2021年9月29日是费米诞辰120周年。费米是20宿世纪物理学巨匠之一,对理论物理学和尝试物理学均做出了重大进献。在杨振宁眼中,费米在人格方面也是怪异的——他永远踏踏实实,不滥用影响,是尺度的儒家正人。本文写于2001年费米诞辰100周年之际。本年是费米诞辰120周年,我们以此纪念这位伟大的物理学家。
撰文 | 杨振宁
力能加害而不屑,
最显能为而不为;
能动他人己如石,
果断沉着不为移;
如彼允宜得天厚,
天然丰赐不浪掷;
如彼诚彼美颜后,
他人糜耗为美役。[1]
费米(Enrico Fermi)是20宿世纪所有伟大的物理学家中最受尊敬和崇敬者之一。他之所以受尊敬和崇敬,是因为他在理论物理和尝试物理两方面的进献,是因为在他带领下的工作为人类发现了壮大的新能源,而更主要的是因为他的个性:他永远靠得住和可托任;他永远踏踏实实。他的能力极强,却不滥用影响,也不哗众取宠,或巧语贬人。我一向认为他是一个尺度的儒家正人。
费米最早在物理学中的乐趣似乎在广义相对论方面。1923年摆布他起头深切切磋统计力学中的“吉布斯佯谬”(Gibbs paradox)和“绝对熵常数”(absolute entropy constant)。然后,正如塞格雷(E. Segrè)所写的:
当他读了泡利关于不相容道理的文章后,当即意识到他已把握了抱负气体理论的全数要素。这个理论能在绝对温度零度时知足能斯特定理(Nernst theorem),供给低密度高温度极限时绝对熵的准确的萨库尔-特罗德公式(Sackur-Tetrode formula)。这个理论没有形形色色的肆意假设,而这些假设是以前统计力学中求准确的熵值时必需引入的。[2]
这项研究导出了费米的第一项不朽的工作,导出了“费米分布”、“费米球”、“费米液体”、“费米子”等等概念。
按照费米研究气概的特点,在做出了这个理论方面的进献今后,接着他就把此理论用到重原子的布局,导出了此刻通称的托马斯-费米方式(Thomas-Fermi method)。对于这个方式中的微分方程:
费米用一个小而原始的计较尺求出了其数值解。此项计较也许花了他一个礼拜。马约拉纳(E. Majorana)是一位计较速度极快而又不轻信人言的人。他决议来验证费米的成果。他把方程式转换为里卡蒂方程(Riccati equation)再求其数值解。所得成果和费米获得的完全合适。[3]
费米喜好用计较器。非论是小的仍是大的计较器他都喜好用。我们这些在芝加哥的研究生们都看到了他这个特点并且都很信服。显然在事业的早期,他就已爱上了计较器。这个快乐喜爱一向延续到他的晚年。
费米下一个本家儿要进献是在量子电动力学方面,他当作功地解除了纵标的目的场,获得了库仑彼此感化。1946至1954年间在芝加哥的学生们都知道他对这个工作极为高傲(可是在今天,65岁以下的理论物理学家似乎已经很少有人知道费米的这一进献了)。这一工作又是极有费米气概的:他看穿了复杂的形式场论,看到了其根基内含——谐振子的调集,进而化问题为一个简单的薛定谔式方程。这项工作1929年4月他第一次在巴黎提出,1930年夏在安阿伯(Ann Arbor)有名的夏日钻研会中再次提出来。1950年月后期,乌伦贝克(G. Uhlenbeck)曾告诉我,在费米的这项工作以前,没有人真正领会量子电动力学。这个工作使得费米当作为宿世界 上少数几个顶尖的场论物理学家之一。
此刻我跳过费米1920年在超邃密布局理论中绝妙的工作来讲他的β衰变理论。按照塞格雷的讲法,费米终其平生都认为这个理论是他在理论物理学中最主要的进献。我曾读过塞格雷在这方面的评论,可是感应利诱不解。1970年月的一天,我和维格纳(E. Wigner)在洛克菲勒大学咖啡室中曾有过下面一段谈话。
杨振宁:您认为费米在理论物理中最主要的进献是什么?
维格纳:β衰变理论。
杨振宁:怎么会呢?它已被更根基的概念所代替。当然,他的β衰变理论是很主要的进献,它支配了整个范畴四十多年。它把那时无法领会的部门置之一旁,而专注于那时能计较的部门。成果是美妙的,而且和尝试成果相符。可是它不是永恒的。相反,费米分布才是永恒的。
维格纳:否则,否则,您不领会它在那时的影响。冯·诺伊曼(John von Neumann)和我以及其他人曾经对β衰变切磋过很长时候,我们就是不知道在原子核中怎么会发生一个电子出来。
杨振宁:不是费米用了二次量子化的后大师才知道怎么做的吗?
