悼念物理学家温伯格| 是科学家，也是诗人

来源：知社学术圈

北京时间2021年7月24日，美国著名理论物理学家、诺贝尔物理学奖得主史蒂芬·温伯格(Steven Weinberg)病逝。他在科学上的贡献、在科普传播上的成就，为他在学界内外赢得了巨大的声誉。他深邃的思想以诗人般的笔触潺潺流出，他被世人冠之以诗人科学家的称誉。

1933年，温伯格出生于美国纽约，父亲是纽约市的一位法庭速记员。在家庭的鼓励下，温伯格从小就热爱科学，对物理尤其兴趣浓厚。他声称自己在15岁时就已经确定了对物理学的热爱。他在布朗克斯理科中学度过了中学时光，而知名物理学家Sheldon Glashow正是他那时的同班好友。美剧《生活大爆炸》中的角色“谢耳朵”，就是以Glashow为原型。两人或许不会想到，深厚友谊将会贯穿他们的一生，他们会一起登上诺贝尔奖的领奖台，分享无上的荣誉。

后来，温伯格进入康奈尔大学进行物理学的基础研究。在那里，他邂逅了他未来的妻子露易丝，两人在温伯格毕业后就步入结婚殿堂。如今，露易丝在德克萨斯大学担任法学教授。从康奈尔大学毕业后，温伯格前往哥本哈根理论物理研究所（即现在的尼尔斯·波尔研究所）攻读研究生。1955年，他回到美国普林斯顿大学，师从美国著名物理学家Sam Treiman，并于1957年获得物理学博士学位。毕业后，温伯格先后在哥伦比亚大学、加州大学伯克利分校工作。他曾担任哈佛大学的洛埃讲座教授、麻省理工学院的访问教授等职务。1967年，正是在麻省理工学院，温伯格在物理评论快报上发表了一篇革命性的论文——《轻子模型》。在这篇仅两页半的论文中，温伯格以惊人的简洁与优雅，揭示着宇宙最神秘的真义。1969年至1973年，温伯格被麻省理工学院物理系聘为教授；1973年，温伯格接替著名物理学家Julian Schwinger成为了哈佛大学的希金斯讲席教授，同时，他也被任命为史密斯天文台的高级科学家，时年40岁。

1979年，温伯格、Glashow与Abdus Salam一起分享了当年的诺贝尔物理学奖，以表彰他们在阐明基本粒子的相互作用性质, 特别是在发展电磁力和弱力统一理论方面所作的贡献。1982年，史蒂芬·温伯格作为Josey Regental的科学教授来到德克萨斯大学奥斯汀分校物理学和天文学系，担任Jack S. Josey-Welch基金会理学理事长，并成立了物理系理论小组。

温伯格是美国科学院院士、美国艺术与科学院院士、美国物理学会会员、伦敦皇家学会外籍会员、国际天文学协会会员、美国中世纪学会会员、美国哲学学会会员以及科学史学会会员等。他还曾在出任美国军备控制和裁军机构顾问以及美国国家科学奖章总统委员会成员。

温伯格曾总结自己一生的工作，称自己“主要研究的是基本粒子理论和与之相关的量子场论，偶尔还会涉及一些宇宙学”。毫无疑问，他在科学上做出的最突出贡献是提出弱电统一理论。在揭示弱力物理本质的过程中，费米在他的“β衰变理论”中首先指出，弱力和电磁力一样，是矢量相互作用。经过许多科学家近 30 年的实验、理论研究，终于证明了弱力确实是矢量相互作用。费米的这一想法，后来被费曼和盖尔曼进一步推广为守恒矢量流理论，并最终导致了温伯格、Glashow和Salam建立了弱力与电磁力的统一理论。 

守恒矢量流（CVC）假说由费曼和盖尔曼对照电磁学理论提出。考虑到 CVC 理论中统一描述β±跃迁和电磁跃迁的同位旋三重态满足 SU(2) 群的对称性，以及电磁流中不仅包含同位旋三重态的分量而且包含同位旋单态，他们认为：可以应用杨振宁和米尔斯于 1954 年提出的规范场理论，选用SU(2)⊗U(1)作为规范群，来统一地描述弱作用和电磁作用。

按照杨振宁和米尔斯的定义，与这种规范群相应的4个规范场的量子是没有静止质量的，都不能作为弱作用的中间玻色子。因此，温伯格和萨拉姆又进一步引入希格斯机制使这 4 个规范场重新组合成 3 个有静止质量的规范场，其场量子为中间玻色子W±和Z0，和一个没有静止质量的规范场——电磁场，其场量子为光子。这样，他们便统一地描述了弱作用和电磁作用。温伯格和萨拉姆的弱电统一理论预言，中间玻色子W±和Z0的质量分别约为：83 GeV/c2 和 93 GeV/c2。由于这些中间玻色子的质量太大，当时世界上所有的加速器的能量都不足以产生它们，因此实验上没有能够立即发现。但是，由于弱电统一理论不仅预言存在李、杨提出的中间玻色子 W±，而且预言存在一种新的中间玻色子Z0 ，因此，只要找到交换Z0 的中性流反应，例如：e+vμ→ e+ vμ、μ-+ve → μ-+ ve和 n+v →n+v等，便可检验理论的预言。

