物理学与人类文明.doc

当代牛顿、物理学家中的数学家、国际弦理论科学家：爱德华-威腾 当我上完这门物理学与人类文明的选修课后，我觉得如坠云端，似懂非懂，仿佛站在了辉煌的物理殿堂的门前，仰望着一位位的伟人，瞻仰他们的英姿。如果说牛顿时代以前的物理学靠的是双眼和推测，那么现在的物理学，所依赖的就是缜密的思维逻辑、科学的计算和丰富果敢的想象力了。我想介绍一下当代伟大的物理学家爱德华-威腾。 当国内记者对霍金、纳什围追堵截时，一位很可能比霍金还要伟大的科学家却很少进入媒体的视野。与媒体对他的冷落相比，年轻的中国学生却以近乎狂热的方式表达着对他的敬意。2002年8月26日，他在北京国际会议中心度过了51岁生日，而对其生日的祝福，成为当天“北大论坛”人气最旺的帖子。威顿（Witten，又译为威腾或魏廷）是美国普林斯顿高等研究院的教授。他在北大作了一次公开演讲。在演讲前，北大数学院院长张继平介绍说：“常常有人将威顿称为当代牛顿。”威顿是一位享誉世界的物理学家。在他年仅29岁时，由于在量子场论方面表现出了超人的想象力和理解力，被普林斯顿大学物理系聘为教授。此后，他的研究重点集中在弦理论，并逐渐成为这一领域的领袖科学家。 作为一名物理学家，他同时有着非凡的数学能力。由于威顿从物理角度解决了一些在数学上看来是不可思议的问题，1990年他在东京举行的国际数学家大会上获得了菲尔茨奖。威顿不仅精通物理学和数学，而且将这两门学科紧密地结合在了一起。他和其他人提倡的方法和途径，在科学界产生了巨大的影响。正因为如此，有人将他称为“当代牛顿”。在北大张贴的海报上，也用了“当代牛顿”这种说法。 在接受南方周末独家专访时，威顿谦虚地表示：“我绝对不是当代牛顿，我只是一位普通的科学家，这种评价实在太高了。”为止，威顿已经发表了200多篇论文，先后被同行引用5万余次，在物理学界名列第一。相比之下，霍金论文的被引用次数为1万多次，排名第24。威顿的高产和创造力由此可见一斑，尽管论文被引用次数也许并不能完全说明一位科学家的水平。 虽然威顿并不认为自己是当代牛顿，但他半开玩笑地说，他和牛顿有一个共同点，就是“热爱科学”。爱科学的威顿，竟然是“半路出家”的。他在大学里学的是历史，原本打算成为政治家或新闻记者。 1971年，从布兰迪斯大学毕业后，他加入了乔治麦高文的总统竞选班子，开始了他短暂的从政生涯。这期间，他还发表过一些政论文章。威顿后来担心，如果投身政界或者新闻界，容易迷失自我。“我觉得自己还是对物理研究感兴趣。”他说。于是从1972年起，他开始在普林斯顿大学研究生院学习物理学课程。 这是威顿人生的一个重大转折。很多人惊讶于他当时作出的选择。因为在中国，由文科改学理科，几乎是不可能的事。 尽管研究生阶段的学习在刚开始时遇到了不少困难，但威顿的天赋帮了他不少忙。 有报道称，威顿在上小学之前，就经常和担任辛辛那提大学物理学教授的父亲讨论物理 问题。 1976年，威顿在普林斯顿大学获得博士学位。然后，他在哈佛大学做了4年博士后研 究。1980年，威顿被普林斯顿大学聘为全职教授。爱因斯坦一样，威顿也是犹太人。尽管选择了物理学作为职业生涯，他并没有完全放弃自己在社会活动方面的热情。在研究之余，他经常访问以色列，希望以自己的影响促进中东的和平。 威顿说起话来声音不大，但在他那颗硕大的脑袋中，蕴藏着令人惊讶的智慧。在普林斯顿，热爱他的学生送他一个昵称“火星人”。这使人想起那位被称为“外星人”的足球天才罗纳尔多。这位“火星人”主要的研究领域是一种包罗万象、玄之又玄的弦理论。现代物理学中，有两个基本理论。一个是爱因斯坦的广义相对论，它是描述星系和宇宙的；另一个是量子力学，它是描述微观世界原子以及比原子更小的粒子的理论。这两个理论被认为是20世纪物理学的两大支柱。“不幸的是，这两个理论之间存在冲突，弦理论试图将它们统一起来，以便得到一个更好的理论。”威顿说，“目前我们仍然没有真正理解弦理论，但已经得到了一些有趣的发现。” 伟大的科学家和艺术家通常都有直抵事物本质的能力。威顿无疑属于这样一类人。 他认为，20世纪许多最具深远意义的进展都是由于原有理论的不协调。“历史告诉我们 ，理论之间的不协调是取得真正重大进展的一个好方法。” 他指出，大多数缺乏物理素养的人或许会以为，物理学家所做的无非是一些极端繁杂的计算而已，但事实上，这不是物理学的精髓之所在。重要的是，物理学注重概念、何理解概念和大自然运行的原理。威顿自己认为，他最满意的一项工作是在1994年，他与洛特格斯大学的塞伯格合作，利用对偶性统一了五种不同的弦理论。值得一提的是，威顿曾经认为研究对偶性完全是在浪费时间，但他后来承认在这个问题上犯了错误，并且戏剧性地成为推动对偶性研究最强有力的人。理论问世已经有30年历史，其间受到过一些人的讽刺和质疑，但也受到过热烈的赞扬和吹捧。由于目前的条件限制，不可能用实验手段对其进行检验，有人据此以为它 仅仅是一门形而上的“玄学”而已；但当弦理论研究处于高潮时，也有人过早地欢呼一个包罗万象的“终极理论”就在眼前。有些研究人员甚至在一夜之间放弃了多年的研究项目而转向弦理论。 对于这一非凡理论，威顿本人的看法也许更为精妙：“弦理论是21世纪的物理偶然落在了20世纪。” “有人说21世纪是生物学的黄金时代，言下之意是，物理学的黄金时代已经过去了，您如何评价这一说法？”记者问。 威顿说：“我相信21世纪是生物学的黄金时代，但我同样相信，21世纪也是物理学的黄金时代。” 威顿并不同意21世纪才是生物学的黄金时代的说法。他补充说：“不过过去20世纪也是生物学的黄金时代，DNA双螺旋结构就是在20世纪发现的。”在一些中国学生看来，用“火星人”描述威顿似乎还不够。一位从事弦理论研究的博士生对记者说：“如果我说威顿是神，你应该不会反对。” 记者向威顿转述了这位学生的话，他听后笑了：“一般说来，我们尊敬前辈是对的，在科学研究上，可不要走得太远。中国在科学上可以做很多事情，三五十年后，有可能成为科学上的领导国家之一。对于正处在发展中的中国科学来说，尤其不要过于崇拜前辈科学家，因为年轻人总会提出更好的想法。” 当记者问威顿，公众是否有必要了解这些高深的物理理论时，威顿回答说：“你们的读者恐怕很少有