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楊振甯談費米:他總是腳踏實地

作者:返樸
楊振甯談費米:他總是腳踏實地

2021年9月29日是費米誕辰120周年。費米是20世紀實體學的偉大大師之一,對理論實體學和實驗實體學做出了巨大貢獻。在楊振甯眼中,費米在性格上也是獨一無二的——他總是腳踏實地,不濫用影響力,是标準的儒家紳士。本文是在2001年費米誕辰100周年之際寫的。今年是費米誕辰120周年,我們紀念這位偉大的實體學家。

編寫|楊振甯

楊振甯談費米:他總是腳踏實地

武力可以造成傷害而不會感到蔑視,

最明顯但不是;

為了能夠像石頭一樣移動别人,

堅定而冷靜;

如果允許他慷慨大方,

自然不是波浪;

如果他很漂亮,

其他人則為美國消費。[1]

恩裡科·費米是20世紀所有偉大實體學家中最受尊敬和欽佩的人之一。他因對理論和實驗實體學的貢獻而受到尊敬和欽佩,因為他上司下的工作為人類找到了強大的新能源,更重要的是因為他的個性:他總是可靠和值得信賴的;他非常能幹,不濫用影響力,不發表公開評論,也不用巧妙的語言貶低人。我一直以為他是一個标準的儒家紳士。

費米對實體學最早的興趣似乎是廣義相對論。大約在1923年,他開始深入研究統計力學中的"吉布斯悖論"和"絕對熵常數"。然後,正如E. Segrè所寫的那樣:

當他讀到泡利關于不相容原理的文章時,他立即意識到他已經掌握了理想氣體理論的所有要素。該理論可以滿足絕對溫度零度下的能斯特定理,為低密度和高溫極限下的絕對熵提供正确的薩庫爾-四德羅德公式。這個理論沒有任何各種各樣的任意假設,為了找到正确的熵值,必須在以前的統計力學中引入這些假設。[2]

該研究推導出了費米的第一個不朽作品,推導出了費米分布,費米球,費米液體,費米齊爾等概念。

根據費米的研究風格,在對這一理論做出貢獻後,他随後将其用于重原子的結構,并推導出了托馬斯-費米方法,現在通常被稱為托馬斯費米方法。對于此方法中的微分方程:

費米使用一個小的,原始的計算來找到它的數值解。計算可能花了他一個星期的時間。Mayorana(E. Majorana)是一個計算速度很快并且不可信的人。他決定驗證費米的結果。他将方程轉換為Riccati方程,然後尋找其數值解。結果與費米完全一緻。[3]

費米喜歡使用電腦。他喜歡使用小型和大型電腦。我們這些在芝加哥讀研究所學生的人看到了這個特點,并且非常确信。顯然,在他職業生涯的早期,他愛上了電腦。這種愛好一直持續到他的晚年。

費米的下一個主要貢獻是在量子電動力學方面,在那裡他成功地排除了縱場并獲得了庫侖互相作用。1946年至1954年間,芝加哥的學生知道他對這份工作感到非常自豪(但今天,65歲以下的理論實體學家似乎很少知道費米的貢獻)。這項工作再次是兇猛的:他看穿了複雜的形式場論,看到了它的基本包含物- 諧振器的集合,然後将問題變成了一個簡單的薛定谔方程。這項工作于1929年4月在巴黎首次提出,并于1930年夏天在安娜堡着名的夏季研讨會上再次提出。在1950年代後期,Ulenbeck(G. Uhlenbeck曾經告訴我,在費米的工作之前,沒有人真正了解量子電動力學。這項工作使費米成為世界上為數不多的頂級領域實體學家之一。

現在我跳過費米在1920年在超精細結構理論方面的出色工作來談論他的β衰變理論。根據塞格雷的說法,費米一生都相信這個理論是他對理論實體學最重要的貢獻。我讀過Segre在這方面的評論,但我感到困惑。1970年代的一天,我和威格納在洛克菲勒大學的咖啡室裡進行了以下談話。

楊振甯:你認為費米在理論實體上最重要的貢獻是什麼?

維格納:β衰變理論。

楊振甯:怎麼可能?它已被一個更基本的概念所取代。當然,他的β衰變理論是一個重要的貢獻,已經主導了這個領域四十多年。它撇開了當時不了解的部分,專注于當時可以計算的内容。結果很棒,與實驗結果一緻。但它不是永恒的。另一方面,費米分布是永恒的。

WIGNNER:否則,否則,你當時就不了解它的影響。約翰·馮·諾依曼(John von Neumann)和我以及其他其他人長期以來一直在談論衰變β,我們隻是不知道電子是如何從原子核中出來的。

楊振甯:費米不是在大家知道怎麼做之前就使用二次量子化嗎?