1973年，在欧洲核子研究中心的一个实验组利用庞大的重液泡室和能量为28 GeV 的加速器所产生的中微子束流，找到了中性流反应：e+vμ → e+ vμ的第一个事例，从而间接地证明了Z0的存在，验证了理论的预言。另外，弱电统一理论还预言，在正负电子对撞机的实验中，既可以通过电磁作用产生μ+μ-对，也可以通过弱作用产生μ+μ-对。因此，通过实验观察这两种反应之间的弱电干涉现象也可以检验理论的预言。1978年，在美国斯坦福直线加速器中心由泰勒领导的实验组作了一个纵向极化电子在氚核上散射的实验，得到了与弱电统一理论预言相符合的实验结果，再次证实了弱电统一理论的正确性。  

中性流的发现使得温伯格、Glashow和Salam因对弱电统一理论作出贡献而共同获得了1979年度的诺贝尔物理学奖。应当指出：Glashow获奖，是因为他首先提出弱电统一理论，并预言了中性流存在，但是他的理论未能解决中间玻色子没有静止质量的问题，后来温伯格和Salam的理论解决了这个问题。因此，弱电统一理论应当是他们三人共同的研究成果。 

弱电统一理论的建立和中间玻色子W±和Z0的发现是物理学上一个划时代的事件，其重要性可以与电磁学理论的建立和电磁波的发现相比拟。虽然目前还无法估量它是否会像电磁学理论那样对人类生活产生巨大的影响，但是，理论上的意义是很清楚的：从电磁统一到弱电统一，反映了基本相互作用之间有某种内在的联系，它将促使人们进一步去探索统一弱电作用和强作用的可能性。

温伯格著作等身，美国科学情报研究所在对1961至1979年间科学论文进行被引用次数统计时发现，温伯格是当时世界上论文被引用最频繁的科学家之一。由于温伯格的杰 出科学成就 ， 他曾先后得到多种荣誉和奖励，除了获得 年诺贝尔物理学奖外 ， 他还1973年获美国物理学会的数学 物理海涅曼奖 ， 1979年获富兰克林学院的克莱逊奖章，他 还于1977年获美国物理学会和美国钢铁业基金会科学写作奖，1991年他获得了普林斯顿大学麦迪逊奖章， 并获国家科学奖章。除此之外 ， 他还具有诺克斯学院、芝加哥大学、耶鲁大学等多所大学的荣誉博士学位。

温伯格不仅以科研成就著称与世，他在教材编撰、科普写作上的工作同样令他享誉世界。他的书总是赢得普通大众和业内人士的喜爱，科普读物如《最初三分钟：关于宇宙起源的现代观点》、《湖畔静思：这个世界和宇宙》；  专业论著如《引力与宇宙学》、三卷本的《量子场论》以及《宇宙学》等。温伯格涉猎广泛，在哲学、文学、历史均有深厚涵养。在其《科学反击文化敌手》一书中，温伯格旁征博引，论点涉及哲学、历史、宗教、诗歌、戏剧、物理学史等许多方面。而他自己声称自己尤其热爱阅读历史，说《罗马帝国衰亡史》他常看常新， 并打算每30年回顾一遍。

1999年，温伯格获得了刘易斯·托马斯科学写作奖(Lewis Thomas Prize for Writing about Science)，评委会称他因“在充满热情地、清晰地传达基础物理学的观念、历史、解释力和美学维度方面所取得的杰出成就”而获得荣誉。刘易斯·托马斯科学写作奖以其第一位获奖者刘易斯·托马斯的名字命名，是由洛克菲勒大学颁发给那些被认为在文学上取得重大成就的科学家或医生的年度文学奖。该奖项最初被称为刘易斯·托马斯诗人奖，宣扬“科学家是诗人”。

著名哲学家海德格尔曾倡导的“诗意地栖居”，旨在通过人生艺术化和诗意化来抵制科学技术所带来的个性泯灭。但是，温伯格这位大科学家却早早的在科学旅途中找寻到了自己的诗意节奏。他曾这样描述自己的工作状态：“我是一个理论物理工作者，并不在实验室工作，而是在家。坐在书桌旁，我一边欣赏着奥斯丁湖的风光或观看电视机播放的一些老电影，一边工作着。”

他在《最初三分钟》留下了一个著名的结尾：“宇宙越是看似容易理解，就越是显得毫无意义。但即使我们的研究成果中并没有令人宽慰的东西，至少研究本身，也称得上是某种慰藉……人类努力认识宇宙的举动，是提升人类生活脱离闹剧水平的少数事情之一，它赋予我们悲剧性的恩典。” 由此可见，科学正是他生活中的的诗意。

但是，虽然温伯格具有如诗人一般的特质，但却对科学抱有诚挚而坚定的态度。他抨击哲学、神学的臆想。在《科学反击文化敌手》的序言中，他称“我们能够发现、得到了的那些自然定律, 都是同个人无关的, 也和任何一种神圣规划或者任何人类的特有地位毫无关系 。这本文集里的每一篇文章, 都以这样或那样的方式, 在为仰望这些发现的必然性而奋斗 。这些文章表达了一种理性论者、还原论者、实在论者和忠于非宗教解释的观点。总而言之, 昂首仰望就是与低头祈祷相反的一种姿态。”

温伯格在住院近一个月，在重症监护室坚持一周后，最终驾鹤西去。但他对科学的态度，对世界的理解，对历史的把握，将通过他的著作和事迹永久传承。《纽约客》撰稿人Lawrence Wright在社交平台称：“温伯格是一位热爱戏剧且令人快乐的伙伴，他能背诵杰拉尔德·曼利·霍普金斯的诗，并深刻的描述了创造的奥秘。” 就这一点上，或许我们应当感到高兴，人们记住了作为思想家的温伯格，也记住了那个为大家带来愉悦的、如诗人般的温伯格。

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