NOBEL VẬT LÝ 1999

Chia sẻ: Ha Quynh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:13

Thêm vào BST

Báo xấu

63
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

't Hooft viết luận văn tốt nghiệp đại học dưới sự hướng dẫn của Martinus Veltman (thường được gọi thân mật là Tini). Cái đầu tiên Veltman đưa ra cho 't Hooft là bài báo của C. N. Yang và R. L. Mills.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: NOBEL VẬT LÝ 1999

GIẢI NOBEL VẬT LÝ 1999 't Hooft viết luận văn tốt nghiệp đại học dưới sự hướng dẫn của Martinus Veltman (thường được gọi thân mật là Tini). Cái đầu tiên Veltman đưa ra cho 't Hooft là bài báo của C. N. Yang và R. L. Mills. Sau này người ta nói đó là một bài báo xuất sắc. Bài báo này rất độc đáo và tinh tế nhưng nó cũng được coi như là vô dụng. Veltman cho rằng bài báo của Yang và Mills mô tả các hạt không tồn tại trong tự nhiên nhưng chúng có thể tồn tại ở một dạng biến đổi nào đó. Veltman giao cho 't Hooft nhiệm vụ nghiên cứu sự phá vỡ đối xứng tự phát. Có nhiều sự lầm lẫn liên
quan đến cái gọi là định lý Goldstone. Jeffrey Goldstone cho rằng sự phá vỡ đối xứng tự phát ngụ ý sự tồn tại của các hạt không có khối lượng. Sự phá vỡ đối xứng tự phát có thể không phải là giải pháp của bài toán Yang-Mills do không tồn tại các hạt không có khối lượng như thế. 't Hooft đã bỏ qua bài toán này vì ông không hiểu tại sao người ta nghĩ có những hạt không có khối lượng khi ông không nhìn thấy các hạt này trong các phương trình. Nhiệm vụ của 't Hooft sau đó là nghiên cứu dị thường Adler-Bell-Jackiw. Veltman cho rằng các pion trung hòa không thể phân rã thành các photon. Nhưng sự phân rã này thực sự xảy ra và quan điểm của Veltman không đúng. Quan điểm này dựa trên cơ sở toán học sai lầm. Sai lầm này là một cái gì đó cực kỳ thú vị và nó sẽ tiếp tục đóng một vai trò đáng chú ý sau đó trong vật lý hạt. Có những bài toán liên quan với hạt eta. Nó phân rã thành ba pion trong khi nó sẽ không như thế. Giải pháp cho vấn đề này còn hoàn toàn chưa biết. Veltman đưa ra cho 't Hooft nhiều đề tài để ông lựa chọn và ông thích nhất đề tài mà Veltman cũng đang theo đuổi là tái chuẩn hóa trường Yang-Mills. Velman giải thích rằng các trường vectơ cần phải đóng một vai trò quan trọng trong các tương tác yếu và các trường vectơ tồn tại cả trong các tương tác mạnh. Tất cả các trường này được liên kết với các hạt quay (spinning particle) có khối lượng. Ở đây, khối lượng là bài toán xuất phát. Velman giải thích rằng các thuật ngữ khối lượng này trong các phương trình có vẻ không đáng chú ý lắm nhưng cuối cùng chúng cản trở mọi cố gắng của ông nhằm đạt được một lý thuyết có ý nghĩa. Veltman đã nghiên cứu các số liệu thực nghiệm liên quan đến các tương tác yếu. Vì thế, ông nhận thấy các tương tác yếu có một cái gì đó gắn với lý thuyết của Yang và Mills và vấn đề trở nên phức tạp đến mức không thể nghiên cứu nó bằng tay. Veltman bắt đầu thiết kế một chương trình máy tính để tính toán các biểu thức đại số phức tạp. Lúc đó, các máy tính còn đang ở giai đoạn phôi thai. Các máy tính tay (hand-held calculator) đơn giản nhất hiện nay chứa nhiều chuyển mạch điện tử hơn và chạy nhanh hơn các thiết bị cồng kềnh gọi là các máy tính khi đó. Các quái vật này cần nuốt các cuộn giấy trong đó người ta cần đục lỗ các chương trình của mình. Hành động của Veltman là một hành động anh hùng. Điều mà 't Hooft bắt đầu nghĩ đến là một cách thức riêng của ông đối với định lý Goldstone. Cái mà ông xây dựng lại theo cách riêng của mình là một cái gì đó cũng đã thực sự tồn tại. Bây giờ nó nổi tiếng với cái