維格納:是的。

楊振甯:但是你和喬丹(P. Jordan)首先發明了次級量子钼。

維格納:是的,是的,但我們從未想過它會被用于真正的實體學。

我不打算繼續談論費米後來的貢獻,也不打算談論他與學生的關系。後者,我以前寫過。我隻講兩個關于費米的故事。

瓊·辛頓(Joan Hinton)是第二次世界大戰期間費米在洛斯阿拉莫斯的助手之一,戰後成為芝加哥大學的研究所學生。當我在1946年底開始為塞缪爾·金·艾利森工作時,她也是這個實驗室的研究所學生。1948年春天,她去了中國,嫁給了她的男朋友恩斯特(Sid Engst,Yang Early),并定居在中國從事農業工作(她的經曆是一個有趣的故事,應該寫下來)。我希望她能很快做到這一點。1971年夏天,我第一次通路了新中國,比尼克松通路還有六個月。我碰巧在西陽縣大寨的招待所見到了她。大寨是當時農業公社的典範。當然,我們感到震驚和高興,一起回憶起在芝加哥的日子:我在實驗室裡是多麼笨拙;我如何無意中差點給她緻命的電擊;我如何教她幾句中文;我如何借了一輛車開車送她到La Salle站,開始她前往中國的漫長旅程,等等。她問我是否還記得費米斯在她離開前為她舉行的告别派對,我記得。她再次問我是否還記得那天晚上他們寄給她的相機。然後她說,在告别派對前幾天,她覺得她應該告訴費米,她要去共産黨控制的地區。經過幾天的考慮,她終于告訴了費米。費米說了什麼?"他沒有異議,我永遠感激不盡。我知道她的話的分量,我一回到石溪,就打電話給芝加哥的費米太太,告訴她在大寨見到瓊的整個過程。幾年後,瓊本人來到芝加哥,有機會拜訪費米夫人和她的女兒内拉·費米。

最後,我引用我的《選集》(1983)第48頁的一段話作為結束。

無論是作為實體學家還是作為人類,費米都受到所有人的尊敬,我相信他之是以受到尊重,是因為他是一個堅實的人。他所有的表演都散發着他性格的魅力。1950年代初,原子能委員會最重要的咨詢委員會主席J·奧本海默(J. Oppenheimer)表示,美國原子能委員會的咨詢委員會"非常重要",對美國原子能委員會來說"非常重要"。R·奧本海默(R. Oppenheimer)告訴我,他曾試圖說服費米在任期屆滿後繼續留在顧問委員會。費米不想這樣做。奧本海默堅持說。最後,費米說:"你知道我不相信我在這些政治問題上總是正确的。"

人們常說,費米(1901-1954)在所有20世紀的實體學家中都是獨一無二的,在理論和實驗方面做出了一流的貢獻。另一方面,我想指出,他也是獨一無二的:他從未有意識或無意識地試圖将他的受歡迎程度和影響力擴大到現實或真實自我之外。為了強調這一點,我選擇了莎士比亞的94首十四行詩中的八首來介紹費米。不幸的是,當這篇文章于2004年發表在費米的回憶錄中時,印刷商錯過了最後一行。相比之下,奧本海默(1904-1967)和泰勒(E.泰勒,1908-2003)享有并追求權力和影響力。我認為這是他們沖突的主要原因,也是他們截然不同的悲慘生活的主要原因。

當我在上面的文章中寫到費米時,我說:

他總是把腳放在地上。他非常能幹,不濫用影響力,不發表公開評論,也不用巧妙的語言貶低人。我一直以為他是一個标準的儒家紳士。

我認為這樣的性格在今天的美國是罕見的。美國社會似乎正在把偉大的人民推向相反的方向。奧本海默,泰勒,費曼(R.P.費曼),庫恩(T.庫恩)每個人都有自己取悅觀衆和吹捧自己的方式。

美國科學正在迅速發展,成功的美國科學家往往極具侵略性。這兩件事有關系嗎?

但我知道,即使在今天,中國儒家的模式也是非常有活力的。中國科學院前院長周光超,作為一個普通人和實體學家,我寫了這樣一段話:

周光超是頂級實體學家。他具有廣闊的視野,深遠的影響力和對新想法的快速洞察力。他的實體研究風格讓我想起了Lev Davidovich Landau,Mohammad Abdus Salam和Teller。但從我個人的角度來看,周光超是一個完美的儒家修行者,不像美國、歐洲和俄羅斯的許多實體學家那樣咄咄逼人。

本文由作者于2001年為紀念費米誕辰100周年而撰寫,收錄于《黎明集》(楊振甯,昂凡編纂,三聯書店,2008年版)。2013年,《論文選編II》英文版與《評論》(世界科學出版社,2013年)重新出版時,作者添加了一個後記,發表在該期刊上,由楊建義翻譯成中文。在出版時,根據本期刊的例子處理了少量文本,并由作者驗證。]

本文發表于2013年《科學》雜志第4期

注釋

參見:莎士比亞十六世,第94期。

參見:Segrè E. Enrico Fermi論文集。芝加哥: 芝加哥大學 Pre, 1962:178.

參見:Rasetti E. Enrico Fermi的論文集。芝加哥: 芝加哥大學出版社, 1962: 277.

參見:Yang C N. Enrico Fermi的論文集。芝加哥: 新聞大學, 1962: 673.

漢春于1948年前往中國,當時中國共産黨還沒有打敗蔣介石,兩年後北韓戰争爆發。如果她想在北韓戰争後去中國,我相信美國政府不會允許她離開這個國家。

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