88岁诺奖得主物理学大师温伯格去世,生前求索宇宙终极理论

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据得克萨斯大学奥斯汀分校官网消息,世界著名物理学家史蒂芬·温伯格(Steven Weinberg)于北京时间7月24日去世,享年88岁。

史蒂芬·温伯格 图片来源于得克萨斯大学官网

温伯格在物理学众多领域具有开创性贡献。他提出了弱相互作用和电磁相互作用的统一理论,成为粒子物理标准模型的创立者之一。

温伯格是美国国家科学院、伦敦皇家学会、英国皇家学会、美国艺术与科学学院和美国哲学学会的成员,该学会于2004 年授予他本杰明·富兰克林奖章。1979年获得诺贝尔物理学奖,1991年获得美国国家科学奖章,1999年获得刘易斯·托马斯奖,2020年获得基础物理学突破奖。

1967年,温伯格在《物理评论快报》发表了一篇只有三页纸的论文,阐述电磁力和弱核力如何作为统一的弱电力,预测了当时从未观察到的基本粒子(W、Z 和希格斯玻色子)的特性,并推测“弱中性流”决定了基本粒子如何粒子相互作用的理论。后来的实验包括 2012 年在瑞士大型强子对撞机 (LHC) 中发现的希格斯玻色子,都证实了他的预测。

温伯格也热衷于科普工作,他著有《解释世界》、《终极理论之梦》、《最初三分钟》和《仰望苍穹》等,这些作品在科学界和大众之间流行。例如,《最初三分钟》用简单但激动人心的语言描述了宇宙诞生的最初几分钟,并阐述了宇宙膨胀的原因。书中,他说:“宇宙越显得可以理解,就越显得没有意义。”后来,他补充道:“我并不是说科学告诉我们宇宙是没有意义的,而是说宇宙本身没有告诉我们任何意义。我们也有办法为自己的生活找一点意义,其中一个办法就是努力去认识宇宙。”

《仰望苍穹》收录了温伯格的捍卫科学、“反击”如宗教神创论者、宇宙智能设计论者、科学理论的社会建构论者、后现代主义者等“文化敌手”的文章。他在书中驳斥宗教神创论和宇宙设计论,表示“不管是否有宗教,好人都行善,坏人都做恶;可是若想使好人做恶,就要利用宗教。”

在《终极理论之梦》中,他表示“我们今天的理论只有有限的意义,是暂时的、不完备的。但是,我们总会隐约看到其背后终极理论的影子,那个理论将具有无限的意义,它的完备与和谐将完全令人满意。”他也对哲学和宗教进行了批判,诸如“哲学家的观点偶尔也帮助物理学家,不过一般是从反面来的——使他们能够拒绝其他哲学家的先入为主的偏见”。

他还表示,宗教有过重大的道德和艺术贡献,同时也造成历史上的宗教战争、异教徒讨伐、宗教裁判所和犹太人大屠杀。“宗教的功过不是这里可以评说的。不过,我还是想说明一点,把宗教迫害和圣战归结为宗教的扭曲,也无助于功过的评价。”

由于温伯格撰写的科普作品,他获得了“刘易斯·托马斯奖”(Lewis Thomas Prize),该奖项表彰“作为诗人的科学家”、“连接科学和人文世界的罕见之人,他的声音和视野能够告诉人们科学的美学和哲学维度”。

温伯格1933年出生于纽约,他是家族中第一个上大学的人。温伯格在诺贝尔奖官网所示的自传中写道,他早年对科学的兴趣得到了父亲的鼓励。十五六岁时,他的兴趣集中在理论物理学上。1954 年,他在康奈尔大学获得本科学位,之后在哥本哈根的理论物理研究所(现为尼尔斯·玻尔研究所)进行了一年的研究生学习,开始研究物理学。

此后,他回到普林斯顿大学,并于1957年获得博士学位。然后,在哥伦比亚大学、劳伦斯伯克利国家实验室先后完成博士后工作后。在此期间,他的研究范围涉及费曼图的高能极限的特点、第二类弱相互作用流、对称性破缺、散射理论、介子物理等。

