弗里曼·戴森:拒绝专业化的物理学家
1948年,在一辆从伯克利前往普林斯顿的灰狗巴士上,一位24岁、尚未获得博士学位的英国人获得了他后来所称的“灵光一闪”:由朱利安·施温格(Julian Schwinger)、朝永振一郎(Sin-Itiro Tomonaga)以及一位古怪而才华横溢的表演家理查德·费曼(Richard Feynman)分别独立提出、在数学上互不兼容的三种量子电动力学版本,实际上竟是同一种理论。弗里曼·戴森(Freeman Dyson)在一篇论文中阐述了这一发现,将费曼图作为实用工具提供给了物理学界,随后,在完成了这一令他留名青史的壮举后,他在接下来的七十年里拒绝重复类似的研究。
让量子电动力学(QED)得以应用的那次巴士之旅
戴森通往那次巴士之旅的道路始于剑桥大学三一学院。他15岁时凭借奖学金入学,师从G.H.哈代(G.H. Hardy),后又师从保罗·狄拉克(Paul Dirac)。战争中断了他的学业:19岁时,他加入了英国皇家空军轰炸机司令部的作战研究科,计算损失率,并曾试图推动拆除兰开斯特轰炸机上的炮塔以提高飞行速度和生存能力,但未获成功。军方无视了他的建议,空勤人员正如他统计所预言的那样伤亡惨重——这成了他早期关于在无权情况下“正确”却无力的局限性教育。
战后,他获得英联邦奖学金前往康奈尔大学师从汉斯·贝特(Hans Bethe),并结识了费曼。1949年,他发表论文证明了费曼图、施温格的算符形式体系以及朝永振一郎的方法在数学上是对同一物理过程的等价描述。正是戴森而非费曼,首次将费曼图付印并将其转化为每一位粒子物理学家至今仍在使用的计算机器。起初对他持怀疑态度的J.罗伯特·奥本海默(J. Robert Oppenheimer)最终被他说服,并在1953年给予了戴森普林斯顿高等研究院的终身职位——据称用奥本海默自己的话说是“为了证明我错了”。戴森从未获得博士学位。他也从未需要过。
不安分的职业生涯
他随后的职业生涯与其说是一个专业路径,不如说是一系列对不同领域的“突袭”。1966年,他与安德鲁·伦纳德(Andrew Lenard)一起严谨地证明了普通物质为何不会坍缩——是泡利不相容原理,而非仅仅是电磁力,维持了固体的稳定性。他推导了一维相变和自旋波的数学模型,开发了加法数论工具。1973年,在与数学家休·蒙哥马利(Hugh Montgomery)的一次偶然会面中,他意识到素数间距的统计模式与重原子核能级间距相吻合——这是一种数论与核物理之间的联系,至今仍吸引着数学家去探索。
他还参与了实际制造。1950年代末,他在爱德华·泰勒(Edward Teller)的团队中参与设计了TRIGA反应堆,这是一种设计上完全故障安全的小型核反应堆,从设计上杜绝了熔毁可能;TRIGA机组至今仍在为全球医院和大学生产医用同位素。大约同一时期,在通用原子公司,他全身心投入“猎户座计划”(Project Orion),这是一项通过在推进板后引爆小型核弹来推进航天器的计划——这在当时对他而言似乎是通往1965年抵达火星和1970年抵达土星的切实路径。他出于原则支持1963年的《部分禁止核试验条约》,尽管该条约对大气层内试验的限制直接扼杀了“猎户座计划”,他后来仍担任美国科学家联合会主席并为该条约向参议院作证。他牺牲了自己的梦想,但依然坚持己见。
被他戏称为玩笑的球体
1960年,在《科学》(Science)杂志的一篇短文中,戴森提出,一个足够先进、耗尽了母恒星能量的文明,可能会拆除行星,建造一个外壳或栖息地群,以捕获恒星几乎所有的光——并以红外线形式辐射废热,望远镜可以探测到这种热量。他后来承认,这个想法“本意是个玩笑,与工作无关”,令他感到困惑的是,它以“戴森球”之名,成为了科幻小说和搜寻地外文明中最著名的概念之一,完全掩盖了他所认为的真正工作——数论和反应堆物理。
天生的反对者
戴森的同事并不认为他好斗,而是认为他天生无法对既定结论保持沉默。曾因基于戴森图表的工作而获得诺贝尔奖的史蒂文·温伯格(Steven Weinberg)曾留下名言:“当共识像湖面结冰一样形成时,戴森会尽最大努力去凿开那层冰。”他的朋友奥利弗·萨克斯(Oliver Sacks)称戴森对优秀科学最喜欢的定义是“颠覆性”。这种气质在产生最有价值见解的同时,也产生了最具破坏性的观点。晚年,他成为科学界关于人类引起气候变化共识的著名怀疑论者,认为气候模型存在过多的不确定性,且二氧化碳浓度升高对生态的益处可能大于害处——这一立场使他与NASA的詹姆斯·汉森(James Hansen)对立,他指责汉森将“科学变成了意识形态”,并引来了气候科学家们尖锐的公开反驳,他们认为他在自己未曾收集过的数据领域显得底气不足。
弗里曼为何被称为天才
将戴森称为天才的理由,不在于任何单一的定理,而在于他的广度:他在一生中统一了量子电动力学,证明了物质稳定性的基础结果,架起了数论与核物理之间的桥梁,设计了至今仍在挽救生命的反应堆,并构思了一个现已融入搜寻外星文明研究的概念。极少有20世纪的科学家能在如此多的领域达到这一水平。温伯格所说的“凿冰”本身就证明了一个极其自由、热衷于寻找规律的头脑。爱德华·威滕(Edward Witten)评价他的贡献“如此广泛,以至于一个人几乎不可能对它们进行充分的总结”。
诚实的反对意见同样真实。戴森本人解释了他为何没有因量子电动力学(这一本应让他获奖的成就)获得诺贝尔奖的原因:“你需要有很长的注意力,抓住某个深刻而重要的问题,并坚持钻研十年。那不是我的风格。”他是一位综合与翻译的天才——比起那种原创的、持续的发现型天才,他更能看透别人看似迥异的想法其实是同一种观念。而他在气候问题上的反叛观点(在缺乏自身相关领域研究支撑的情况下),提醒了人们,一个为跨学科而生的头脑,也可能跨入那些直觉不再奏效的领域。
遗产
戴森于2020年去世,享年96岁。他比同代几乎所有物理学家都长寿,最后几十年里,他既是科学家,也是公众散文家,为《纽约书评》撰稿,并在《扰动宇宙》(Disturbing the Universe)等著作中,为基因工程绿色技术和人类向太空扩散的未来辩护。高等研究院院长罗伯特·戴格拉夫(Robbert Dijkgraaf)为他写的墓志铭很简单:“他的秘诀就是对生活中的一切都说‘是’,直到最后一刻。”他的遗产中没有挂着诺贝尔奖章,但每一本粒子物理教科书中的图表依然刻着他的名字。

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