tên là cơ chế Higg nhưng các yếu tố quan trọng của nó do Francois Englert và Robert Brout rút ra. Không may là Veltman không nghĩ đến các ý tưởng này. Veltman muốn rút ra ngay bất cứ cái gì bằng cách xem xét số liệu thực nghiệm và tiến hành các phép biến đổi trường đối với cái mà ông có thể sử dụng chương trình máy tính của mình. Theo quan điểm của Veltman, 't Hooft rõ ràng thiếu sự thấu hiểu các vấn đề thực nghiệm. 't Hooft tham dự một trường mùa hè về vật lý lý thuyết ở Cargese. Gần thị trấn nhỏ này ở trên đảo Corsica của Pháp, nhà vật lý Pháp Maurice Levy thiết lập Viện Cao học mười năm trước đó. Levy chọn vị trí này vì nó có lượng ánh sáng Mặt Trời lớn nhất vào mùa hè ở Pháp. Khi 't Hooft đến Cargese, Levy cùng với Murray Gell-Mann đang phát triển một mô hình cho các hạt tương tác mạnh. Về hình thức, mô hình này có thể tái chuẩn hóa nhưng trong thực tế còn có nhiều vấn đề bàn cãi. Mùa hè năm 1970 có nhiều giảng viên ở trường mùa hè Cargese như Levy, Benjamin W. Lee (người Hàn Quốc), Kurt Symanzik (người Đức gốc Ba Lan) và nhiều người Pháp trong đó có Jean-Loup Gervais. Mô hình Gell-Mann-Levy là một mô hình với sự phá vỡ đối xứng tự phát. Các pion ở đây được giải thích như các hạt Goldstone. Các giảng viên ở trường mùa hè nói về sự tái chuẩn hóa khi có mặt sự phá vỡ đối xứng tự phát và họ nói rằng các thuật ngữ khối lượng sinh ra (khối lượng của proton) không gây ra bất cứ vấn đề gì. 't Hooft có hỏi một câu duy nhất cho cả Lee và Symazik là : "Tại sao chúng ta không thể làm như thế đối với các lý thuyết Yang-Mills?". Họ đưa ra cùng một câu trả lời là : "Nếu anh là một học trò của Veltman thì anh hãy hỏi ông ấy vì chúng tôi không phải là chuyên gia về Yang- Mills". Một bức tranh chung liên quan đến các hạt môi giới (vector particle) có khối lượng đã hình thành trong tâm trí của 't Hooft nhưng ông không thể hiểu được thái độ bất hợp tác của tất cả các chuyên gia đối với các lý thuyết như thế. Sau đó, ông mới hiểu họ có những lý do khác nhau để từ chối các cách tiếp cận như thế và một số người cho rằng đó sẽ là các boson Goldstone với các tính chất không thể chấp nhận được về mặt vật lý. Một số người nghĩ rằng việc đưa vào các hạt cơ bản vô hướng sẽ không dùng được bất cứ nguyên lý vật lý cơ bản nào chẳng hạn như bất biến chuẩn địa phương. Đối với nhiều người, một chương trình tái chuẩn hóa dường như phức tạp đến mức không thể tránh được các bất đồng toán học. Cuối
cùng là vần đề qui mô (scaling). Các nhà nghiên cứu nghĩ rằng việc mở rộng qui mô đến sự tự do tiệm cận trong vùng tử ngoại không bao giờ xảy ra trong lý thuyết trường và điều này ngụ ý rằng bất kỳ hệ lượng tử tương đối tính nào với các hạt tương tác mạnh có thể tồn tại một cách không nhiễu loạn trong vùng gần tử ngoại. Do đó không có lý thuyết trường lượng tử nhiễu loạn nào có thể áp dụng cho các hệ như thế. Do sự đồng thuận phổ biến này trong số các chuyên gia, không có một ai nhận thấy rằng tất cả các lập luận này đều sai lầm. Tính cách của 't Hooft giúp ông không bị ảnh hưởng bởi các lập luận sai lầm này. Ông chỉ tin vào những lập luận mà ông thực sự hiểu. Điều mà 't Hooft hiểu được từ các bài giảng ở Cargese là sự tái chuẩn hóa là phức tạp và tinh tế. Ít nhất ông có thể cùng quan điểm với người hướng dẫn của mình là Veltman về điểm này. Khi 't Hooft quay trở lại Utrecht, nhiệm vụ mà Veltman giao cho ông là nghiên cứu các hệ Yang-Mills thuần túy không có bất cứ cái gì giống như một