Vind meer informatie over zijn unieke verhaal in deze blogpost. Hij is vooral bekend als uitvinder van de termen “zwart gat” en “wormgat”
Wie was John Wheeler?
John Wheeler was een vooraanstaand Amerikaans theoretisch natuurkundige, misschien wel het meest bekend als uitvinder van de termen “zwart gat”, “wormgat” en verschillende andere kleurrijke uitdrukkingen. In de jaren 1930 ontwikkelde hij de belangrijke ‘S-matrix’ in de deeltjesfysica en werkte hij samen met Niels Bohr om kernsplijting te verklaren in termen van kwantumfysica. Later ontwikkelde hij de toestandsvergelijking voor koude en dode sterren, hielp hij bij het populariseren van de studie van algemene relativiteit in de reguliere theoretische natuurkunde en consolideerde hij de theorie en het bewijs voor zwarte gaten. Hij werkte ook samen met Albert Einstein in zijn zoektocht naar een grote verenigde natuurkundige theorie.
John Archibald Wheeler werd geboren op 9 juli 1911 in Jacksonville, Florida, VS, als oudste kind in een gezin van bibliothecarissen. Het gezin verhuisde veel en woonde in de loop der jaren in Florida, Californië, Ohio, Washington D.C., Maryland en Vermont. Hij ging naar het Baltimore City College, waar hij in 1926 afstudeerde, en ging daarna natuurkunde studeren onder Karl Herzfeld aan de Johns Hopkins University. Hij promoveerde in 1933 op een proefschrift over de theorie van heliumdispersie en -absorptie. Kort na zijn afstuderen verhuisde hij naar Kopenhagen, waar hij een tijd samenwerkte met Niels Bohr, de peetvader van de revolutie in de kwantumtheorie. In 1935 trouwde hij met Janette Hegner. Ze kregen twee dochters (Alison Letitia) en een zoon (James) en bleven hun hele lange leven samen.
Hij werd in 1938 hoogleraar natuurkunde aan Princeton University, waar hij, met een onderbreking tijdens de Tweede Wereldoorlog, 38 jaar bleef, tot 1976. Tijdens zijn eerste jaren in Princeton introduceerde hij de verstrooiingsmatrix (of “S-matrix”), die een verband legt tussen de begin- en eindtoestanden van een deeltjesinteractie en die een onmisbaar hulpmiddel zou worden in de deeltjesfysica.
Wheeler kende Einstein goed en hield soms seminars met zijn studenten bij Einstein thuis. Toen Bohr in 1939 de Verenigde Staten bezocht met het nieuws van een succesvolle kernsplijting in Duitsland, werkten hij en Wheeler samen aan de ontwikkeling van het invloedrijke “vloeibare druppel” atoommodel, voor het eerst voorgesteld door George Gamow, om de theoretische basis van kernsplijting te verklaren.
Net als veel andere vooraanstaande natuurkundigen onderbrak Wheeler zijn academische carrière tijdens de Tweede Wereldoorlog om deel te nemen aan de ontwikkeling van de Amerikaanse atoombom als onderdeel van het Manhattan Project op de Hanford-locatie in de staat Washington. Hij voorzag onder andere correct dat de ophoping van “giftige splijtingsproducten” (met name een isotoop van xenon) uiteindelijk de lopende nucleaire kettingreactie zou belemmeren door neutronen te absorberen.
Na de oorlog keerde hij terug naar Princeton om zijn academische carrière te hervatten en hij begon in het begin van de jaren 1950 een cursus te geven over Einsteiniaanse zwaartekracht, toen dat nog niet als een acceptabel studiegebied werd beschouwd, hoewel hij zich jarenlang verzette tegen het idee dat de wetten van de natuurkunde tot zoiets ogenschijnlijk absurds als een singulariteit konden leiden. Hij bleef echter voor de overheid werken en was begin jaren 1950 actief betrokken bij de ontwikkeling van de Amerikaanse waterstofbom in Los Alamos en Princeton (waar hij verantwoordelijk was voor het opzetten van Project Matterhorn). Op een gegeven moment, in 1953, werd hij officieel berispt omdat hij blijkbaar een geheim document over de waterstofbom was kwijtgeraakt. Zijn enigszins oorlogszuchtige standpunten over nationale defensie, de oorlog in Vietnam en raketverdediging stonden vaak haaks op die van zijn meer liberale collega’s.
Toen zijn overheidsonderzoek klaar was, keerde Wheeler terug naar Princeton, waar hij in zijn latere jaren met Albert Einstein samenwerkte aan een “verenigde veldtheorie” van de natuurkundige krachten. In 1956 hielp hij bij het bepalen van de materiaalsoorten in koude, dode sterren met behulp van de “Harrison-Wheeler toestandsvergelijking voor koude, dode materie” en ontdekte dat het voornamelijk ijzer was, omdat het efficiënte fusieproces stopt als de kern deze toestand bereikt. In 1957, toen hij werkte aan uitbreidingen van de algemene relativiteit, introduceerde hij het woord “wormgat” om hypothetische tunnels in de ruimtetijd te beschrijven.
In de late jaren 1950 formuleerde hij de theorie van de geometrodynamica, een programma van fysische en filosofische reductie van alle fysische verschijnselen (inclusief gravitatie en elektromagnetisme) tot de geometrische eigenschappen van een gekromde ruimtetijd. Hij verliet deze theorie echter in de vroege jaren 1970, omdat hij er niet in slaagde bepaalde belangrijke fysische fenomenen te verklaren, zoals het bestaan van fermionen (elektronen, muonen, enz.) en gravitationele singulariteiten.
