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에드워드 위튼

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목차

1. 개요

에드워드 위튼은 1951년 미국 메릴랜드주 볼티모어에서 태어난 이론 물리학자이다. 그는 1976년 프린스턴 대학교에서 물리학 박사 학위를 받았으며, 1990년 비수학자 최초로 필즈상을 수상했다. 위튼은 끈 이론 분야의 선구자로, 1995년 M이론을 제시하여 끈 이론의 2차 혁명을 이끌었다. 그는 양자장론과 수학의 여러 측면에서 혁신적인 연구를 수행했으며, 2004년 타임지 '가장 영향력 있는 100인'에 선정되었다.

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에드워드 위튼 - [인물]에 관한 문서
기본 정보
에드워드 위튼
2008년의 위튼
출생일1951년 8월 26일
출생지미국 메릴랜드주 볼티모어
배우자키아라 나피
자녀3명
웹사이트에드워드 위튼 개인 웹사이트
학력
학사브랜다이스 대학교 (문학사)
석사프린스턴 대학교 (문학 석사)
박사프린스턴 대학교
박사 지도교수데이비드 그로스
학문적 조언자시드니 콜먼, 마이클 아티야
박사 학위 논문 제목게이지 이론의 짧은 거리 분석에서의 몇 가지 문제
박사 학위 논문 URL박사 학위 논문
박사 학위 취득 년도1976년
박사 졸업생조너선 배거 (1983년)
캄란 바파 (1985년)
샤오강 웬 (1987년)
드로르 바-나탄 (1991년)
샤미트 카치루 (1994년)
에바 실버스타인 (1996년)
세르게이 구코프 (2001년)
경력
소속 기관고등연구소
하버드 대학교
옥스퍼드 대학교
캘리포니아 공과대학교
프린스턴 대학교
연구 분야
분야이론 물리학
수리 물리학
초끈 이론
주요 업적
업적M이론
자이베르그-위튼 이론
자이베르그-위튼 사상
자이베르그-위튼 불변량
베스-추미노-위튼 모형
바인베르크-위튼 정리
그로모프-위튼 불변량
호라바-위튼 영역 벽
바파-위튼 정리
위튼 지표
BCFW 재귀
위상 양자장론 (위튼형 위상 양자장론)
위상 끈 이론
CSW 규칙
위튼 추측
위튼 제타 함수
하나니-위튼 전이
트위스터 끈 이론
천-사이먼스 이론
양의 에너지 정리
위튼-베네치아노 메커니즘
수상
수상 내역맥아더 펠로우십 (1982년)
알베르트 아인슈타인 메달 (1985년)
ICTP 디랙 메달 (1985년)
앨런 T. 워터먼 상 (1986년)
필즈상 (1990년)
대니 하이네만 수리물리학상 (1998년)
넴머스 수학상 (2000년)
미국 국가 과학 훈장 (2002년)
하비상 (2005년)
앙리 푸앵카레 상 (2006년)
크라포르드상 (2008년)
로렌츠 메달 (2010년)
아이작 뉴턴 메달 (2010년)
기초 물리학 브레이크스루 상 (2012년)
교토상 (2014년)
알베르트 아인슈타인 세계 과학상 (2016년)

2. 생애 및 경력

에드워드 위튼은 브랜다이스 대학교에서 역사학과 언어학을 전공하고, 네이션 (The Nation)이나 THE NEW REPUBLIC에 기고하는 등 저널리스트를 지망했다. 1972년 대선에서 조지 맥거번의 선거 운동에 참여하기도 하였다.

위스콘신 대학교 매디슨 대학원에서 경제학을 전공했으나 중퇴하고, 1973년 프린스턴 대학교 대학원에서 응용 수학을 전공했다. 후에 물리학으로 전향하여 데이비드 그로스의 지도 아래 1976년에 박사 학위를 취득했다.

이후 하버드 대학교 펠로우 등을 거쳐 1980년부터 1987년까지 프린스턴 대학교 물리학과 교수를 역임했다. 1995년 남캘리포니아 대학교에서 열린 초대칭 끈 이론 국제 회의에서 M이론을 발표하여 학계에 큰 영향을 주었다. 1990년에는 수학 분야 최고 권위 상인 필즈상을 수상했다.