cơ chế Higg cho việc phát sinh các khối lượng. Không có nhiều tài liệu về vấn đề này trừ một số bài báo của Richard Feynman, Bryce DeWitt, Ludwig D. Faddeev và Victor N. Popov. Nhưng một số bài báo dường như mâu thuẫn với nhau và do đó 't Hooft bắt đầu tập hợp các thông tin mà ông có thể hiểu. Ông đã học cách xây dựng các qui tắc Feynman cho các hạt Yang-Mills và hiểu ra rằng sai số giữa các bài báo khác nhau chỉ là sai số biểu kiến vì có thể thực hiện các phép biến đổi chuẩn để liên hệ bài báo này với bài báo khác. Ông nghĩ rằng ông đang tạo ra sự tiến bộ to lớn hướng tới việc thiết lập một qui trình tái chuẩn hóa chính xác cho trường hợp này nhưng Veltman có nhiều phản đối. Sau những cuộc thảo luận kéo dài mà chúng đem lại cho 't Hooft nhiều sự hiểu biết đầy đủ hơn, bài báo đầu tiên của ông dược công bố. Ông đã rút ra những đồng nhất thức trong số các biên độ mà sau đó chúng được A. A. Slavnov và J. C. Taylor sử dụng để rút ra các đồng nhất thức tổng quát hơn. Công trình của ông được đưa vào những tài liệu tham khảo đầu tiên của họ và điều đó làm cho ông rất tự hào. Tên chung cho các đẳng thức này là "các đồng nhất thức Slavnov-Taylor". Sau khi học được nhiều điều về các trường Yang-Mills tái chuẩn hóa không có khối lượng, một việc làm tương tự đối với các lý thuyết có cơ chế Higg trở nên tương đối dễ dàng. Nhưng chỉ đến bài báo thứ hai, 't Hooft thu hút được sự quan
tâm chú ý trên phạm vi quốc tế. Veltman nhận ra rằng đến khi đó bài toán mà ông nghiên cứu trong nhiều năm đã được giải quyết và ông rất hài lòng. Khi Veltman là một trong những người tổ chức của một hội nghị quốc tế về vật lý hạt cơ bản tại Amsterdam năm 1971, ông đã quyết định sử dụng học trò của ông là 't Hooft trong cuộc tranh luận nhằm bảo vệ các lý thuyết Yang-Mills và cho 't Hooft 10 phút (nhưng không đưa vào tuyển tập báo cáo hội nghị) để giải thích các kết quả mới của 't Hooft và Veltman. Tiếp đó là một giai đoạn hợp tác mạnh mẽ. Hai thầy trò cùng nghiên cứu kỹ thuật tái chuẩn hóa chiều (dimensional renormalization). Chắc chắn là công trình mà 't Hooft thực hiện được xem như đủ tốt cho một luận án tiến sĩ và 't Hooft bảo vệ luận án tiến sĩ năm 1972. Cùng năm đó 't Hooft cưới vợ là Albertha A. Schik (Betteke). Vợ ông là người Wageningen và học y tại Đại học Utrecht. Sau khi cưới, vợ chồng ông đến CERN ở Geneva. Vợ ông đã được cấp chứng nhận như một chuyên gia gây mê tại bệnh viện Cantonal ở Geneva. Tại CERN, 't Hooft cùng với Veltman hoàn thiện các phương pháp của họ cho các lý thuyết Yang-Mills. Họ vui thích với tác động lớn mà các lý thuyết của họ đem lại. Từ năm 1971 về sau, tất cả các lý thuyết về các tương tác yếu đã được đề xuất đều là các lý thuyết Yang-Mills. Các thực nghiệm được thiết lập nhằm lựa chọn xem các lý thuyết nào trong số đó là chính xác. Một trong các mô hình đơn giản nhất của các lý thuyết này vẫn được phát triển tốt đẹp và mặc dù một số hạt đã được thêm vào mô hình đó nhưng cấu trúc cơ bản của nó vẫn giữ nguyên. Tại CERN, 't Hooft quan tâm đến bài toán giam cầm quark. Ông không thể hiểu tại sao không có chuyên gia lý thuyết nào tìm kiếm các lý thuyết trường lượng tử cho các quark. Khi ông hỏi họ tại sao không phải là một lý thuyết Yang-Mills thuần túy thì họ trả lời rằng các lý thuyết trường không thích hợp cho các quark. J. D. Bjorken đã tìm hiểu về qui mô trong các tương tác mạnh. Điều này làm rối trí ông vì khi ông tính toán các tính chất qui mô của các trường Yang-Mills, chúng dường như chính là cái mà người ta cần. 't Hooft đơn giản có thể không tin rằng không có ai ngoài ông biết được các lý thuyết Yang-Mills có qui mô như thế nào. 't Hooft đề cập đến kết quả của ông qua lời nói tại một hội nghị ở Marseille năm
