Edward Witten

En fait, je suis pour la plupart un complet agnostique politiquement.

Edward Witten est un physicien mathématique et théoricien américain. Il est actuellement le Charles Simonyi Professor à l'École des Sciences Naturelles de l'Institute for Advanced Study. Witten est un chercheur en théorie des cordes, gravité quantique, théories quantiques des champs supersymétriques et autres domaines de la physique mathématique. En plus de ses contributions à la physique, les travaux de Witten ont eu un impact significatif sur les mathématiques pures. En 1990, il est devenu le premier physicien à recevoir une médaille Fields de l'Union mathématique internationale, accordée pour sa preuve en 1981 du théorème de l'énergie positive en relativité générale. Il est considéré comme le fondateur pratique de la M-théorie.

Enfance et éducation

Witten est né le 26 août 1951 à Baltimore, Maryland, dans une famille juive. Il est le fils de Lorraine née Wollach Witten et Louis Witten, un physicien théoricien spécialisé dans la gravitation et la relativité générale.

Witten a fréquenté le Park School of Baltimore promotion de '68, et a obtenu son baccalauréat avec une majeure en histoire et une mineure en linguistique de l'Université Brandeis en 1971.

Il avait des aspirations dans le journalisme et la politique et a publié des articles à la fois dans The New Republic et The Nation à la fin des années 1960. En 1972, il a travaillé pendant six mois dans la campagne présidentielle de George McGovern.

Witten a fréquenté l'Université du Wisconsin–Madison pendant un semestre en tant qu'étudiant diplômé en économie avant d'abandonner. Il est retourné aux études, s'inscrivant en mathématiques appliquées à l'Université Princeton en 1973, puis changeant de département et obtenant un doctorat en physique en 1976 avec une dissertation intitulée « Some problems in the short distance analysis of gauge theories » sous la supervision de David Gross. Il a tenu une bourse à l'Université Harvard 1976–77, a visité l'Université Oxford 1977–78, a été chercheur junior à la Harvard Society of Fellows 1977–1980, et a tenu une bourse de la Fondation MacArthur 1982.

Recherche

Travaux sur la médaille Fields

Witten a reçu la médaille Fields de l'Union mathématique internationale en 1990, devenant le premier physicien à remporter le prix.

Dans une allocution écrite à l'ICM, Michael Atiyah a dit de Witten :

Bien qu'il soit définitivement un physicien (comme sa liste de publications le montre clairement), sa maîtrise des mathématiques est égalée par peu de mathématiciens, et sa capacité à interpréter les idées physiques sous forme mathématique est tout à fait unique. Maintes fois, il a surpris la communauté mathématique par une brillante application de l'intuition physique conduisant à de nouveaux théorèmes mathématiques profonds... Il a eu un impact profond sur les mathématiques contemporaines. Entre ses mains, la physique fournit à nouveau une riche source d'inspiration et d'intuition en mathématiques.

Comme exemple du travail de Witten en mathématiques pures, Atiyah cite son application de techniques issues de la théorie quantique des champs au sujet mathématique de la topologie en basses dimensions. À la fin des années 1980, Witten a inventé le terme théorie quantique des champs topologique pour un certain type de théorie physique dans laquelle les valeurs attendues des quantités observables codent des informations sur la topologie de l'espace-temps. En particulier, Witten a réalisé qu'une théorie physique maintenant appelée théorie de Chern–Simons pourrait fournir un cadre pour comprendre la théorie mathématique des nœuds et des 3-variétés. Bien que le travail de Witten soit basé sur la notion mathématiquement mal définie d'intégrale de chemin de Feynman et n'ait donc pas été mathématiquement rigoureux, les mathématiciens ont pu développer systématiquement les idées de Witten, conduisant à la théorie des invariants de Reshetikhin–Turaev.

Un autre résultat pour lequel Witten a reçu la médaille Fields était sa preuve en 1981 du théorème de l'énergie positive en relativité générale. Ce théorème affirme que sous des hypothèses appropriées, l'énergie totale d'un système gravitationnel est toujours positive et ne peut être zéro que si la géométrie de l'espace-temps est celle de l'espace plat de Minkowski. Il établit l'espace de Minkowski comme un état fondamental stable du champ gravitationnel. Tandis que la preuve originale de ce résultat due à Richard Schoen et Shing-Tung Yau utilisait des méthodes variationnelles, la preuve de Witten utilisait des idées de la théorie de la supergravité pour simplifier l'argument.

Un troisième domaine mentionné dans l'allocution d'Atiyah est le travail de Witten reliant la supersymétrie et la théorie de Morse, une branche des mathématiques qui étudie la topologie des variétés en utilisant le concept d'une fonction différentiable. Le travail de Witten a fourni une preuve physique d'un résultat classique, les inégalités de Morse, en interprétant la théorie en termes de mécanique quantique supersymétrique.

M-théorie

À la mi-1990, les physiciens travaillant sur la théorie des cordes avaient développé cinq versions cohérentes différentes de la théorie. Ces versions sont connues sous les noms de type I, type IIA, type IIB, et les deux saveurs de la théorie des cordes hétérotique SO32 et E8×E8. La pensée était que parmi ces cinq théories candidates, une seule était la véritable théorie de tout, et cette théorie était celle dont la limite de basse énergie correspondait à la physique observée dans notre monde aujourd'hui.

Parlant à la conférence de théorie des cordes à l'Université de Californie du Sud en 1995, Witten a fait la suggestion surprenante que ces cinq théories des cordes n'étaient en fait pas des théories distinctes, mais des limites différentes d'une seule théorie qu'il a appelée M-théorie. La proposition de Witten était basée sur l'observation que les cinq théories des cordes peuvent être mappées les unes aux autres par certaines règles appelées dualités et sont identifiées par ces dualités. L'annonce de Witten a conduit à une flurry de travail maintenant connu sous le nom de deuxième révolution des supercordes.

