Wigner Jenő Pál a 20. század egyik legeredetibb elméleti fizikusa volt. Budapesten született, Berlinben tanult, Princetonban vált nemzetközileg elismert tudóssá, és 1963-ban Nobel-díjat kapott az atommag és az elemi részecskék elméletében alkalmazott szimmetriaelvek felfedezéséért és használatáért. Munkássága egyszerre kapcsolódott a kvantummechanika mély matematikai szerkezetéhez, az atomreaktorok fejlesztéséhez és azokhoz a filozófiai kérdésekhez, amelyek a megfigyelő szerepét érintik a modern fizikában.
Budapesti családból a Fasori Gimnáziumig
Wigner Jenő 1902. november 17-én született Budapesten, középosztálybeli zsidó családban. Édesapja, Wigner Antal bőrgyáros volt, édesanyját Einhorn Erzsébet Elsának hívták. Két testvére volt: nővére, Biri, valamint húga, Manci, aki később Paul Dirac brit elméleti fizikussal kötött házasságot. A család kulturális és értelmiségi közege fontos alapot adott Wigner fejlődéséhez.
Kilencéves koráig magántanító oktatta, majd a Fasori Evangélikus Gimnázium tanulója lett. Itt ismerkedett meg a nála egy évvel fiatalabb Neumann Jánossal, a későbbi Neumann Jánossal, akivel életük során szakmai és baráti kapcsolatban maradtak. Mindkettejükre nagy hatással volt Rátz László matematikatanár, aki a problémák önálló megközelítésére és a matematikai gondolkodás örömére tanította diákjait.
Wigner gyerekkorában egy rövid időre tuberkulózisgyanúval szanatóriumba került az osztrák hegyekben, később azonban kiderült, hogy a diagnózis téves volt. Családja 1919-ben, a Tanácsköztársaság idején rövid időre Ausztriába menekült. A család később áttért az evangélikus vallásra; Wigner visszaemlékezése szerint ez elsősorban politikai, nem vallási döntés volt.
Mérnöki diploma, elméleti szenvedély
1920-ban beiratkozott a budapesti Műegyetemre, ám az ottani képzést nem érezte igazán testhezállónak. Egy évvel később Berlinbe ment, ahol vegyészmérnöknek tanult a Technische Hochschule intézményében. A mérnöki szemlélet egész életében elkísérte: az elvont matematikai elméletek mellett mindig érdekelte, hogyan lehet azokat tényleges fizikai rendszerekben alkalmazni.
Berlinben rendszeresen részt vett a Német Fizikai Társaság előadásain, ahol olyan tudósokat hallgatott, mint Max Planck, Albert Einstein, Werner Heisenberg, Wolfgang Pauli és Walther Nernst. Itt találkozott Leó Szilárddal is, aki közeli barátja és későbbi munkatársa lett. Wigner a Kaiser Wilhelm Intézetben dolgozott, doktori értekezésének témavezetője pedig a magyar származású kémikus, Polányi Mihály volt.
A húszas évek közepén Wigner rövid időre visszatért Budapestre, és apja bőrgyárában is dolgozott. Hamarosan azonban ismét Berlinbe került, ahol röntgenkrisztallográfiával, kvantummechanikával és csoportelmélettel kezdett foglalkozni. A matematika ezen ága akkor még sok fizikus számára idegennek tűnt, Wigner azonban felismerte, hogy a szimmetriák leírása kulcsot adhat az atomok és részecskék viselkedésének megértéséhez.
A szimmetria nyelve a kvantummechanikában
Wigner egyik legfontosabb felismerése az volt, hogy a fizikai törvényekben megjelenő szimmetriák nem pusztán elegáns matematikai díszítések. Segítségükkel meg lehet mondani, milyen állapotok lehetségesek egy atomon belül, mely átmenetek következhetnek be, és hogyan rendeződnek az energiaszintek.
1927-ben bevezette a róla elnevezett Wigner-féle D-mátrixot, majd a következő években kidolgozta a csoportelmélet kvantummechanikai alkalmazásainak rendszerét. 1931-ben megjelent könyve, a Group Theory and Its Application to the Quantum Mechanics of Atomic Spectra, szélesebb körben is hozzáférhetővé tette ezt a nehéz, de rendkívül termékeny matematikai módszert.
A róla elnevezett Wigner-tétel a kvantummechanika egyik fontos matematikai eredménye. Azt írja le, miként jeleníthetők meg a fizikai szimmetriák a kvantumállapotok terében. Wigner munkássága hozzájárult a paritás, a részecskék spinje, az atommag szerkezete és az elemi részecskék osztályozásának jobb megértéséhez. Ezek a kutatások később a részecskefizika és a magfizika alapvető eszközeivé váltak.
Princeton, háború és az atomreaktorok
1930-ban a Princeton Egyetem Wignert és Neumann Jánost is az Egyesült Államokba hívta. Wigner 1937-ben amerikai állampolgár lett, miközben tudományos és személyes kapcsolatait továbbra is szorosan őrizte Európával és Magyarországgal.
A második világháború közeledtével Wigner egyre inkább attól tartott, hogy a náci Németország atomfegyvert fejleszthet. 1939-ben részt vett azon a találkozón, amelyen Szilárd Leó és Albert Einstein megfogalmazta a Roosevelt elnöknek szóló, később híressé vált levelet. Ez a levél fontos szerepet játszott az amerikai atomkutatási program elindításában.
