Lue lisää hänen ainutlaatuisesta tarinastaan tästä blogikirjoituksesta. Hänet tunnetaan parhaiten termien ”musta aukko” ja ”madonreikä”
Kuka oli John Wheeler?
John Wheeler oli merkittävä yhdysvaltalainen teoreettinen fyysikko, joka tunnetaan ehkä parhaiten termien ”musta aukko”, ”madonreikä” ja useiden muiden värikkäiden ilmaisujen keksimisestä. Hän kehitti 1930-luvulla hiukkasfysiikan kannalta tärkeän ”S-matriisin” ja selitti yhdessä Niels Bohrin kanssa ydinfissiota kvanttifysiikan ehdoilla. Myöhemmin hän kehitti kylmien ja kuolleiden tähtien olomuotoyhtälön, auttoi popularisoimaan yleisen suhteellisuusteorian tutkimusta teoreettisen fysiikan valtavirrassa ja vahvisti mustien aukkojen teoriaa ja todisteita. Hän teki myös yhteistyötä Albert Einsteinin kanssa tämän etsiessä fysiikan suurta yhtenäisteoriaa.
John Archibald Wheeler syntyi 9. heinäkuuta 1911 Jacksonvillessä, Floridassa, Yhdysvalloissa, kirjastonhoitajaperheen vanhimpana lapsena. Perhe muutti paljon ja asui vuosien varrella Floridassa, Kaliforniassa, Ohiossa, Washington D.C:ssä, Marylandissa ja Vermontissa. Hän kävi Baltimore City Collegen, josta valmistui vuonna 1926, ja jatkoi fysiikan opintoja Karl Herzfeldin johdolla Johns Hopkinsin yliopistossa. Hän väitteli tohtoriksi vuonna 1933 heliumin dispersion ja absorption teoriasta. Pian valmistumisensa jälkeen hän muutti Kööpenhaminaan, jossa hän työskenteli jonkin aikaa kvanttiteorian vallankumouksen kummisetä Niels Bohrin kanssa. Hän avioitui Janette Hegnerin kanssa vuonna 1935. He saivat kaksi tytärtä (Alison Letitia) ja pojan (James), ja he pysyivät yhdessä koko pitkän elämänsä ajan.
Hänestä tuli fysiikan professori Princetonin yliopistossa vuonna 1938, jossa hän toimi toisen maailmansodan keskeytyksellä 38 vuotta, vuoteen 1976 asti. Varhaisimpina Princetonin vuosinaan hän otti käyttöön sirontamatriisin (tai ”S-matriisin”), joka suhteuttaa hiukkasvuorovaikutuksen alku- ja lopputilat ja josta tuli hiukkasfysiikan välttämätön työkalu.
Wheeler tunsi Einsteinin hyvin ja piti joskus seminaareja opiskelijoidensa kanssa Einsteinin kotona. Kun Bohr vieraili Yhdysvalloissa vuonna 1939 ja toi mukanaan uutisen onnistuneesta ydinfissiosta Saksassa, hän ja Wheeler tekivät yhteistyötä kehittäessään vaikutusvaltaista ”nestepisaramallia” atomista, jonka George Gamow ehdotti ensimmäisenä selittämään ydinfission teoreettista perustaa.
Monien muiden johtavien fyysikoiden tavoin Wheeler keskeytti akateemisen uransa toisen maailmansodan aikana osallistuakseen amerikkalaisen atomipommin kehittämiseen osana Manhattan-projektia Hanfordin laitoksessa Washingtonin osavaltiossa. Hän muun muassa ennakoi oikein, että ”fissiotuotemyrkkyjen” (erityisesti ksenonin isotoopin) kertyminen lopulta estäisi käynnissä olevan ydinketjureaktion absorboimalla neutroneita.