1972. Chỉ có một người nghe ông nói là Kurt Symanzik. Symanzik thúc dục 't Hooft công bố kết quả về qui mô. Nhưng 't Hooft không nghe vì ông cũng đã trao đổi về qui mô trong một bài báo của mình năm 1971về các trường Yang-Mills và không có ai quan tâm. Veltman nói lý thuyết của 't Hooft sẽ không có giá trị nếu 't Hooft không giải thích được tại sao các quark không thể bị cô lập. Veltman bị lôi cuốn vào một đề khác của ông và 't Hooft là bắt đầu một tính toán dài dòng liên quan đến khả năng tái chuẩn hóa các mô hình hấp dẫn lượng tử. Công trình của họ được tiếp tục bởi Stanley Deser và một nghiên cứu sinh của Veltman là Peter van Niewenhuizen - người đã phát hiện ra các kiểu mẫu trong các số hạng tính tái chuẩn hóa mà chúng dẫn đến phát minh ra các lý thuyết siêu hấp dẫn. 't Hooft nghiên cứu các lý thuyết chuẩn cho tương tác mạnh. Việc giam cầm quark thực sự là một vấn đề và ông bắt đầu nghiên cứu nó. Điều này đưa ông đến phát hiện ra các lời giải đơn cực từ (magnetic monopole) trong các lý thuyết Higg, dáng điệu của các lý thuyết với N màu lớn và sau đó là các ảnh hưởng rất quan trọng do các instanton (các cấu trúc trường xoắn (twisted) về mặt tôpô). Năm 1973 H. David Politzer, David Gross và Frank Wilczek (Giải Nobel Vật lý năm 2004) đã phát hiện các tính chất qui mô một lần nữa. Họ nhận thấy rằng điều này làm vô hiệu hóa các phản đối cũ chống lại các lý thuyết Yang-Mills thuần túy đơn giản cho các tương tác mạnh. Lý thuyết Yang-Mills thuần túy với nhóm chuẩn SU(3) cuối cùng được chấp nhận như là cách giải thích thích hợp nhất cho các tương tác mạnh và nó nhận được tên gọi đẹp đẽ là "Sắc động lực lượng tử (QCD)". Năm 1974 't Hooft quay trở lại Utrecht làm trợ lý giáo sư. Ông nhận ra sự giam cầm như một ảnh hưởng do sự ngưng tụ Bose của các đơn cực từ màu (colour-magnetic monopole). Kenneth Wilson đã có một quan sát quan trọng là sự giam cầm quark vĩnh viễn xuất hiện một cách tự nhiên nếu người ta thực hiện khai triển theo 1/ g thay cho khai triển theo g trong các lý thuyết chuẩn với điều kiện là có sử dụng sự cắt mạng (lattice cut-off). Veltman và 't Hooft nhìn thấy ngay cấu trúc hình học cực kỳ phong phú của các lý thuyết chuẩn và các hệ quả của chúng cho hệ lượng tử hóa.
Năm 1976 't Hooft được mời làm giảng viên Morris Loeb tại Harvard và Sttanford. Ông xem xét câu hỏi các hiệu ứng tế vi do các instanton - các cấu hình trường xoắn về mặt tô pô mà chúng có vai trò trong sắc động lực lượng tử - có còn hay không khi áp dụng một khai triển nhiễu loạn tái chuẩn hóa. Điều này dẫn đến một trong các tính toán phức tạp nhất mà 't Hooft đã thực hiện là các hiệu chỉnh một vòng (one-loop) cho các instanton. Hóa ra là các instanton trong QCD cung cấp các đóng góp xác định và hữu hạn cho các biên độ. Chúng cung cấp cho cấu trúc đối xứng một sự xoắn theo một cách sao cho nhiều điều bí ẩn (riddle) trong số liệu thực nghiệm liên quan đến đối xứng chẵn lẻ cuối cùng đã được giải quyết trong đó bí ẩn đáng chú ý nhất là vấn đề gắn với hạt eta. 