200px


네이선 사이버그와는 친구이자 공동 연구자이다. 미국 제작 다큐멘터리 "아름다운 우주"(원제: The Elegant Universe)에 출연했다.

2. 1. 초기 생애

1951년 에드워드 위튼은 미국 메릴랜드주 볼티모어의 유대계 가정에서 태어났다.[60] 그의 아버지는 중력과 일반 상대성이론에 대해 연구하던 이론물리학자 루이스 위튼이었다.[61]

15세에 브랜다이스 대학교에 입학하여 역사학을 전공했으며, 1971년 졸업 후 저널리스트로 일했다. 1972년 미국 대통령 선거 당시에는 리처드 닉슨의 재선을 막기 위해 민주당 조지 맥거번의 선거 운동 참모로 일하였다. 그러나 주 선거인단 49:2라는 압도적 패배로 선거에 패배하자 위튼은 현실 정치에 환멸을 느끼고 저널리스트를 그만두게 된다.[62]

경제학과 응용수학을 한 학기 씩 공부해보고 흥미를 느끼지 못한 위튼은 물리학으로 관심을 돌려 프린스턴 대학교 물리학과에 진학하였으며, 1976년 25세의 나이로 박사학위를 받게 된다. 이후 하버드 대학교 등에서 강의하였으며, 28세에 프린스턴 대학교 정교수가 되었다.

위튼은 볼티모어 파크 스쿨 (1968년 졸업)을 다녔으며, 1971년 브랜다이스 대학교에서 역사학을 전공하고 언어학을 부전공하여 문학사 학위를 받았다.[14] 그는 언론과 정치에 대한 열망을 품고 1960년대 후반에 ''뉴 리퍼블릭''과 ''네이션''에 기사를 게재했다.[15][16] 1972년에는 조지 맥거번의 대통령 선거 운동에서 6개월 동안 일했다.[17]

위튼은 미시간 대학교에서 경제학을 한 학기 동안 다닌 후 중퇴했다.[18] 그는 학계로 돌아와 1973년 프린스턴 대학교에서 응용 수학을 전공했지만, 학과를 옮겨 1976년 물리학으로 박사 학위를 받았고, 데이비드 그로스의 지도하에 "게이지 이론의 단거리 분석에 관한 몇 가지 문제"라는 논문을 완성했다.[19] 그는 하버드 대학교에서 펠로우십 (1976–77)을 받았고, 옥스퍼드 대학교를 방문했으며 (1977–78),[2][20] 하버드 펠로우십 협회 주니어 펠로우 (1977–1980)와 맥아더 재단 펠로우십 (1982)을 받았다.[4]

2. 2. 정치 활동과 물리학 입문

1951년, 위튼은 미국 메릴랜드주 볼티모어의 유대계 가정에서 태어났다.[60] 그의 아버지는 중력과 일반 상대성이론에 대해 연구하던 이론물리학자 루이스 위튼이었다.[61]

15세에 브랜다이스 대학교에 입학하여 역사학을 전공했으며, 1971년 졸업 후 저널리스트로 일했다. 1972년 미국 대통령 선거 당시에는 리처드 닉슨의 재선을 막기 위해 민주당 조지 맥거번의 선거 운동 참모로 일하였다. 그러나 주 선거인단 49:2라는 압도적 패배로 선거에 패배하자 위튼은 현실 정치에 환멸을 느끼고 저널리스트를 그만두게 된다.[62]

경제학과 응용수학을 한 학기 씩 공부해보고 흥미를 느끼지 못한 위튼은 물리학으로 관심을 돌려 프린스턴 대학교 물리학과에 진학하였으며, 1976년 25세의 나이로 박사학위를 받게 된다. 이후 하버드 대학교 등에서 강의하였으며, 28세에 프린스턴 대학교 정교수가 되었다. 이 모든 것이 물리학에 입문한지 불과 5년만에 이룬 성과였다.

