
2021年9月29日是费米诞辰120周年。费米是20世纪物理学的伟大大师之一,对理论物理学和实验物理学做出了巨大贡献。在杨振宁眼中,费米在性格上也是独一无二的——他总是脚踏实地,不滥用影响力,是标准的儒家绅士。本文是在2001年费米诞辰100周年之际写的。今年是费米诞辰120周年,我们纪念这位伟大的物理学家。
编写|杨振宁
武力可以造成伤害而不会感到蔑视,
最明显但不是;
为了能够像石头一样移动别人,
坚定而冷静;
如果允许他慷慨大方,
自然不是波浪;
如果他很漂亮,
其他人则为美国消费。[1]
恩里科·费米是20世纪所有伟大物理学家中最受尊敬和钦佩的人之一。他因对理论和实验物理学的贡献而受到尊敬和钦佩,因为他领导下的工作为人类找到了强大的新能源,更重要的是因为他的个性:他总是可靠和值得信赖的;他非常能干,不滥用影响力,不发表公开评论,也不用巧妙的语言贬低人。我一直以为他是一个标准的儒家绅士。
费米对物理学最早的兴趣似乎是广义相对论。大约在1923年,他开始深入研究统计力学中的"吉布斯悖论"和"绝对熵常数"。然后,正如E. Segrè所写的那样:
当他读到泡利关于不相容原理的文章时,他立即意识到他已经掌握了理想气体理论的所有要素。该理论可以满足绝对温度零度下的能斯特定理,为低密度和高温极限下的绝对熵提供正确的萨库尔-四德罗德公式。这个理论没有任何各种各样的任意假设,为了找到正确的熵值,必须在以前的统计力学中引入这些假设。[2]
该研究推导出了费米的第一个不朽作品,推导出了费米分布,费米球,费米液体,费米齐尔等概念。
根据费米的研究风格,在对这一理论做出贡献后,他随后将其用于重原子的结构,并推导出了托马斯-费米方法,现在通常被称为托马斯费米方法。对于此方法中的微分方程:
费米使用一个小的,原始的计算来找到它的数值解。计算可能花了他一个星期的时间。Mayorana(E. Majorana)是一个计算速度很快并且不可信的人。他决定验证费米的结果。他将方程转换为Riccati方程,然后寻找其数值解。结果与费米完全一致。[3]
费米喜欢使用计算器。他喜欢使用小型和大型计算器。我们这些在芝加哥读研究生的人看到了这个特点,并且非常确信。显然,在他职业生涯的早期,他爱上了计算器。这种爱好一直持续到他的晚年。
费米的下一个主要贡献是在量子电动力学方面,在那里他成功地排除了纵场并获得了库仑相互作用。1946年至1954年间,芝加哥的学生知道他对这份工作感到非常自豪(但今天,65岁以下的理论物理学家似乎很少知道费米的贡献)。这项工作再次是凶猛的:他看穿了复杂的形式场论,看到了它的基本包含物- 谐振器的集合,然后将问题变成了一个简单的薛定谔方程。这项工作于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会上再次提出。在1950年代后期,Ulenbeck(G. Uhlenbeck曾经告诉我,在费米的工作之前,没有人真正了解量子电动力学。这项工作使费米成为世界上为数不多的顶级领域物理学家之一。
现在我跳过费米在1920年在超精细结构理论方面的出色工作来谈论他的β衰变理论。根据塞格雷的说法,费米一生都相信这个理论是他对理论物理学最重要的贡献。我读过Segre在这方面的评论,但我感到困惑。1970年代的一天,我和威格纳在洛克菲勒大学的咖啡室里进行了以下谈话。
杨振宁:你认为费米在理论物理上最重要的贡献是什么?
维格纳:β衰变理论。
杨振宁:怎么可能?它已被一个更基本的概念所取代。当然,他的β衰变理论是一个重要的贡献,已经主导了这个领域四十多年。它撇开了当时不理解的部分,专注于当时可以计算的内容。结果很棒,与实验结果一致。但它不是永恒的。另一方面,费米分布是永恒的。
WIGNNER:否则,否则,你当时就不了解它的影响。约翰·冯·诺依曼(John von Neumann)和我以及其他其他人长期以来一直在谈论衰变β,我们只是不知道电子是如何从原子核中出来的。
杨振宁:费米不是在大家知道怎么做之前就使用二次量子化吗?