维格纳:是的。
杨振宁:可是您和约尔丹(P. Jordan)首先发现二次量子化的Ψ。
维格纳:对的,对的,可是我们从来没有想到过它能用在实际的物理理论里。
我不拟再继续讲费米此后的进献,也不拟讲他和学生们的关系。后者,我在以前已经写过。[4]我只讲两个关于费米的故事。
琼·欣顿(Joan Hinton,寒春)是第二次宿世界大战中费米在洛斯阿拉莫斯的助手之一,战后当作为芝加哥大学的研究生。当我1946年后期起头为艾利森(Samuel King Allison)工作时她也在这个尝试室当研究生。1948年春她去了中国,和她的男伴侣恩斯特(Sid Engst,阳早)成婚,并假寓中国,从事农业(她的履历是一个应该写下来的很有意思的故事。我但愿她能很快做这件事)。1971年夏,我第一次拜候新中国,这是在尼克松拜候中国之前半年。我偶尔在昔阳县大寨的招待所中碰到了她。大寨是那时农业公社的一个榜样典型。我们当然又惊又喜,配合回忆了在芝加哥的那些日子:我在尝试室里是如何地拙笨;我是如何在无意中几乎使她受到致命的电击;我如何教了她几句中文;我如何借了一部汽车开车送她去拉萨尔(La Salle)车站,起头她去中国的漫长的路程,等等。她问我还记不记得在她分开前费米佳耦为她进行的辞别会,这我记得。她又问我记不记得那天晚上他们送她的拍照机,这我不记得了。然后她说在辞别会前几天,她感觉应该告诉费米她筹算去中国共产党节制区。考虑几天今后她终于告诉了费米。费米说什么呢?“他没有否决,对此我长生感谢感动。"我知道她的这句话的分量,[5]回到石溪后我立即给在芝加哥的费米夫人打了德律风,告诉她我在大寨碰到琼的全数过程。几年今后,琼本身到了芝加哥,有机遇拜候了费米夫人和她的女儿内拉·费米(Nella Femi)。
此刻引述我的《选集》(1983)第48页中的一段话作为竣事。
非论是作为一位物理学家仍是作为一小我,费米深为所有的人所崇拜我相信,他之所以使人寂然起敬是因为他是一个扎实的人。他的所有表示无不披发出他的这种风致的魅力。1950年月早期,美国原子能委员会极主要的参谋委员会的本家儿席奥本海默(J. R. Oppenheimer)告诉我他曾试图挽劝费米在任期满后继续留在参谋委员会中。费米不肯意。奥本海默对峙。最后费米说道:“您知道我不相信我本身在这些政治问题方面的看法老是准确的。”
【跋文】人们常说,在所有20宿世纪物理学家傍边费米(1901-1954)是并世无双的,在理论和尝试上都做过一流的进献。我要指出在另一方面他也是怪异的:他从来没有有意识或无意识地试图将他的声望和影响力,膨胀到实际或他真实的本身的规模之外。为了强调这一点,我选了莎士比亚的第94首十四行诗中的八行来介绍费米。不幸当上述这篇文章在2004年《费米回忆录》刊行时,最后一行被排版工人漏掉了。相反的,奥本海默(1904-1967)和特勒(E. Teller,1908-2003)都享有并且追求权力和影响力。我相信这是他们之间的冲突,和他们很不不异的悲剧性生命的本家儿要原因。
当我在上述这篇文章中写到费米时说:
他永远踏踏实实。他的能力极强,却不滥用影响,也不哗众取宠,或巧语贬人。我一向认为他是一个尺度的儒家正人。
我认为这样的人品在今天的美国是不多见的。美国社会似乎将它的精采人士推标的目的相反的偏向。奥本海默、特勒、费恩曼(R. P. Feynman)、库恩(T. Kuhn)各有本身的一套取悦不雅众、标榜本身的方式。
美国的科学在突飞大进,当作功的美国科学家们经常是极端朝上进步而锋芒毕露的。莫非这两件事是相关的吗?
可是我知道中国儒家的表率,即使是在今天,也很是具有活力。前中国科学院院长周光召作为一个通俗人和物理学家,我写了下面的一段话:
周光召是一位顶尖的物理学家。他视野坦荡,影响力深远,而且可以或许快速地洞悉新思惟。他做物理研究的气概让我想起了朗道(Lev Davidovich Landau)、萨拉姆(Mohammad Abdus Salam)和特勒。可是从我小我角度看,周光召是一个完美的儒家思惟实践者,而不像美国、欧洲和俄罗斯的很多名物理学家那样不可一世。
〔本文为作者于2001年为纪念费米诞辰100周年而作,曾收录于《曙光集》(杨振宁著,翁帆编译,三联书店2008年版)。2013年从头收录英文版Selected PapersⅡ,with Commentary (World Scientific Publishing,2013)时,作者加了跋文,并交本刊颁发,跋文由杨建邺译当作中文。本刊颁发时按本刊编制作了少量文字处置,并经作者核定。]
本文颁发于《科学》杂志2013年第4期
注释
[1] 拜见:莎士比亚十四行诗,第94首。
[2] 拜见:Segrè E. Collected papers of Enrico Fermi. Chicago: Univ of Chicago Pre, 1962:178.
[3] 拜见:Rasetti E. Collected papers of Enrico Fermi. Chicago: Univ of Chicago Press, 1962: 277.
[4] 拜见:Yang C N. Collected papers of Enrico Fermi. Chicago: Univ of Press, 1962: 673.
[5] 寒春是在1948年去的中国,那时中国共产党还没有战胜蒋介石,朝鲜战争是在两年之后才爆发。若是执政鲜战争爆发后她想去中国,我确信美国当局不会许可她分开美国。