2. 3. 학문적 경력

1971년 브랜다이스 대학교에서 역사학 학사 학위를 취득하고 저널리스트로 일했다. 1972년 미국 대통령 선거 당시 민주당 조지 맥거번 후보의 선거 운동에 참여했으나, 리처드 닉슨에게 압도적인 표 차이로 패배하자 현실 정치에 환멸을 느껴 저널리스트를 그만두었다.[62]

이후 경제학과 응용수학을 공부했으나 흥미를 느끼지 못하고, 물리학으로 전향하여 프린스턴 대학교 물리학과에 진학, 1976년 데이비드 그로스의 지도 아래 25세의 나이로 박사 학위를 취득했다. 하버드 대학교 등에서 강의하다가 28세에 프린스턴 대학교 정교수가 되었는데, 이는 물리학 입문 5년 만에 이룬 성과였다.

1980년부터 1987년까지 프린스턴 대학교 물리학과 교수를 역임했다. 1995년 남캘리포니아 대학교에서 열린 초대칭 끈 이론 국제 회의에서 M이론을 발표하여 학계에 큰 영향을 주었다. 1990년에는 수학 분야에서 가장 권위 있는 상 중 하나인 필즈상을 수상했다.

네이선 사이버그와는 친구이자 공동 연구자이다. 미국에서 제작한 다큐멘터리 "아름다운 우주"(원제: The Elegant Universe)에 출연하기도 했다.

3. 연구 업적

에드워드 위튼은 고에너지 물리학의 표준 모형에서 가장 어려운 문제인 중력과 양자론 사이의 모순을 해결할 수 있는 강력한 양자 중력 이론의 후보로 꼽히는 끈 이론 분야의 선구자로 평가받고 있다. 특히, 1995년 서던캘리포니아 대학교(USC)에서 열린 학회에서 기존의 다섯 가지 끈 이론을 11차원의 M이론으로 통합하는 혁신적인 이론을 제시하여 끈 이론의 발전에 큰 영향을 주었다.

1990년에는 일본 교토 시에서 열린 국제 수학자 회의에서 비수학자로는 최초이자 마지막으로 필즈상을 수상하는 영예를 안았다. 필즈상 위원회는 아인슈타인 방정식에 관한 리차드 쉔과 야우싱퉁의 양 에너지 정리의 새로운 증명을 포함하여 위튼의 다양한 수학적 업적을 공식적으로 인정했다.[21] 마이클 아티야는 위튼의 수학적 지식과 물리적 통찰력을 결합하는 능력을 높이 평가했다.[5]

위튼은 양자장론의 기법을 저차원 위상수학에 적용하여 위상 양자장론이라는 새로운 분야를 개척하는 데 기여했다.[22] 그는 체른-사이먼스 이론이 매듭과 3-다양체 이론을 이해하는 데 중요한 역할을 할 수 있음을 보였으며,[23] 이는 레셰티킨-투라예프 불변량 이론으로 발전하는 계기가 되었다.[24]

또한, 위튼은 1981년 일반 상대성 이론에서 양의 에너지 정리를 증명하여 민코프스키 공간이 중력장의 안정적인 바닥 상태임을 입증했다.[25] 이 과정에서 초중력 이론의 개념을 활용하여 기존 증명을 단순화하는 데 성공했다.[28] 더 나아가 초대칭성과 모스 이론을 연결하여 모스 부등식을 물리적으로 증명하는 등 다양한 분야에서 뛰어난 업적을 남겼다.[29]

에드워드 위튼(가운데), 데이비드 그로스, 스티븐 호킹 (2001년 인도 뭄바이 TIFR, Strings 2001 행사)


이 외에도 위튼은 다음과 같은 다양한 연구 업적을 남겼다.

  • 그로모프-위튼 불변량
  • 초대칭성과 모스 이론
  • 위상적 양자장론
  • 디랙 연산자에서의 이상항, 지수 정리
  • 매듭 이론의 존스 다항식과 양자장론의 관계
  • WDVV(Witten-Dijkgraaf,-Verlinde-Verlinde) 방정식
  • 위튼 추측 (이 추측은 막심 콘체비치에 의해 풀렸다)
  • 후안 말다세나의 AdS/CFT 대응(1997) 연구 발전[34]
  • 네이선 세이베르그와 함께 양자장론의 여러 결과를 확립하고, 끈 이론과 비가환 기하학에 관한 논문에서 특정 비가환 양자장론을 연구[35]
  • 초대칭 게이지 이론 연구[36]
  • 세이베르그-위튼 불변량 등 4-다양체 위상수학 발전에 기여[37]
  • 안톤 카푸스틴과 게이지 이론의 S-이중성과 기하 랭글랜즈 대응 사이의 연관성을 제시[38]
  • 최근에는 응집 물질에서 위상적 위상의 장론적 설명, 비초대칭 이중성, 사흐데브-예-키타에프 모델의 일반화를 이용한 텐서 모델과 홀로그래피 및 양자 중력 이론의 관련성을 연구[39]
  • 루스 브리토와 함께 BCFW 재귀 관계를 개발