't Hooft cùng với các đồng nghiệp, cộng sự và sinh viên ở Harvard, MIT, Princeton, Moscow như Roman Jackiw, Sidney Coleman, David Gross đã tham gia vào trò chơi làm sáng tỏ các bí ẩn của các instanton và đơn cực. Những năm tiếp theo, 't Hooft nghiên cứu chủ yếu bài toán giam cầm quark. QCD có thể được nghiên cứu bằng số khi sử dụng sự cắt mạng và hiện nay các nhà nghiên cứu ngày càng nâng cao độ chính xác khi sử dụng phần cứng và phần mềm cải tiến. Các vấn đề còn lại dường như chỉ là các vấn đề toán học chứ không phải là là các vấn đề vật lý. QCD trở thành một thành phần tích hợp của Mô hình chuẩn. 't Hooft muốn xem xét nhiều câu hỏi mở liên quan đến khía cạnh vật lý của mô hình này. 't Hooft cảm thấy đau khổ và buồn bã khi Veltman vì những lý do cá nhân rời khỏi Utrecht năm 1981. Các vấn đề sâu và mở trong Mô hình chuẩn là gì ? Nhiều đồng nghiệp của 't Hooft cho rằng siêu đối xứng - một sự liên hệ đối xứng giữa các hạt có các spin khác nhau sẽ đóng một vai trò quan trọng. 't Hooft biết được siêu đối xứng được sinh ra như thế nào khi ông đến làm việc tại CERN vào đầu những năm 1970. Bruno Zumino và Julius Wess tạo ra các bài báo rất lý thú trong lúc Van Nieuwenhuizen, Sergio Ferrana và nhiều người khác đạt được sự tiến bộ trong siêu hấp dẫn. Nhưng một "lý thuyết mẹ" siêu đối xứng sẽ như thế nào? Siêu đối xứng sẽ bị phá vỡ như thế nào và tại sao nó bị phá vỡ nhằm giải thích thế giới như chúng ta quan sát thấy nó hiện nay? Có phải chúng ta cần thực sự tin rằng có hàng tá loại hạt gọi là "siêu đối tác" mà chúng ta không nhìn thấy một hạt nào cả? Các
câu hỏi như thế làm cho 't Hooft cảm thấy không yên tâm về các lý thuyết siêu đối xứng. Các câu trả lời đúng đắn không nghi ngờ gì nữa xuất phát từ việc bao hàm lực hấp dẫn. Lý thuyết hấp dẫn hoặc cơ học lượng tử hoặc cả hai lý thuyết này cần phải được thay thế bằng một mô hình tốt hơn nào đó khi chúng ta mong muốn mô tả các hiện tượng vật lý ở các phạm vi khoảng cách nhở hơn 10-23 cm. Mô hình mới chắc chắn sẽ thay đổi hoàn toàn hiểu biết của chúng ta về các tương tác cơ bản và trả lời ngay tất cả các câu hỏi hiện nay của chúng ta. Năm 1984 diễn ra cuộc cách mạng siêu dây. Nhiều đồng nghiệp của 't Hooft bị hấp dẫn bởi sự kết hợp của các cấu trúc toán học mà họ nhìn thấy trong lý thuyết này. Điều này có phải chính xác là điều là mà chúng ta mong đợi hay không? Điều mà chúng ta mong đợi là một mô hình mới mà nó tự nhiên sinh ra lực hấp dẫn và một sự thống nhất hoàn toàn đối với tất cả các tương tác. Nhưng đối với 't Hooft, các lý thuyết siêu dây đưa ra nhiều bài toán mới có thể giải được. 't Hooft còn chưa thể hiểu rõ sự kết hợp logic cơ bản của các ý tưởng này. Cấu trúc khoảng cách ngắn vẫn còn là bí ẩn như trước đây và nói nhẹ đi thì sức mạnh dự đoán của các lý thuyết này còn gây thất vọng. 't Hooft quyết định cố gắng theo một con đường khác. Khi Stephen Hawking phát hiện ra rằng các lỗ đen sẽ bức xạ do các ảnh hưởng lý thuyết trường lượng tử, 't Hooft coi điều này là điểm xuất phát chắc chắn hơn. Có phải các lỗ đen là các hạt cơ bản hay các hạt cơ bản là các lỗ đen? 't Hooft rất ngạc nhiên khi biết rằng kết quả của Hawking có thể đưa các lỗ đen vào một dạng vật chất khác hẳn với bất kỳ dạng vật chất thông thường nào. Nếu đúng như thế, khi đó các định luật vật lý đối với các lỗ đen chính xác sẽ như thế nào? Câu trả lời là các lý thuyết hiện tại chưa đi đến kết luận. Chúng dẫn đến một nghịch lý rất quan trọng giống như nghịch lý của một thế kỷ trước đây dẫn Max Planck đến việc xem xét lại định luật bức xạ của vật đen mà nó cuối cùng đem lại cho chúng ta cơ học lượng tử. Bằng cách nghiên cứu nghịch lý này, 't Hooft hi vọng tìm thấy một cái gì cũng vĩ đại như thế. Để minh họa cho bản chất nghịch lý của bài toán này, t' Hooft đã đưa ra bbậc tự do hấp dẫn lượng tử gọi là "nguyên lý toàn ảnh (holographic principle)". Trong một thời gian dài, 't Hooft nghiên cứu các
