-Ruelle, aksiom Haag-Kastler, dan analisis struktur superseleksi bersama Doplicher dan Roberts, telah membentuk asas pemahaman kita tentang medan dan zarah. Selain itu, generalisasi syarat KMS dalam mekanik statistik kuantum dan sumbangannya kepada teori medan kuantum dalam ruang masa melengkung, termasuk pemahaman kesan Unruh dan sinaran Hawking, menunjukkan keluasan dan kedalaman penyelidikannya. Teorem Haag-Łopuszański-Sohnius juga merupakan pencapaian penting dalam bidang supersimetri. Penerbitan dan kepimpinannya sebagai ketua editor Communications in Mathematical Physics juga memainkan peranan penting dalam memajukan bidang fizik matematik. Warisannya terus mempengaruhi saintis generasi seterusnya dalam penyelidikan fundamental fizik.