维格纳:是的。
杨振宁:但是你和乔丹(P. Jordan)首先发明了次级量子钼。
维格纳:是的,是的,但我们从未想过它会被用于真正的物理学。
我不打算继续谈论费米后来的贡献,也不打算谈论他与学生的关系。后者,我以前写过。我只讲两个关于费米的故事。
琼·辛顿(Joan Hinton)是第二次世界大战期间费米在洛斯阿拉莫斯的助手之一,战后成为芝加哥大学的研究生。当我在1946年底开始为塞缪尔·金·艾利森工作时,她也是这个实验室的研究生。1948年春天,她去了中国,嫁给了她的男朋友恩斯特(Sid Engst,Yang Early),并定居在中国从事农业工作(她的经历是一个有趣的故事,应该写下来)。我希望她能很快做到这一点。1971年夏天,我第一次访问了新中国,比尼克松访问还有六个月。我碰巧在西阳县大寨的招待所见到了她。大寨是当时农业公社的典范。当然,我们感到震惊和高兴,一起回忆起在芝加哥的日子:我在实验室里是多么笨拙;我如何无意中差点给她致命的电击;我如何教她几句中文;我如何借了一辆车开车送她到La Salle站,开始她前往中国的漫长旅程,等等。她问我是否还记得费米斯在她离开前为她举行的告别派对,我记得。她再次问我是否还记得那天晚上他们寄给她的相机。然后她说,在告别派对前几天,她觉得她应该告诉费米,她要去共产党控制的地区。经过几天的考虑,她终于告诉了费米。费米说了什么?"他没有异议,我永远感激不尽。我知道她的话的分量,我一回到石溪,就打电话给芝加哥的费米太太,告诉她在大寨见到琼的整个过程。几年后,琼本人来到芝加哥,有机会拜访费米夫人和她的女儿内拉·费米。
最后,我引用我的《选集》(1983)第48页的一段话作为结束。
无论是作为物理学家还是作为人类,费米都受到所有人的尊敬,我相信他之所以受到尊重,是因为他是一个坚实的人。他所有的表演都散发着他性格的魅力。1950年代初,原子能委员会最重要的咨询委员会主席J·奥本海默(J. Oppenheimer)表示,美国原子能委员会的咨询委员会"非常重要",对美国原子能委员会来说"非常重要"。R·奥本海默(R. Oppenheimer)告诉我,他曾试图说服费米在任期届满后继续留在顾问委员会。费米不想这样做。奥本海默坚持说。最后,费米说:"你知道我不相信我在这些政治问题上总是正确的。"
人们常说,费米(1901-1954)在所有20世纪的物理学家中都是独一无二的,在理论和实验方面做出了一流的贡献。另一方面,我想指出,他也是独一无二的:他从未有意识或无意识地试图将他的受欢迎程度和影响力扩大到现实或真实自我之外。为了强调这一点,我选择了莎士比亚的94首十四行诗中的八首来介绍费米。不幸的是,当这篇文章于2004年发表在费米的回忆录中时,印刷商错过了最后一行。相比之下,奥本海默(1904-1967)和泰勒(E.泰勒,1908-2003)享有并追求权力和影响力。我认为这是他们冲突的主要原因,也是他们截然不同的悲惨生活的主要原因。
当我在上面的文章中写到费米时,我说:
他总是把脚放在地上。他非常能干,不滥用影响力,不发表公开评论,也不用巧妙的语言贬低人。我一直以为他是一个标准的儒家绅士。
我认为这样的性格在今天的美国是罕见的。美国社会似乎正在把伟大的人民推向相反的方向。奥本海默,泰勒,费曼(R.P.费曼),库恩(T.库恩)每个人都有自己取悦观众和吹捧自己的方式。
美国科学正在迅速发展,成功的美国科学家往往极具侵略性。这两件事有关系吗?
但我知道,即使在今天,中国儒家的模式也是非常有活力的。中国科学院前院长周光超,作为一个普通人和物理学家,我写了这样一段话:
周光超是顶级物理学家。他具有广阔的视野,深远的影响力和对新想法的快速洞察力。他的物理研究风格让我想起了Lev Davidovich Landau,Mohammad Abdus Salam和Teller。但从我个人的角度来看,周光超是一个完美的儒家修行者,不像美国、欧洲和俄罗斯的许多物理学家那样咄咄逼人。
本文由作者于2001年为纪念费米诞辰100周年而撰写,收录于《黎明集》(杨振宁,昂凡编纂,三联书店,2008年版)。2013年,《论文选编II》英文版与《评论》(世界科学出版社,2013年)重新出版时,作者添加了一个后记,发表在该期刊上,由杨建义翻译成中文。在出版时,根据本期刊的例子处理了少量文本,并由作者验证。]
本文发表于2013年《科学》杂志第4期
注释
参见:莎士比亚十六世,第94期。
参见:Segrè E. Enrico Fermi论文集。芝加哥: 芝加哥大学 Pre, 1962:178.
参见:Rasetti E. Enrico Fermi的论文集。芝加哥: 芝加哥大学出版社, 1962: 277.
参见:Yang C N. Enrico Fermi的论文集。芝加哥: 新闻大学, 1962: 673.
汉春于1948年前往中国,当时中国共产党还没有打败蒋介石,两年后朝鲜战争爆发。如果她想在朝鲜战争后去中国,我相信美国政府不会允许她离开这个国家。