lỗ đen lượng tử. Ông hi vọng lý thuyết siêu dây không nằm trong tầm ném của hòn đá (stone's throw) của "lý thuyết cuối cùng" mà nó là cái những người nghiện nó đã tiên đoán nhưng nó đã trải qua những thay đổi cơ bản. Hiện nay, một cánh cửa đã mở ra cho việc nghiên cứu lỗ đen trong lý thuyết dây. 't Hooft tự cảm thấy gần như quay trở lại "xu hướng chủ đạo (mainstream)" của vật lý là các nhà lý thuyết dây hiện nay đang nhìn thấy "nguyên lý toàn ảnh" ở khắp nơi. Nhưng lời giải cho bài toán của ông nhằm mang lại sự phù hợp đầy đủ giữa lực hấp dẫn và cơ học lượng tử vẫn chưa đạt được. Martinus J. G. Veltman sinh ngày 27 tháng 6 năm 1931 tại thị trấn Waalwijk ở phía nam Hà Lan và là con thứ tư trong một gia dình có sáu người con. Ông là công dân Hà Lan. Ông bảo vệ luận án tiến sĩ vật lý năm 1963 tại Đại học Utrecht. Veltman là giáo sư vật lý tại Đại học Utrecht từ năm 1966 đến năm 1981 và tại Đại học Michigan ở Ann Arbor từ năm 1981. Hiện nay ông đã nghỉ hưu. Ông đã được trao tặng Giải thưởng Vật lý hạt và năng lượng cao (1993) của Hội Vật lý châu Âu do nghiên cứu của ông về các lý thuyết chuẩn tái chuẩn hóa. Giáo sư Martinus J. G. Veltman là viện sĩ Viện Hàn lâm Khoa học Hà Lan từ năm 1981. Thị trấn Waalwijk có gần hai vạn dân và người dân sống chủ yếu nhờ ngành công nghiệp giày dép. Cha Veltman là hiệu trưởng của một trường tiểu học địa phương và tạo điều kiện cho gia đình không bị khốn đốn trong những năm suy thoái kinh tế. Veltman học trường trung cao từ năm 1943 đến năm 1948. Trong khi ông học rất giỏi ở trường tiểu học, ông học không tốt tại trường trung cao do khả năng ngoại ngữ kém (trường trung cao đòi hỏi học ba ngoại ngữ). Vì thế, ông vượt qua vừa sát nút kỳ thi cuối cùng của trường trung cao năm 1948 lúc ông 17 tuổi. Khi ông học trung cao, ông rất say mê điện tử. Veltman có thể đi lang thang suốt ngày xung quanh một thị trấn để tìm một cái đèn rađiô. Ông học được nhiều về điện tử từ một người thợ thiếc địa phương. Nhiều buổi tối và các ngày nghỉ, ông cùng làm việc với người thợ này. Khi ông bắt đầu hiểu rađiô tốt hơn, ông trở thành một người thợ sửa chữa rađiô địa phương. Thiết bị đo duy nhất của ông là ngón trỏ trên tay phải của ông. Nếu ông tiếp xúc với một phần kết nối nhạy cảm, rađiô sẽ sinh ra một tiếng ù. Nếu một phần kết nối có cao áp khoảng 200 V, ông sẽ bị giật. Về mặt thương mại, ông thất bại vì ông thường không lấy tiền cho các dịch vụ của
mình. Sau khi tốt nghiệp trường trung cao, một vấn đề lớn đặt ra là bây giờ làm gì? Thường thì một người như ông sẽ vào học một trường trung cấp kỹ thuật. Một giáo viên vật lý của ông ở trường trung cao là Beunes đã đến nhà ông và đề nghị cha mẹ ông gửi ông đến trường đại học. Ông rất biết ơn giáo viên này và nhận thấy rằng nhiều nhà vật lý có được sự nghiệp riêng của mình do họ có một giáo viên giỏi ở trường trung cao. Trong ba năm đầu học đại học, Veltman đi lại giữa Waalwijk và Đại học Utrecht bằng tàu hỏa. Khi đó, tình trạng giáo dục đại học ở Hà Lan không tốt. Do chiến tranh, nhiều nhà vật lý giỏi ở Hà Lan bị giết hại hoặc ra nước ngoài làm việc. Thực là một điều đáng tiếc khi Abraham Pais rời Utrecht đến làm việc ở Mỹ. Đến năm học thứ tư, Veltman đến sống ở Utrecht. Lúc này, ông phải tự kiếm tiền để lo cho việc ăn ở, học hành của mình. Ông đánh máy các bài giảng cho các giảng viên đại học và làm giáo viên cho một trường kỹ thuật. Trong lúc học đại