3. 1. 끈 이론과 M이론

현재 고에너지 물리학에서 표준 모형의 최대 난점인 중력과 양자론 사이의 모순을 해결할 수 있는 강력한 양자 중력 이론의 후보로 끈이론을 꼽고 있는데, 위튼은 이 끈이론의 제1인자로 평가받고 있다. 끈이론의 초대칭 버전인 초끈이론은 열 개의 시공간 차원 중 여섯 개의 차원이 칼라비-야우 다양체의 형태로 꼬여 있다고 보는데, 1970년대 난부 요이치로, 홀거 닐센, 레너드 서스킨드에 의해 처음 제기된 이후, 여러 어려움 속에 발전을 거듭하다가 1980년대 후반 이후에는 이렇다 할 진전 없이 정체되는 상황에 처하였다. 10차원 상에서의 끈 이론이 5가지나 존재하는 등의 모순과 그 수학적 난해함으로 인하여, 물리학자들이 끈 이론의 효용성에 대해 의심하면서 회의적인 분위기가 조성되고 있었다. 그러나 1995년 USC에서 열린 학회에서 위튼이 이들 다섯 가지 끈 이론이 그보다 한 차원 더 높은 11차원에 존재하는 M이론으로 통합된다고 선언함으로써 끈 이론의 2차 혁명이 시작되게 된다.[30]

1990년대 중반까지, 끈 이론을 연구하는 물리학자들은 끈 이론의 다섯 가지의 일관된 버전을 개발했다. 이 버전들은 I형, IIA형, IIB형, 그리고 두 가지의 이종 끈 이론 (SO(32)와 E8×E8)으로 알려져 있다. 이 다섯 가지의 후보 이론 중에서, 단 하나만이 실제 정확한 만물 이론이며, 그 이론은 낮은 에너지 극한에서 오늘날 우리 세계에서 관찰되는 물리학과 일치하는 이론이라는 생각이 지배적이었다.[30]

1995년 남캘리포니아 대학교에서 열린 끈 이론 학회에서, 위튼은 이 다섯 개의 끈 이론들이 사실은 별개의 이론이 아니라, 그가 M이론이라고 부른 단일 이론의 서로 다른 극한이라는 놀라운 제안을 했다.[31][32] 위튼의 제안은 다섯 개의 끈 이론들이 이중성이라고 불리는 특정 규칙에 의해 서로 매핑될 수 있으며, 이러한 이중성에 의해 식별된다는 관찰에 기반을 두었다. 이는 현재 제2차 슈퍼 끈 혁명으로 알려진 일련의 연구로 이어졌다.[30]

3. 2. 필즈상 수상

1990년 일본 교토에서 열린 국제 수학자 회의에서, 위튼은 비수학자로서는 최초이자 최후로 필즈상을 수상하였다.[21] 필즈상 위원회가 공식적으로 언급한 공헌으로는 아인슈타인 방정식에 관한 리차드 쉔과 야우싱퉁의 양 에너지 정리의 새로운 증명도 포함되어 있다.

