特立独行的“青蛙”戴森 | 量子群英传

作者: 张天蓉

来源: 赛先生

发布日期: 2020-07-25 19:04:54

弗里曼·戴森,一位未获诺贝尔奖的理论物理大师,为量子电动力学做出了重要贡献,并以其广泛的兴趣和多产的著述闻名。

量子场论贡献非凡,人文科普著作等身。约翰·惠勒和弗里曼·戴森都没有得诺贝尔奖,但却是理论物理界的大师级人物。惠勒是费曼的老师,戴森为量子电动力学(QED)作出了重要的奠基性贡献。2020年2月28日,戴森在美国去世,享年96岁。戴森是美籍英裔数学物理学家,他的研究范围很广:从粒子物理、天体物理到生命起源,都有所涉及。戴森1923年生于英国,父亲是一位对科学非常感兴趣的音乐家,母亲是律师。

戴森没有博士学位,也算自学成才,但这与早于他一百多年前的英国科学家法拉第因家贫而自学成才完全是两码事。戴森家庭条件优越,他从小就展现出非凡的数学才能。戴森升入剑桥大学,成了著名数学家哈代的学生。1947年哈代去世后,戴森因攻克一道数学难题碰到困难而转赴美国。尽管戴森没有博士学位,却全凭实力在二十多岁时名声大噪,得到了物理学家汉斯·贝特的赏识。

1947年9月,戴森乘火车到了美国的康奈尔大学,追随贝特,转行作理论物理。戴森来得正是时候,因为正赶上贝特从谢尔特岛开会回来。贝特在从纽约伊萨卡到斯克内克塔迪的火车上用重整化方法计算了兰姆位移的问题,并且立即兴奋地给费曼打电话告诉他结果。贝特回到康奈尔后,将他的结果写成了一篇两页的短文,在《物理评论》上发表。但贝特只是处理了非相对论情形,便建议新来的戴森考虑没有电子自旋时的相对论性推广。

戴森得益于之前的数学训练,短短两周就完成了贝特交给他的计算,且结果与实验非常相符,并于当年12月投稿到了《物理评论》。贝特认识到戴森的能力,将他推荐到奥本海默的普林斯顿高等研究院工作一年。戴森也十分期待这次机会,因为那儿有他崇拜的爱因斯坦、哥德尔、外尔、冯·诺依曼等大师级人物。

1948年秋季,戴森到了普林斯顿高等研究院,总结他在旅途中的发现,完成了“朝永、施温格和费曼的辐射理论”一文,解释了费曼的方法与朝永和施温格的方法的等效性。这时候,被戴森称为“一位伟大女性”的塞西尔·莫雷特也从法国经都柏林和哥本哈根来到了普林斯顿。塞西尔主攻数学物理,是德布罗意的学生,在都柏林时曾经和中国著名物理学家彭恒武先生一起工作并有深厚的友谊。后来塞西尔成为了美国德州奥斯丁大学的教授。

戴森和塞西尔同为数学出身再转行到理论物理,有共同的兴趣。两人都对费曼路径积分感兴趣,戴森后来评论塞西尔时,说她是当时年轻一代中,第一位掌握费曼路径积分物理方法的全部范围和功能的人。因此,当戴森决定需要离开普林斯顿去度一个漫长的周末时,便说服了塞西尔一起同行。他们从普林斯顿坐车去伊萨卡,费曼到车站与他们会面。然后,在康奈尔大学度过了一个愉快的周末。

戴森在给他母亲的信中,提起这段经历:“我们在会议厅里讨论了物理学。费曼介绍了他的理论,这使塞西尔充满了欢笑,与之相比,我在普林斯顿的演讲显得有些苍白。那天下午,费曼每分钟产生的创意比我任何时候见过的都更好。在傍晚,我只提到两个问题尚需确立该理论的有限性。费曼告诉我们,马上会看到的。然后他就坐下来闪电般地计算了两个小时,便得出了这两个问题的答案。

结果证明,除了一些无法预料的复杂性之外,整个理论是一致的。”诺贝尔奖得主弗兰克·维尔切克说:“若不是借助费曼图,让我获得2004年诺贝尔奖的计算是根本无法想象也难以进行的,那项工作建立了产生并观测希格斯粒子的一种方法。”戴森也参加了Oldstone会议,并在会上作了重要报告。量子电动力学因精确的计算结果而蓬勃发展,这其中戴森功不可没。他的两篇论文成为量子场论的经典文章。

第一篇论文中,他将朝永、施温格和费曼的理论统一起来,严格证明了两个彼此貌似不同的理论的等价性,给出了量子电动力学严格的新表述。在第二篇文章中,戴森完成了QED的重正化纲领,完成了量子电动力学可以重正化的证明,给出了量子场论“可重整化”的标准。戴森证明了从施温格和朝永振一郎的算符形式出发,可以导出费曼所发现的图像形式及图形规则。

这两篇论文使戴森在一年之内,从一个无名小卒一跃成为物理学界一颗闪亮的新星。后来,朝永振一郎、施温格和费曼因为在量子电动力学的工作分享了1965年的诺贝尔物理学奖。贝特也在1967年得了诺贝尔物理学奖。QED的几位奠基者中,唯有戴森被诺奖“忽略”了,可见世界永远不可能是那么公平的。不过,这几位诺奖得主去世的比较早,而戴森却活到了96岁的高龄。

他1994年从普林斯顿高等研究院退休,人们经常见他悠然自得地漫步在新泽西的小路上和树荫下。如同母亲所期望的,戴森关心家庭,享受人生。他写书,写文章,关注科学,点评文化,涉猎各个不同的领域。戴森只是与诺奖未曾结缘,除此之外,他曾经得到的奖项还是可以列出一长串的。他著有许多普及性读物,还以在核武器政策和外星智能方面的工作而闻名。

几年前,他还就大众极其关心的“全球气候变暖”问题发表独见,引起了不小的争议,此是题外话。杨振宁和温伯格及其他物理学家,都曾经就戴森未获诺奖而发出不平的声音,但戴森自己却不这么想。他曾经说:如果你想获得诺贝尔奖,你应该长期集中注意力,掌握一些深刻而重要的问题,并坚持十年。但戴森表示“这不是我的风格!”戴森的想法经常与众不同。

例如,他对物理学家们追求统一理论的思想就表示怀疑,认为科学的大地上躺满了统一理论的尸体,爱因斯坦晚年的工作就是一例。戴森认为科学需要多样化,不一定要统一。戴森有一篇著名的“鸟和青蛙”的文章,点评诸多哲学家、数学家和物理学家们,将他们归类为统观全局、能高飞的“鸟”,以及作出重大具体贡献的、深刻的“青蛙”。一般人都认为“鸟”高于“青蛙”,但戴森的观点是两者都不可或缺,并认为自己就是一只固执的青蛙。

戴森不仅仅是物理学家,他有“物理学家、数学家、作家”三重身份,在生命的晚年他潜心写作,著作等身。

UUID: 158dafc1-7847-4e52-9ff4-54b882dd1778

原始文件名: /home/andie/dev/tudou/annot/AI语料库-20240917-V2/AI语料库/赛先生公众号-pdf2txt/2020/赛先生_2020-07-25_特立独行的“青蛙”戴森 | 量子群英传.txt

是否为广告: 否

处理费用: 0.0085 元