A Manhattan-tervben Wigner olyan csoportot vezetett, amely atomreaktorok tervezésén dolgozott. A cél az uránból fegyverminőségű plutónium előállítása volt. 1942. december 2-án jelen volt Chicagóban, amikor az Enrico Fermi vezette Chicago Pile–1 létrehozta a világ első szabályozott, önfenntartó nukleáris láncreakcióját. A siker ünneplésére Wigner egy üveg chiantit vásárolt, amelyet a résztvevők aláírtak.
A háborús kutatások során fedezte fel a később Wigner-effektusnak nevezett jelenséget is: a neutronbesugárzás hatására a grafit kristályszerkezete károsodhat és megduzzadhat. Ez komoly mérnöki problémát okozott a korai reaktorokban. Wigner háborús szerepe életének egyik legvitatottabb része, ő azonban úgy vélte, hogy a fegyver kifejlesztése a náci Németországgal szemben szükséges volt.
A Nobel-díj és a tudományos örökség
A háború után Wigner egy ideig az Oak Ridge-i laboratórium kutatási és fejlesztési vezetője volt, de az adminisztratív feladatokat kevésbé kedvelte, ezért 1947-ben visszatért Princetonba. Később több amerikai kormányzati és tudományos testület munkájában vett részt, köztük az Atomenergia-bizottság tanácsadójaként. Az atomenergia békés és katonai alkalmazásának kérdéseiben egyaránt megszólalt, és a polgári védelem ügye is foglalkoztatta.
1963-ban megkapta a fizikai Nobel-díjat az atommag és az elemi részecskék elméletében alkalmazott alapvető szimmetriaelvek felfedezéséért és használatáért. A díjat megosztva kapta Maria Goeppert-Mayerrel és J. Hans D. Jensennel. Wigner ekkor már több mint három évtizede dolgozott azon, hogy a természetben megfigyelhető szabályosságokat a matematika nyelvén is pontosan kifejezze.
Életművében különösen figyelemre méltó, hogy a legelvontabb elméleti eredmények mellett gyakorlati mérnöki kérdésekkel is foglalkozott. Nevéhez számos fogalom kapcsolódik, többek között a Wigner-effektus, a Wigner–Eckart-tétel, a Wigner-féle D-mátrix, a Wigner-eloszlás és a Wigner-kristály elmélete. A róla elnevezett fogalmak száma jól mutatja, milyen sok területen hagyott nyomot.
A fizika határán: matematika, tudat és megfigyelő
Wigner későbbi éveiben egyre többet gondolkodott a tudomány filozófiai alapjairól. 1960-ban jelent meg híres tanulmánya, Az alkalmazott matematika ésszerűtlen hatékonysága a természettudományokban, amelyben arra kérdezett rá, miért működik a matematika ilyen meglepően jól a természet leírásában. A kérdés azóta is visszatérő témája a fizika és a filozófia határterületeinek.
A kvantummechanika értelmezésével kapcsolatban megfogalmazta a „Wigner barátja” néven ismert gondolatkísérletet. Ebben egy megfigyelő egy zárt laboratóriumban mérést végez, miközben a laboron kívül álló Wigner csak később szerez tudomást az eredményről. A példa azt vizsgálja, hogyan függ össze a mérés, a megfigyelő tudása és a kvantumállapot leírása.
Wigner Jenő 1995. január 1-jén hunyt el Princetonban, kilencvenkét éves korában. Életműve egyszerre magyar, európai és amerikai örökség: egy budapesti gimnazista, egy berlini kutató, egy princetoni professzor és egy háborús tudományos tanácsadó pályája kapcsolódik össze benne. A fizika történetében azok közé tartozik, akik megmutatták, hogy a természet rejtett rendje gyakran a szimmetriák nyelvén válik láthatóvá.
Gyakori kérdések
Mikor és hol született Wigner Jenő?
Wigner Jenő Pál 1902. november 17-én született Budapesten, az akkori Osztrák–Magyar Monarchia területén.
Miért kapott Nobel-díjat Wigner Jenő?
1963-ban az atommag és az elemi részecskék elméletében alkalmazott alapvető szimmetriaelvek felfedezéséért és használatáért kapta meg a fizikai Nobel-díjat.
Mi volt a „Wigner barátja” gondolatkísérlet?
A kvantummechanika mérési problémáját vizsgáló gondolatkísérlet, amely azt kérdezi, hogyan viszonyul egymáshoz egy mérés eredménye és a különböző megfigyelők tudása ugyanarról a folyamatról.
Milyen szerepet játszott a Manhattan-tervben?
Atomreaktorok tervezésén dolgozó kutatócsoportot vezetett, amelynek célja fegyverminőségű plutónium előállítása volt. A világ első szabályozott nukleáris láncreakciójánál is jelen volt Chicagóban.
Milyen kapcsolat fűzte Neumann Jánoshoz?
Iskolatársak voltak a budapesti Fasori Gimnáziumban, később pedig mindketten az Egyesült Államokban folytatták pályájukat. Wigner és Neumann a 20. századi magyar származású tudósgeneráció kiemelkedő alakjai közé tartozott.
Források
Képek forrásai
- Wigner Jenő – AI-illusztráció – AI által generált történelmi illusztráció. Nem korabeli felvétel.
- Heisenberg és Wigner – GFHund. Kép forrása · Wikipédia-szócikk · CC BY 3.0. Arányosan átméretezve.
- Wigner Jenő – AI-illusztráció – AI által generált történelmi illusztráció. Nem korabeli felvétel.