마이클 아티야는 ICM에 보낸 서면 연설에서 위튼에 대해 다음과 같이 말했다.[5]

아티야는 위튼이 순수 수학 분야에서 수행한 작업의 예시로, 위튼이 양자장론의 기법을 저차원 위상수학의 수학적 주제에 적용한 것을 언급하였다. 1980년대 후반, 위튼은 관측량의 기댓값이 시공간의 위상에 대한 정보를 인코딩하는 특정 유형의 물리 이론에 대해 ''위상 양자장론''이라는 용어를 만들었다.[22] 특히 위튼은 현재 체른-사이먼스 이론이라고 불리는 물리 이론이 매듭과 3-다양체의 수학적 이론을 이해하기 위한 틀을 제공할 수 있음을 깨달았다.[23] 위튼의 작업은 수학적으로 정의되지 않은 파인만 경로 적분의 개념에 기초했기 때문에 수학적 엄밀성을 갖추지 못했지만, 수학자들은 위튼의 아이디어를 체계적으로 발전시켜 레셰티킨-투라예프 불변량의 이론으로 이끌었다.[24]

위튼이 필즈상을 수상한 또 다른 결과는 1981년 일반 상대성 이론에서 양의 에너지 정리를 증명한 것이다.[25] 이 정리는 (적절한 가정하에) 중력 시스템의 총 에너지는 항상 양수이며, 시공간의 기하학이 평탄한 민코프스키 공간인 경우에만 0이 될 수 있다고 주장한다. 이는 민코프스키 공간을 중력장의 안정적인 바닥 상태로 설정한다. 리처드 숀과 싱퉁 야우가 이 결과를 처음 증명할 때 변분법을 사용했지만,[26][27] 위튼의 증명은 초중력 이론의 아이디어를 사용하여 논증을 단순화했다.[28]

아티야의 연설에서 언급된 세 번째 분야는 초대칭성과 모스 이론[29]을 연관시키는 위튼의 작업으로, 미분가능 함수의 개념을 사용하여 다양체의 위상을 연구하는 수학의 한 분야이다. 위튼의 작업은 초대칭 양자 역학을 사용하여 이 이론을 해석함으로써 고전적인 결과인 모스 부등식을 물리적으로 증명했다.[29]

3. 3. 기타 업적

고에너지 물리학에서 표준 모형의 난제인 중력과 양자론 사이의 모순을 해결할 유력한 양자 중력 이론 후보로 끈이론이 거론되는데, 위튼은 이 끈이론의 1인자로 평가받는다. 1980년대 후반 끈 이론이 정체기에 접어들었을 때, 1995년 USC 학회에서 위튼은 다섯 가지 끈 이론이 11차원의 M이론으로 통합된다고 발표하여 끈 이론의 2차 혁명을 이끌었다.

1990년 일본 교토 국제 수학자 회의에서 위튼은 비수학자 최초이자 최후로 필즈상을 수상했다. 아인슈타인 방정식에 관한 리차드 쉔과 야우싱퉁의 양 에너지 정리의 새로운 증명 등이 공식적으로 언급되었다.[21] 마이클 아티야는 ICM에 보낸 서면 연설에서, 위튼이 수학적 지식과 물리적 아이디어를 수학적 형태로 해석하는 능력이 뛰어나다고 평가했다.[5]

위튼은 양자장론 기법을 저차원 위상수학에 적용하여, 위상 양자장론이라는 용어를 만들었다.[22] 체른-사이먼스 이론이 매듭과 3-다양체 이론의 틀을 제공함을 보였고,[23] 이는 레셰티킨-투라예프 불변량 이론으로 이어졌다.[24]

1981년 일반 상대성 이론에서 양의 에너지 정리를 증명하여,[25] 민코프스키 공간이 중력장의 안정적인 바닥 상태임을 보였다. 리처드 숀과 싱퉁 야우의 초기 증명[26][27]과 달리, 위튼은 초중력 이론을 이용하여 증명을 단순화했다.[28] 초대칭성과 모스 이론을 연관시켜 모스 부등식을 물리적으로 증명했다.[29]

후안 말다세나의 AdS/CFT 대응(1997)에 대한 연구를 발전시켜 양자 중력 및 양자장론 이해에 기여했다.[34] 네이선 세이베르그와 함께 양자장론의 여러 결과를 확립하고, 끈 이론과 비가환 기하학에 관한 논문에서 특정 비가환 양자장론을 연구했다.[35] 초대칭 게이지 이론을 연구하여,[36] 세이베르그-위튼 불변량 등 4-다양체 위상수학 발전에 기여했다.[37]

안톤 카푸스틴과 게이지 이론의 S-이중성과 기하 랭글랜즈 대응 사이의 연관성을 만들었다.[38] 최근에는 응집 물질에서 위상적 위상의 장론적 설명, 비초대칭 이중성, 사흐데브-예-키타에프 모델의 일반화를 이용한 텐서 모델과 홀로그래피 및 양자 중력 이론의 관련성을 연구했다.[39]

위튼은 양자장론과 수학 물리학의 여러 분야에서 영향력 있는 연구를 발표하여 끈 이론, 양자 중력, 위상적 응집 물질 등에 영향을 미쳤다.[40] 루스 브리토와 함께 BCFW 재귀 관계를 개발했다.