Hij hechtte altijd veel belang aan lesgeven en bleef natuurkunde doceren aan eerste- en tweedejaarsstudenten, zelfs nadat hij beroemd was geworden, omdat hij ervan overtuigd was dat jonge geesten het belangrijkst waren. Hij stond bekend om zijn energieke lezingen, waarbij hij snel met beide handen op schoolborden schreef en ronddraaide om oogcontact te maken met zijn studenten. Onder zijn afgestudeerde studenten bevonden zich enkele van de meest vooraanstaande theoretici van het einde van de 20e eeuw, waaronder Richard Feynman, Kip Thorne en Hugh Everett.
Hij werkte veel aan de gravitationele instortingstheorie en wordt algemeen beschouwd als de uitvinder van de term “zwart gat” tijdens een lezing in 1967 op het Goddard Institute for Space Studies van de NASA (hoewel hij daartoe werd aangezet door een schreeuw uit het publiek). Samen met Dennis Sciama in Cambridge en Yakov Borisovich Zeldovich in Moskou was Wheeler een integraal onderdeel van de zogenaamde ‘gouden eeuw van de algemene relativiteit’ van de jaren 1960 en 1970, een paradigmaverschuiving waarbij de studie van algemene relativiteit (die voorheen als een curiositeit werd beschouwd) de hoofdstroom van de theoretische natuurkunde binnenkwam. Onder zijn leiding werd Princeton het toonaangevende Amerikaanse centrum voor onderzoek naar Einsteiniaanse zwaartekracht. Het complete leerboek over algemene relativiteit “Gravitation”, dat hij samen met Charles Misner en Kip Thorne schreef, werd in 1973 gepubliceerd en werd het meest invloedrijke relativiteitsleerboek voor een generatie.
Na Einsteins dood zette Wheeler zijn onderzoek naar de rol van zwaartekracht in een verenigde natuurkundige theorie voort en werd hij een pionier op het gebied van kwantumzwaartekracht. Dit leidde ertoe dat hij samenwerkte met Bryce DeWitt en de Wheeler-DeWitt-vergelijking ontwikkelde of, zoals Wheeler het liever noemde, de ‘golffunctie van het universum’. Andere producten van Wheeler’s kleurrijke manier met woorden zijn onder andere de uitdrukking “zwarte gaten hebben geen haar” (om het feit te beschrijven dat zwarte gaten een perfecte, eenvoudig definieerbare vorm zouden moeten hebben en geen uitsteeksels van welke aard dan ook zouden moeten hebben), “massa zonder massa” (om de noodzaak aan te geven om elke vermelding van massa effectief te verwijderen uit de basisvergelijkingen van de fysica), “het van bit” (om te beschrijven hoe informatie fundamenteel is voor de fysica van het universum, net als in de informatica) en “kwantumschuim” (om een ruimtetijd te beschrijven die is getransformeerd in een schuim van vervormde geometrie).
In 1976, toen hij bij Princeton met verplicht pensioen moest, verhuisde Wheeler naar de University of Texas in Austin, waar hij van 1976 tot 1986 directeur was van het Center for Theoretical Physics. In deze periode (om precies te zijn in 1978) stelde hij een variant voor op het dubbelspleten experiment van Thomas Young (en de latere verfijning daarvan door Richard Feynman), dat vaak het “vertraagde keuze” experiment wordt genoemd. Volgens hem zou de detectie van een foton, zelfs NADAT het door een dubbele spleet is gegaan, genoeg zijn om het resultaat van het experiment en het gedrag van het foton te veranderen. Als de experimentatoren dus weten door welke spleet het foton gaat, zal het zich gedragen als een deeltje in plaats van een golf met het bijbehorende interferentiegedrag. Deze enigszins contra-intuïtieve hypothese werd uiteindelijk geverifieerd in een praktisch experiment in 2007.
Wheeler keerde in 1986 terug naar Princeton als professor emeritus, waar hij de volgende twintig jaar bleef. Zijn zogenaamde “Alles Is Velden”-fase (waarin hij het universum en alle deeltjes erin beschouwde als louter manifestaties van elektrische, magnetische en gravitatievelden en de ruimtetijd zelf) maakte plaats voor een “Alles Is Informatie”-fase (waarin hij zich concentreerde op het idee dat logica en informatie de basis vormen van de natuurkundige theorie). Hij begon ook te speculeren dat de wetten van de fysica zouden kunnen evolueren op een manier analoog aan evolutie door natuurlijke selectie in de biologie, en bedacht de term “participerend antropisch principe” om zijn versie van het antropisch principe te beschrijven, volgens welke waarnemers (wij dus) noodzakelijk zijn voor de schepping van het universum.
Wheeler heeft in de loop der jaren vele onderscheidingen ontvangen, waaronder de National Medal of Science, de Albert Einstein Award, de Enrico Fermi Award, de Franklin Medal, de Niels Bohr International Gold Medal en de Wolf Foundation Award. Hij was voorzitter van de American Physical Society en lid van de American Philosophical Society, de Royal Academy, de Accademia Nazionale dei Lincei, de Royal Academy of Science en de Century Association. Hij ontving eredoctoraten van 18 instellingen.
Wheeler overleed aan longontsteking op 13 april 2008, 96 jaar oud, in Hightstown, New Jersey.
Vind meer informatie in ons volgende artikel: Wie was Subrahmanyan Chandrasekhar?