戴森是全能型的科学家,他最具代表性的成就是他在量子电动力学方面所做出的奠基性的工作,此外,他在核工程学、固体物理、天体物理、生物学、以及数学等领域都做出过重要的贡献。本文将主要介绍戴森在1947-1948年间,用短短一年左右时间完成量子电动力学方面工作的传奇经历。
戴森的这项工作奠定了量子场论的现代重整化纲领,让量子电动力学从原先混沌难懂的状态,变为一门容易被大家所理解的语言。如今,量子场论已经成为理论物理学的重要理论框架,特别是基于这一框架的标准模型统一了电磁力、强相互作用和弱相互作用这三种基本力。
在了解戴森的具体成就之前,让我们先来回顾一下1947年物理学所面临的问题。20世纪初笼罩于经典物理学的两朵乌云,因为量子力学和相对论的建立而逐渐消散。如何将这两个基本理论统一起来,就成为物理学家接下来自然要考虑的问题。这方面最具开创性的两个成果都是由狄拉克在20世纪20年代末期完成的。
戴森在剑桥本科学习时的主要研究兴趣是数学,但期间他也阅读了海特勒的《辐射的量子理论》,这本书使得他了解到当时物理学的现状以及未解决的难题,从而对物理也深感着迷。他给自己做了一个约定,如果能证明数论中的一个猜想(西格尔猜想),就将从事数学研究,如果不能就做物理。不确定这是数学的不幸还是物理学的幸运,戴森证明西格尔猜想的进展不尽如意,从此投身于物理事业。