Sodan jälkeen hän palasi Princetoniin jatkaakseen akateemista uraansa ja alkoi opettaa Einsteinin painovoimaa käsittelevää kurssia 1950-luvun alussa, jolloin sitä ei vielä pidetty hyväksyttävänä tutkimusalana, vaikka hän vastusti vuosia ajatusta, että fysiikan lait voisivat johtaa johonkin niinkin ilmeisen absurdiin kuin singulariteettiin. Hän jatkoi kuitenkin työskentelyä hallitukselle ja osallistui aktiivisesti amerikkalaisen vetypommin kehittämiseen 1950-luvun alussa Los Alamosissa ja Princetonissa (jossa hän oli vastuussa Project Matterhorn -hankkeen perustamisesta). Eräässä vaiheessa, vuonna 1953, häntä nuhdeltiin virallisesti, koska hän oli ilmeisesti hukannut vetypommia koskevan salaisen asiakirjan. Hänen hieman sotaisat näkemyksensä maanpuolustuksesta, Vietnamin sodasta ja ohjuspuolustuksesta olivat usein vastakkaisia hänen liberaalimpien kollegojensa näkemysten kanssa.
Kun Wheeler lopetti valtion tutkimustyönsä, hän palasi Princetoniin, jossa hän teki myöhempinä vuosinaan yhteistyötä Albert Einsteinin kanssa luonnonvoimien ”yhtenäisen kenttäteorian” parissa. Vuonna 1956 hän auttoi määrittämään, minkälaista materiaalia kylmien, kuolleiden tähtien sisältä löytyi käyttämällä ”Harrison-Wheelerin kylmän, kuolleen aineen olomuotoyhtälöä”, ja havaitsi, että se oli pääasiassa rautaa, koska tehokas fuusioprosessi pysähtyy, kun ydin saavuttaa tämän tilan. Vuonna 1957, työskennellessään yleisen suhteellisuusteorian laajennusten parissa, hän otti käyttöön sanan ”madonreikä” kuvaamaan hypoteettisia tunneleita aika-avaruudessa.
50-luvun lopulla hän muotoili geometrodynamiikan teorian, joka on ohjelma kaikkien fysikaalisten ilmiöiden (mukaan lukien gravitaatio ja sähkömagnetismi) fysikaalisesta ja filosofisesta pelkistämisestä kaarevan aika-avaruuden geometrisiin ominaisuuksiin. Hän kuitenkin hylkäsi tämän teorian 1970-luvun alussa, koska hän ei kyennyt selittämään tiettyjä tärkeitä fysikaalisia ilmiöitä, kuten fermionien (elektronien, muonien jne.) ja gravitaatiosingulariteettien olemassaoloa.
Hän piti aina opettamista erittäin tärkeänä ja jatkoi fysiikan opettamista ensimmäisen ja toisen vuoden opiskelijoille vielä sen jälkeen, kun hän oli saavuttanut kuuluisuuden, sillä hän oli vakuuttunut siitä, että nuoret mielet ovat kaikkein tärkeimpiä. Hänet tunnettiin tarmokkaista luennoistaan, nopeasta kirjoittamisestaan taululle molemmilla käsillä ja pyörähtelystään saadakseen katsekontaktin opiskelijoihinsa. Hänen jatko-opiskelijoihinsa kuului joitakin 1900-luvun lopun johtavia teoreetikkoja, kuten Richard Feynman, Kip Thorne ja Hugh Everett.
Hän työskenteli laajasti gravitaatiokollapsi-teorian parissa, ja hänen katsotaan yleisesti keksineen termin ”musta aukko” vuonna 1967 NASA:n Goddardin avaruusinstituutissa pitämässään luennossa (vaikka itse asiassa yleisön huuto oli saanut hänet tekemään niin). Yhdessä Dennis Sciaman kanssa Cambridgessa ja Jakov Borisovitš Zeldovitšin kanssa Moskovassa Wheeler oli olennainen osa niin sanottua yleisen suhteellisuusteorian kulta-aikaa 1960- ja 1970-luvuilla, jolloin yleinen suhteellisuusteoria (jota aiemmin pidettiin kuriositeettina) tuli teoreettisen fysiikan valtavirtaan. Hänen johdollaan Princetonista tuli johtava amerikkalainen keskus Einsteinin painovoiman tutkimuksessa. Hänen yhdessä Charles Misnerin ja Kip Thornen kanssa kirjoittamansa yleisen suhteellisuusteorian täydellinen oppikirja ”Gravitation” julkaistiin vuonna 1973, ja siitä tuli sukupolven ajan vaikutusvaltaisin suhteellisuusteorian oppikirja.