học, Veltman bị hấp dẫn bởi thuyết tương đối của Einstein. Sau khi tốt nghiệp đại học, Veltman bắt đầu làm các công việc của một nhà thực nghiệm. Ông nghiên cứu vật lý y học đặc biệt là các khía cạnh vật lý của âm gõ (âm thanh sinh ra khi gõ vào ngực bệnh nhân). Sau đó, ông nghiên cứu chủ yếu về điện tử của phổ kế khối. Ông nhận thấy rằng đó không phải là số phận thực của ông và ông chuyển sang nghiên cứu vật lý lý thuyết. Tuy nhiên, ông vẫn còn rất thích vật lý thực nghiệm. Năm 1955, Veltman làm trợ lý cho giáo sư Michels tại Phòng thí nghiệm Van der Waals ở Amsterdam. Michels nghiên cứu thực nghiệm vật lý áp suất cao. Nhiệm vụ của Veltman là trông giữ thư viện và thỉnh thoảng chuẩn bị một bài nói chuyện cho Michels. Veltman có điều kiện tiếp xúc với các thành viên của Viện Vật lý lý thuyết ở Amsterdam. Hầu hết những người làm lý thuyết ở đây đều làm về cơ học thống kê - một lĩnh vực mà Veltman không bao giờ quan tâm đến. Khoa học tác động mạnh đến Veltman với sự có mặt của Leon Van Hove ở Utrecht năm 1955. Van Hove là một giảng viên tuyệt vời và Veltman xung phong chuẩn bị các bài giảng chính thức cho ông ấy. Veltman tốt nghiệp Đại học Utrecht năm 1956 và sau đó thực hiện nghĩa vụ quân sự hai năm cho đến tháng 2 năm 1959. Van Hove đã lấy Veltman vào làm nghiên cứu sinh khi Veltman 27 tuổi. Khi đó Veltman bắt đầu thực sự nghiên cứu lý thuyết.
Van Hove làm về cơ học thống kê giống như các nhà lý thuyết khác ở Utrecht nhưng Veltman muốn làm vật lý hạt cơ bản. Lúc ấy nhiều trường đại học ở châu Âu không có người nào nghiên cứu lĩnh vực này và cách học vật lý hạt chỉ thông qua các trường vật lý. Các trường này thường diễn ra trong hai tuần với các giảng viên nổi tiếng quốc tế. Mùa xuân năm 1959 Veltman tham dự một trường như thế ở Naple và trong số các giảng viên có Kurt Symanzik và Bruno Zumino. Tháng 8 năm 1960 Veltman tham dự một trường khác ở Edinburgh và ở đó Veltman gặp Shelly Glashow. Glashow sau này đã được trao tặng Giải Nobel. Tại các trường này, Veltman đã kết bạn với một số sinh viên khác trong đó có Nicola Cabibbo và Derek Robinson. Veltman rất thích các bài giảng của Dave Jackson ở trường Edinburgh. Năm 1960 Van Hove là người phụ trách bộ phận lý thuyết tại phòng thí nghiệm năng lượng cao của CERN ở Geneva (Thụy Sĩ). Veltman theo Van Hove đến CERN năm 1961. Luận án tiến sĩ của Veltman nghiên cứu về các hạt không bền và các hiệu chỉnh Coulomb cho việc sinh boson trung gian bởi các neutrino. Tên của luận án là "Các hạt trung gian trong lý thuyết ma trận S và tính toán các hiệu ứng bậc cao trong việc sinh boson trung gian". Năm 1963 Veltman đến Trung tâm máy gia tốc thẳng Stanford (SLAC) mà ở đó Pief Panofsky đang xây dựng một máy gia tốc electron thẳng. Ông bắt đầu thiết kế chương trình máy tính của mình mang tên là Schoolschip vào mùa thu năm 1963. Chương trình này có nguồn gốc từ thực nghiệm neutrino ở CERN. Để thực hiện các phép tính đại số cần thiết đối với việc sinh boson trung gian, Veltman thường rất bực mình vì sai số trong kết quả tính toán mặc dù tính toán rất cơ học. Trong một cuộc thảo luận ở CERN, các nhà nghiên cứu ở đó đã rút ra kết luận rằng cần phải có một chương trình máy tính để thực hiện loại tính toán này. Mùa xuân năm 1964 Veltman quay trở lại CERN và làm việc ở đó cho đến lúc ông đến Brookhaven năm 1966. Ông đến Phòng thí nghiệm Quốc gia Brookhaven khi Maurice Goldhaber là một giám đốc rất thành công ở đó. Goldhaber mời ông làm việc lâu dài ở phòng thí nghiệm này nhưng ông từ chối.