4. 수상 내역

위튼은 맥아더상(1982), 필즈상(1990), 미국 업적 아카데미의 골든 플레이트상(1997),[41] 네메르스 수학상(2000), 미국 국가 과학상[42](2002), 피타고라스상(2005), 앙리 푸앵카레 상(2006), 크라포르드상(2008), 로렌츠 메달(2010), 아이작 뉴턴 메달(2010), 획기적인 물리학상(2012) 등 많은 상을 받았다. 1999년부터 왕립 학회(런던)의 외국인 회원이었으며, 2016년 3월에는 에든버러 왕립 학회 명예 펠로우로 선출되었다.[44][45] 교황 베네딕토 16세는 위튼을 교황청 과학 아카데미 회원으로 임명했다(2006). 2004년 ''타임''지의 가장 영향력 있는 100인 목록에도 올랐다. 2012년 미국 수학회 펠로우가 되었고,[46] 1984년 미국 예술 과학 아카데미 회원, 1988년 미국 국립 과학 아카데미 회원, 1993년 미국 철학 학회 회원으로 선출되었다.[47][48][49] 2022년 5월 펜실베이니아 대학교에서 명예 과학 박사 학위를 받았다.[50]

1990년 한 우주론 컨퍼런스에서 진행된 비공식 설문조사에서 위튼은 "가장 똑똑한 현존하는 물리학자"로 가장 많이 언급되었다.[51]

연도수상 내역
1985년디랙 메달 (ICTP의 디랙 메달), 알베르트 아인슈타인 메달
1986년앨런 T. 워터먼 상
1990년필즈상
1998년오스카 클라인 메달, 수리물리학 하이네만 상
2000년프레데릭 에셔 네머스 수학상
2001년클레이 연구상
2002년미국 국가 과학상
2003년~2005년클래리베이트 인용 영예상 (톰슨 로이터 인용 영예상)
2005년하비상
2006년푸앵카레 상
2008년크라포드상
2010년로렌츠 메달, 아이작 뉴턴 메달
2012년기초물리학 브레이크스루상
2014년교토상 기초과학 부문
2016년알베르트 아인슈타인 세계 과학상


5. 사회 활동 및 개인사

위튼은 1979년부터 프린스턴 대학교 물리학 교수인 키아라 나피와 결혼했다.[52] 슬하에 두 딸과 아들 한 명을 두고 있다. 딸 일라나 B. 위튼은 프린스턴 대학교의 신경과학자이며,[53] 다른 딸 다니엘라 위튼은 워싱턴 대학교의 생물통계학자이다.[54]

위튼은 아메리카 평화를 위한 사람들의 이사회와 J 스트리트의 자문 위원회에 참여하고 있다.[55] 그는 두 국가 해법을 지지하며, 이스라엘 자체를 보이콧하는 것은 아니지만 1967년 국경을 넘어선 이스라엘 기관 및 경제 활동에 대한 보이콧을 옹호한다.[56] 위튼은 1960년대에 1년 동안 이스라엘에 거주했다.[57]

참조

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[5] 논문 On the Work of Edward Witten https://web.archive.[...]
[6] 웹사이트 On the Work of Edward Witten https://web.archive.[...] 2017-03-31
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[52] 웹사이트 The 2014 Kyoto Prize Commemorative Lecture in Basic Sciences https://www.sns.ias.[...] 2017-01-28
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[60] 웹사이트 Biography of Edward Witten http://www-history.m[...]
[61] 서적 The International Who's Who 1992-93 https://books.google[...]
[62] 문서 그러나 이 선거의 승리 이후 리처드 닉슨은 워터게이트 사건으로 탄핵안이 통과된지 나을 뒤인 1974년 8월 9일 대통령직을 사퇴하였다.


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