Einsteinin kuoleman jälkeen Wheeler jatkoi tutkimuksiaan painovoiman roolista yhtenäisessä fysiikan teoriassa, ja hänestä tuli kvanttigravitaation pioneeri. Tämä johti siihen, että hän teki yhteistyötä Bryce DeWittin kanssa ja kehitti Wheeler-DeWitt-yhtälön tai, kuten Wheeler mieluummin kutsui sitä, ”maailmankaikkeuden aaltofunktion”. Muita Wheelerin värikkään sanavalmiuden tuotteita ovat muun muassa lause ”mustilla aukoilla ei ole hiuksia” (kuvaamaan sitä, että mustilla aukoilla pitäisi olla täydellinen, yksinkertaisesti määriteltävissä oleva muoto, eikä niissä saisi olla minkäänlaisia ulokkeita), ”massa ilman massaa” (osoittaakseen, että fysiikan perusyhtälöistä on käytännössä poistettava kaikki maininnat massasta), ”it from bit” (kuvaamaan sitä, että informaatio on perustavanlaatuista maailmankaikkeuden fysiikassa, aivan kuten tietojenkäsittelyssä) ja ”kvanttivaahto” (kuvaamaan vääristyneen geometrian vaahtomaiseksi muuttunutta avaruusaikaa).
Vuonna 1976, kun Wheeler joutui jäämään eläkkeelle Princetonin yliopistosta, hän siirtyi Austinin Texasin yliopistoon, jossa hän toimi teoreettisen fysiikan keskuksen johtajana vuosina 1976-1986. Tänä aikana (tarkalleen ottaen vuonna 1978) hän ehdotti muunnelmaa Thomas Youngin kaksoissäleikokeesta (ja sen myöhemmästä Richard Feynmanin tarkennuksesta), jota usein kutsutaan ”viivästetyn valinnan” kokeeksi. Hänen mukaansa fotonin havaitseminen jopa sen jälkeen, kun se on kulkenut kaksoisraon läpi, riittäisi muuttamaan kokeen tuloksen ja fotonin käyttäytymisen. Näin ollen, jos kokeen tekijät tietävät, kumman raon se läpäisee, fotoni käyttäytyy hiukkasena eikä aaltona ja siihen liittyvänä interferenssikäyttäytymisenä. Tämä hieman intuition vastainen hypoteesi varmistui lopulta käytännön kokeessa vuonna 2007.
Wheeler palasi Princetoniin emeritusprofessoriksi vuonna 1986, jossa hän pysyi seuraavat kaksikymmentä vuotta. Hänen niin sanottu ”Kaikki on kenttiä” -vaiheensa (jossa hän piti maailmankaikkeutta ja kaikkia siinä olevia hiukkasia pelkkinä sähkö-, magneetti- ja gravitaatiokenttien sekä itse avaruusajan ilmentyminä) väistyi ”Kaikki on informaatiota” -vaiheelle (jossa hän keskittyi ajatukseen, että logiikka ja informaatio muodostavat fysiikan teorian perustan). Hän alkoi myös spekuloida sillä, että fysiikan lait voisivat kehittyä tavalla, joka vastaa biologian luonnonvalinnan kautta tapahtuvaa evoluutiota, ja hän keksi termin ”osallistuva antrooppinen periaate” kuvaamaan omaa versiotaan antrooppisesta periaatteesta, jonka mukaan havainnoitsijat (eli me) ovat välttämättömiä maailmankaikkeuden luomiselle.
Wheeler on saanut vuosien varrella lukuisia kunnianosoituksia, muun muassa kansallisen tiedemitalin, Albert Einstein -palkinnon, Enrico Fermi -palkinnon, Franklin-mitalin, Niels Bohrin kansainvälisen kultamitalin ja Wolf-säätiön palkinnon. Hän on toiminut American Physical Societyn puheenjohtajana ja ollut American Philosophical Societyn, Royal Academyn, Accademia Nazionale dei Lincein, Royal Academy of Sciencen ja Century Associationin jäsen. Hän sai kunniatohtorin arvonimen 18 laitokselta.
Wheeler kuoli keuhkokuumeeseen 13. huhtikuuta 2008 96-vuotiaana Hightstownissa, New Jerseyssä.
Tutustu lisää seuraavassa artikkelissamme: Kuka oli Subrahmanyan Chandrasekhar?