Tháng 9 năm 1966 Veltman quay trở lại Utrecht để kế tục Van Hove làm giáo sư vật lý thuyết. Ở đó không còn ai làm vật lý hạt và ông bắt tay vào việc xây dựng từ đầu. Veltman tham gia vào việc biên tập tạp chí "Những bức thư vật lý (Physics Letters). Veltman đến làm việc ở Orsay gần Paris (Pháp) từ mùa hè năm 1968 đến tháng 9 năm 1969 theo lời mời của các nhà vật lý Pháp Claude Bouchiat và Philippe Meyer. Ở Utrecht, Veltman hướng dẫn một số nghiên cứu sinh như Peter van Niewenhuizen (sau này là giám đốc Viện C, N, Yang ở Stony Brook), Bernard de Wit (sau này là giáo sư Đại học Utrecht) và Gerard 't Hooft. Ngoài công việc nghiên cứu, Veltman còn tham gia vào cải cách hệ thống giảng dạy, nghiên cứu vật lý ở Utrecht và xây dựng hệ thống máy tính. Veltman và 't Hooft cùng làm với nhau trong một vài năm và sau đó họ không cộng tác với nhau nữa, Veltman tiến hành tính toán hiệu chỉnh bức xạ mà 't Hooft không quan tâm. Veltman cộng tác với hai nhà vật trẻ người Italia là Giam-Piero và Maurizio Consoli và các sinh viên người Hà Lan là Jochum van der Bij (sau này là giáo sư Đại học Freiburg) và Michel Lemoine (sau này là một kỹ sưdầu lửa cao cấp). Veltman nhận thấy rằng vật lý lý thuyết là một khoa học tốt cần phải đưa vào giáo dục và nó cần không phải cho một nghề nghiệp riêng nhưng các phương pháp khoa học được sử dụng cho nhiều nghề nghiệp trong xã hội hiện đại. Đừng quá lo lắng về loại công việc mà một người nào đó sẽ làm sau khi hoàn thành giáo dục vật lý lý thuyết. Veltman đưa ra ví dụ là người được trao Giải Nobel Kinh tế đầu tiên là Tinbergen. Ông này trước đây là một nhà vật lý lý thuyết. Ví dụ thứ hai mà Veltman đưa ra là hiện nay trong trong số những người làm ở ngân hàng có nhiều nhà lý thuyết hạt cơ bản. Năm 1979 Veltman đến làm việc một năm ở Đại học Michigan theo lời mời của Ed Yao. Tháng 9 năm 1981 Veltman quyết định rời Utrecht đến định cư ở Mỹ một phần vì điều kiện công việc không thích hợp ở Hà Lan và một phần vì ông muốn cho con cái mình học tập ở Mỹ. Ở Mỹ, Veltman đã tham gia vào nhiều hội đồng nhằm quyết định về các thực nghiệm tại các phòng thí nghiệm lớn như Fermilab ở gần Chicago, SLAC ở Stanford và Phòng thí nghiệm Quốc gia Brookhaven ở Long Island. Veltman được trao chức giáo sư John D. và Catherine T. MacArthur. Những người châu Âu nghĩ rằng ông có thêm một khoản thu nhập nhưng điều đó không đúng. Tuy nhiên, có những điều khác. Hàng năm Veltman được phép sử dụng 35 000 đô la Mỹ cho
các mục đích khoa học như trả công sinh viên làm việc trong dịp hè, mua máy tính, hỗ trợ nhóm nghiên cứu, dự hội nghị, mời cộng tác viên,v.v...Ông có thể mua một máy tính mới hầu như ngay lập tức nếu nó thực sự cần thiết cho công việc. Ở châu Âu, điều này phải mất nhiều thời gian chờ xét duyệt. Đó là một khía cạnh trong sự năng động của người Mỹ. Nếu một người muốn nghiên cứu một cái gì đó, người này hoặc sử dụng các quĩ không chịu sự quản lý mà mình được tùy ý sử dụng hoặc cố gắng tìm kinh phí (các quĩ không chịu sự quản lý) từ cá nhân hoặc tổ chức quan tâm đến nghiên cứu đó. Veltman đưa ra ví dụ là sự giúp đỡ kinh phí nghiên cứu cho một nhà khoa học Nga một phần từ quĩ MacAthur của Veltman và một phần từ một quĩ của một nhóm vật lý thiên văn. Veltman ở Mỹ từ năm 1981 đến năm 1996. Sau khi nghỉ hưu từ Đại học Michigan, Veltman trở về sống ở Bithoven (Hà Lan). Năm 1960 Veltman cưới vợ là Anneke. Vợ chống có ba con là Helene (làm việc tại ngân hàng ở London sau khi bảo vệ luận án tiến sĩ vật lý hạt cơ bản tại Berkeley), Hugo (quản lý một cửa hàng ăn ở Los Angeles) và Martijn (làm việc trong ngành điện ảnh ở Hollywood).