物理学家齐聚一堂，缅怀量子宇宙学之父

来自全国各地的物理学家齐聚加州大学圣巴巴拉分校，进行为期两天的会谈和友情，以纪念受人尊敬的物理学家吉姆·哈特尔教授，他是该校卡夫利理论物理研究所（KITP）的四位联合创始人之一，他于去年5月去世。该研讨会在Kohn Hall的KITP举办，庆祝他的杰出工作和遗产。

“我们的想法是记住吉姆的主要贡献，并谈论他们现在的位置，”他的好朋友和同事加里霍洛维茨教授说，他帮助组织了这次活动。

“Jim 总是可以在 KITP 提供建议和咨询，”导演 Lars Bildsten 说。“他总是可以指望他充满幽默感的智慧。”

哈特尔在他的职业生涯中至少跨越了三个领域。在1960年代初期，他深入研究了广义相对论和恒星结构之间的界面。他与来自加州理工学院的诺贝尔奖获得者基普·索恩（Kip Thorne）密切合作，后者以哈特尔的天体物理学遗产为活动拉开了序幕。“这是一段快乐的时光，”索恩说，并补充说，他的同事的研究为半个多世纪的工作奠定了基础。

在1970年代，哈特尔将他的注意力转移到黑洞上，与天体物理学家斯蒂芬霍金合作开发了哈特尔-霍金状态。这个公式描述了黑洞在热平衡中的量子态，落入其中的物质被它发出的霍金辐射所抵消。

到80年代，哈特尔转向了宇宙学，在大爆炸后不久就对量子力学产生了深深的迷恋，当时宇宙很小，很热，很密集。在这些短暂的时刻，量子效应统治了宇宙。“吉姆真的把他的余生都花在了理解宇宙的量子描述上。他被称为量子宇宙学之父，“霍洛维茨说。

也许哈特尔最著名的论文发表于1983年。在与霍金的合作中，他引入了一种波函数来描述整个宇宙。从理论上讲，这是宇宙从初始点开始膨胀的所有方式的加权总和。在实践中，两位物理学家不得不大幅简化模型。

“当然，它引起了很多关注。很多争议。但它确实一直伴随着我们，“霍洛维茨说。“他认为这是他对物理学最重要的贡献，它导致了一大堆新问题。

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凯茜·佩奇

哈特尔与他的长期同事兼合作者斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking）坐在2014年英国赫里福德附近的一个研讨会上。

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量子力学的标准公式总是假设有一个外部观察者从经典的参考系测量量子系统。“但是当你谈论整个宇宙时，没有外部观察者，”霍洛维茨说。“因此，吉姆开始与另一位诺贝尔奖获得者物理学家默里·盖尔曼（Murray Gell-Mann）合作开展一项长期计划，他们一起试图将量子力学扩展到整个宇宙等系统，那里没有外部观察者。

作为一种元理论，这种方法正在引起人们的兴趣，以消除量子力学哥本哈根解释的一些任意性。这个公式假设粒子和相互作用没有确定的存在，直到测量它们的概率性质崩溃为物理现实。“这是一条捷径，但它显然是一个近似值，”霍洛维茨说。

哈特尔是KITP的创始人之一，最初称为理论物理研究所（ITP）。在1970年代，美国国家科学基金会（National Science Foundation）呼吁建立理论物理中心。吉姆和他在加州大学圣塔芭芭拉分校的三位同事提出了获胜的提案，该研究所于 1979 年开业。“整个概念是理论物理学的统一性 – 它是一门学科 – 这是ITP的创始思想，”牛津大学教授John Cardy说。哈特尔从1995年到1997年担任其董事，聘请诺贝尔奖获得者大卫·格罗斯（David Gross）接替他的职位。

活动参与者分享了哈特尔的才华、耐心和幽默的故事。“在一天中的某个时间，大约在中午前五分钟，吉姆会敲我的门说，’你要吃午饭吗？’”卡迪回忆道。“他自己总是把午餐装在一个棕色的袋子里，上面标有’棕色袋子’。

每个人都同意，哈特尔是一个热情、有爱心和耐心的人，对他的学生、博士后和同事非常感兴趣。“我认识他已经40多年了，”霍洛维茨说，哈特尔于1979年将他带到UCSB担任博士后，后来在1983年担任教员。“吉姆是我一生的导师和同事。”

“吉姆喜欢通过与他人的互动来测试和完善物理学理论的过程，”他的妻子玛丽·乔·哈特尔（Mary Jo Hartle）说。“他会很高兴把你们聚在一起继续这样做。

我们每个人都希望我们的贡献和成就不仅仅是一份简短的讣告或一封哀悼电子邮件。当我们去世时，人们会留出一些忙碌的生活来纪念我们。对于那些认识吉姆·哈特尔教授的人来说，他的生平和影响当然值得举办一次研讨会。