Autres travaux

Une autre de ses contributions à la physique a été au résultat de la dualité jauge/gravité. En 1997, Juan Maldacena a formulé un résultat connu sous le nom de correspondance AdS/CFT, qui établit une relation entre certaines théories quantiques des champs et des théories de la gravité quantique. La découverte de Maldacena a dominé la physique théorique des hautes énergies au cours des 15 dernières années en raison de ses applications aux problèmes théoriques en gravité quantique et théorie quantique des champs. Le travail fondateur de Witten suivant le résultat de Maldacena a jeté la lumière sur cette relation.

En collaboration avec Nathan Seiberg, Witten a établi plusieurs résultats puissants dans les théories quantiques des champs. Dans leur article sur la théorie des cordes et la géométrie non-commutative, Seiberg et Witten ont étudié certaines théories quantiques des champs non-commutatives qui surgissent comme des limites de la théorie des cordes. Dans un autre article bien connu, ils ont étudié des aspects de la théorie de jauge supersymétrique. Ce dernier article, combiné aux travaux antérieurs de Witten sur la théorie quantique des champs topologique, a conduit à des développements dans la topologie des 4-variétés lisses, en particulier la notion d'invariants de Seiberg–Witten.

Avec Anton Kapustin, il a établi des connexions mathématiques profondes entre la S-dualité des théories de jauge et la correspondance géométrique de Langlands. Partiellement en collaboration avec Seiberg, ses récents intérêts incluent des aspects de la description théorique des champs des phases topologiques dans la matière condensée et des dualités non-supersymétriques dans les théories des champs qui, entre autres choses, sont d'une haute pertinence dans la théorie de la matière condensée. À partir d'une généralisation des modèles SYK de la matière condensée et du chaos quantique, il a aussi récemment mis en avant les modèles de tenseurs de Gurau pour la pertinence des théories holographiques et de la gravité quantique.

En général, Witten a effectué des travaux influents et perspicaces dans de nombreux aspects des théories quantiques des champs et de la physique mathématique, y compris la physique et les mathématiques des anomalies, l'intégrabilité, les dualités, la localisation, les homologies et ainsi de suite. Beaucoup de ses résultats ont profondément influencé de nombreux domaines de la physique théorique souvent bien au-delà du contexte original de ses résultats, y compris la théorie des cordes, la gravité quantique et la matière condensée topologique.

Prix et distinctions

Witten a été honoré de nombreux prix dont une Bourse MacArthur 1982, la médaille Fields 1990, le Prix de la Plaque d'Or de l'Académie américaine de réussite 1997, le Prix Nemmers en mathématiques 2000, la Médaille nationale des sciences 2002, le Prix Pythagore 2005, le Prix Henri Poincaré 2006, le Prix Crafoord 2008, la Médaille Lorentz 2010, la Médaille Isaac Newton 2010 et le Prix Fundamental Physics Prize 2012. Depuis 1999, il est Membre étranger de la Royal Society London, et en mars 2016 a été élu Fellow honoraire de la Royal Society of Edinburgh. Le Pape Benoît XVI a nommé Witten membre de l'Académie pontificale des sciences 2006. Il a aussi figuré dans la liste des 100 personnes les plus influentes de TIME magazine en 2004. En 2012, il est devenu fellow de l'American Mathematical Society. Witten a été élu membre de l'American Academy of Arts and Sciences en 1984 et membre de la National Academy of Sciences en 1988.

Dans un sondage informel lors d'une conférence de cosmologie en 1990, Witten a reçu le plus grand nombre de mentions en tant que « le physicien vivant le plus intelligent ».

Vie personnelle

Witten est marié à Chiara Nappi, professeur de physique à l'Université Princeton, depuis 1979. Ils ont deux filles et un fils. Leur fille Ilana B. Witten est une neuroscientifique à l'Université Princeton, et leur fille Daniela Witten est une biostatisticienne à l'Université de Washington.

Witten siège au conseil d'administration d'Americans for Peace Now et au conseil consultatif de J Street. Il soutient la solution à deux États et préconise un boycott des institutions et des activités économiques israéliennes au-delà de ses frontières de 1967, bien que non d'Israël lui-même.

Publications choisies

• Some Problems in the Short Distance Analysis of Gauge Theories. Princeton University, 1976. Dissertation.
• Roman Jackiw, David Gross, Sam B. Treiman, Edward Witten, Bruno Zumino. Current Algebra and Anomalies: A Set of Lecture Notes and Papers. World Scientific, 1985.
• Green, M., John H. Schwarz, and E. Witten. Superstring Theory. Vol. 1, Introduction. Cambridge Monographs on Mathematical Physics. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 1988. ISBN 9780521357524.
• Green, M., John H. Schwarz, and E. Witten. Superstring Theory. Vol. 2, Loop Amplitudes, Anomalies and Phenomenology. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 1988. ISBN 9780521357531.
• Quantum fields and strings: a course for mathematicians. Vols. 1, 2. Material from the Special Year on Quantum Field Theory held at the Institute for Advanced Study, Princeton, NJ, 1996–1997. Edited by Pierre Deligne, Pavel Etingof, Daniel S. Freed, Lisa C. Jeffrey, David Kazhdan, John W. Morgan, David R. Morrison and Edward Witten. American Mathematical Society, Providence, RI; Institute for Advanced Study IAS, Princeton, NJ, 1999. Vol. 1: xxii+723 pp.; Vol. 2: pp. i–xxiv and 727–1501. ISBN 0-8218-1198-3, 81–06 81T30 81Txx.