1961年到1962年,他开始了对天体物理学产生积极兴趣,然后在1971年完成《引力论和宇宙论》(Gravitation and Cosmology)。1966 年到 1969 年,他在哈佛大学担任Loeb讲师,然后在麻省理工学院担任客座教授。 1969 年,担任麻省理工学院物理系的教授。1973 年,担任哈佛大学希金斯物理学教授,以及史密森天体物理天文台的高级科学家。1982 年起,他在得克萨斯大学奥斯汀分校任教,担任了数十年的物理学和天文学教授。

温伯格曾经给予即将步入研究领域的大学毕业生四条建议(在2003年发布于《nature》):

第一,没人知道一切,你也不必知道(No one knows everything, and you don’t have to.)。温伯格介绍说,自己本科毕业后,对他而言物理学文献如同未经探索的广阔海洋。当时,他认为在开启自己的研究之前,必须了解所有部分。

“如果我不知道已经做过的一切,我怎么能做任何事呢?幸运的是,研究生院的第一年,我落入了资深物理学家的手中,他们不顾我焦急地反对,坚持我必须开始做研究、在前进的过程中掌握所需知道的内容。要么沉没,要么游泳。令我惊讶的是,我发现这是可行的。我很快就拿到了博士学位——不过当我拿到博士学位时,我对物理几乎一无所知。但我确实学到了一件大事:没有人知道一切,你也不必知道。”

第二,游泳时不想沉没,应该向汹涌之处去(While you are swimming and not sinking you should aim for rough water)。温伯格举例说,他在麻省理工学院教书时,一个学生表示希望研究广义相对论,而非他在研究的基本粒子物理学。因为前者的原理众所周知,而后者对这个学生而言似乎一团混乱。

他突然意识到,该学生所说的正是支持其研究粒子物理学的绝佳理由。粒子物理学是一个仍然可以进行创造性工作的领域。虽然在上世纪60年代确实为一团糟,但从那时起,许多理论和实验物理学家开始去解决这个问题,并把几乎一切放在“标准模型”理论中。“我的建议是前往‘混乱’之处,那里正是有所作为的地方。”

第三,原谅自己浪费时间(Forgive yourself for wasting time)。他表示,学生一般只被要求解决教授认为能解决的问题,这些问题在科学上是否重要并不重要,而只是为了通过课程。实际上,现实世界中,很难知道哪些问题重要以及在某个特定历史时刻能够解决。

“二十世纪初,包括洛伦兹(Lorentz )和亚伯拉罕(Abraham)在内的几位著名物理学家努力研究电子理论,部分原因是为了理解地球通过以太运动影响为何未能被探测到。现在,我们知道他们在试图解决错误的问题。当时,量子力学还没有被发现,没人能提出成功的电子理论。由于你永远无法确定哪些问题正确,你在实验室或办公桌上的大部分时间都会被浪费。如果你希望具有创造力,那么就必须习惯于把大部分时间花在没有创造力上,习惯于被困于科学知识的海洋。”

第四,学习科学史(learn something about the history of science)。他表示,至少要学习自己所在科学细分领域的历史。这可能对科学工作有所帮助,更重要的是,科学史可以让自己的工作看起来更有价值。

他说,作为科学家,可能不会发财,朋友和亲戚可能不理解你研究了什么,你研究的内容可能不会立即有实际应用,但是可以通过认识到自己的工作是科学历史的一部分而获得极大的满足感。

得克萨斯大学的消息显示,温伯格一生都对遏制核扩散感兴趣,并曾短暂地担任过美国军备控制与裁军署顾问。他主张在美国建立一个具有大型强子对撞机能力的超导超级对撞机,不过该项目最终未能在上个世纪90 年代获得资金。

(原标题《88岁诺奖得主物理学大师温伯格去世,生前求索宇宙终极理论》)

编辑 周梦璇 审读 吴剑林 审核 党毅浩
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