12月15日是弗里曼·戴森的生日。他今年已经九十三岁,仍在继续写文章、做研究,包括纯数学方面的一些有趣工作。戴森的名字在中国也许已经不陌生。作为杰出的作家,他有广泛的读者。他有好几本著作被译成中文,其中处女作《宇宙波澜》甚至有三个译本,而邱显正的译本在2002年荣获了台湾吴大猷学术基金会颁发的首届吴大猷科普著作奖。
《全方位的无限》、《想象中的世界》、《太阳、基因组与互联网》、《反叛的科学家》和《一面多彩的镜子》也先后出版了中译本。想必很多读者都为戴森的文笔所吸引,而对他作为数学家和物理学家的身份却未必很了解。本文将尝试解读这位集科学才能与人文修养于一身的大家。
美国数学会1996年出版的《戴森论文选集及评注》收录了他直到1990年为止的最重要的一部分科学工作。
该书模仿了杨振宁1983年出版的《杨振宁论文选集》的格式,将49页的评注集结在一起放在书的开始部分,构成了他的科学自传。正如杨振宁的评注描述了杨振宁之所以成为杨振宁,戴森的评注也描述了戴森之所以成为戴森。《戴森论文选集及评注》中收入的工作分为三个领域:数学、物理、工程学与生物学。我们这里只介绍他的物理与数学工作。
在戴森1948年之后的所有物理工作中,值得特别书写的有两笔。
第一是1961年关于随机矩阵的工作,是戴森与其创立者维格纳交谈的结果。对戴森而言,这个工作令他极为兴奋,他在《戴森论文选集附评注》中写道:1961年我在布鲁克海文度学术假,以极快的速度写完了三篇系列论文。好像我每天都在发现新的要解答的问题。每一个优美的等式在第二天又引出另一个更加优美的等式。在以后的若干年里,戴森仍然不时地回到这一主题。
由于维格纳、梅塔、高登、戴森等人的努力,随机矩阵已经成为一门系统的学问,而且直到现在都很热门。常常被传为美谈的是,戴森与造访高等研究院的数论专家蒙哥马利的一次偶然交谈,促成他们发现了随机矩阵与数论中的黎曼假设之间的微妙关联。
戴森的第二个重要工作属于统计物理。1965-1966年他与勒纳合作,首次从数学上严格证明了物质的稳定性。这个问题在一年前由费希尔和吕埃勒作为悬赏(香槟一瓶)问题提出。
戴森与勒纳用到的数学技巧源于他1957年对李政道、杨振宁的一项工作之改进。戴森与勒纳将近40页的复杂证明,在10年后被李布和瑟林简化到不足3页。对此,戴森在《戴森论文选集附评注》中反省到:为什么我们的证明如此糟糕而他们(李布和瑟林)的证明如此优美?原因很简单。我和勒纳的证明是从一些数学技巧出发,在不等式的丛林中披荆斩棘,没有任何来自物理方面的想法引导。
而李布和瑟林是从一个简单的物理思想——物质之所以稳定,是因为经典的托马斯-费米原子模型是稳定的——出发,寻求合适的数学语言将这一思想转化为严格的证明。
2008年,戴森为美国数学会的爱因斯坦讲座准备了以“飞鸟与青蛙(Birds and Frogs)”为题的演讲。讲座因为戴森生病而临时取消了,但讲稿发表了。该演讲的基本观点取自《全方位的无限》,但立意更高,戴森提到了许多有趣味有哲理的话题。
戴森在开篇写道:有些数学家是飞鸟,有些是青蛙。飞鸟在高空翱翔,俯瞰数学的广大领域,直至遥远的地平线。他们乐于统一我们的思想,并且融合来自数学大地上不同部分的各种各样的问题。青蛙生活在泥沼中,只能看到生长在附近的花朵。他们以特殊对象的细节为乐,在一段时间只解决一个问题。我碰巧是只青蛙,但我的许多最好的朋友都是飞鸟。我今晚演讲的主题就是“飞鸟与青蛙”。数学既需要飞鸟也需要青蛙。
数学是丰富的和美丽的,因为飞鸟赋予它开阔的视野,青蛙赋予它错综复杂的细节。数学既是伟大的艺术,又是重要的科学,因为它把概念的普遍性和结构的深刻性结合起来。
2015年5月,新加坡世界科学出版社出版了戴森的一本新书,收集了他所自选的1990-2014年期间的代表性文章,书名就叫《飞鸟与青蛙》。这可以看作他1996年的《论文选集附评注》的续篇,但其侧重点跟《从爱神到盖娅》一样,收入的大部分是通俗文章而非专业论文。