命名“黑洞”的物理学家——约翰 惠勒
Apr 16th, 2008 by bfvcc
原文在这里,粗陋翻译如下,是为纪。
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约翰 A。惠勒(John Archibald Wheeler),一位富有远见的物理学家,“黑洞”命名者,提出了核裂变论,与爱因斯坦和尼尔斯波尔争论自然的真实性,2008年4月13日早晨因肺炎在新泽西的家中去世,享年96岁。
当1939年波尔,丹麦物理学家,同时也是惠勒的导师,从丹麦乘船抵达美国时,惠勒被告知德国科学家已经成功地分裂了铀。当时的惠勒已经是一个年纪轻轻但已有影响力的教授了。短短几周,他和波尔就已经勾勒出了核裂变机理理论的框架。而波尔打算花更多的时间与爱因斯坦讨论量子理论,但是“到头来他花在与我谈话的时间却多于花在爱因斯坦身上的,”惠勒后来回忆道。
作为普林斯顿以及德州大学奥斯丁分校的教授,惠勒为几代理论物理学家制定日程表,并且能够形象地捕捉他的学生与同事们的想象力,然后向他们提出那些灵光闪现般的,直逼困难所在本质的问题。
麻省的宇宙学家Max Tegmark谈到惠勒时说:“对我来说,他是最后的泰坦,物理学界最后的超级英雄。”
在他的领导下,广义相对论这个曾经因为远离实验而垂死的领域也焕发新机,普林斯顿也成了美国研究爱氏引力论的领头羊。弗里曼戴森(Freeman Dyson)就说:“他让广义相对论重焕活力;他把广义相对论从数学家那里带走并带进实验领域。”
加州理工的费曼(Richard Feynman)曾是惠勒的学生之一。正是从惠勒的一个听起来疯狂的建议开始,费曼最终得了诺贝尔奖。另一个例子是Hugh Everett,他在惠勒的指导下完成了博士论文,其中描绘了一个基于量子力学的、无限分支的、平行的宇宙。惠勒称其为“多世界”,现在已经成了许多宇宙学家乃至科幻小说家的最爱。
费曼在回忆他的学生时代时说:“总有些人认为惠勒晚年时变得很疯狂,但其实他一直是这样啊。”
John Archibald Wheeler,1911年7月9号出生于Jacksonville,Florida,是家中的长子。他在21岁时就从约翰霍普金斯大学取得物理博士学位。一年后,在同相恋已久的Janette Hegner订婚后,惠勒就远渡重洋来到哥本哈根与波尔共事。其时,波尔已是量子革命的教父,量子力学也因对自然的矛盾描述而撼动了现代科学。”你可以谈论像佛陀,耶稣,摩西,孔子这样的人,但让我深信不疑地是,要是这样的人存在,那他们一定和波尔交流过。“惠勒说到。
在1939年波尔来到美国,并带来关于核裂变的不详消息的同时,他们的关系更进了一步。两人共同提出了关于原子核的液滴模型。当一个从具有分裂本领的核子中发射出来的中子与原子核撞击时,这颗“液滴”开始振动并伸长成一个花生状,最后分裂成两部分。
两年后,惠勒进入曼哈顿计划参与制造原子弹。然而让他永远遗憾地是,由于原子弹没有按时完成,欧洲战场的进程也就没有改变,也因此,他的兄弟Joe于1944年逝世于意大利的战斗中。
战后,惠勒继续为政府工作。为了发展氢弹,加速建造防辐射庇护所以及支持越南战争和导弹防御计划,他中断了自己的研究工作,甚至和他那些持自由主义态度的同僚背道而驰。
曾经有一次因为在火车上遗失了一份机密文件,惠勒受到艾森豪威尔的斥责,但他于1968年从约翰逊总统那里获得了原子能委员会的恩里克费米奖章。
当惠勒于1952年获准教授爱因斯坦引力论时,这门学科还没有成为一个被认可的研究领域。在这之后,他努力推动广义相对论的发展,六十年代的时候,惠勒改变了这门学科的面貌,那时,剑桥的Dennis Sciama,莫斯科州立大学的泽尔多维奇(Yakov Borisovich Zel’dovich)成立了研究小组,培养了新一代的引力论专家和宇宙学家。
爱因斯坦理论中的一个很特殊的地方吸引了惠勒的注意力。1939年奥本海默(随后成为曼哈顿计划的领导者)及其学生Hartland Snyder发现了爱因斯坦方程中的一个颇具启发的预言。当一颗垂死的恒星拥有足够的质量,它就会塌缩到密度极大的一个状态,以至于连光线都无法从它那里逃脱。这颗恒星会一直塌缩,它周围的时空被极度扭曲,进而成了黑色遮蔽般的东西。在它的中心,是空间无限卷曲,物质密度也无穷大的奇点,从通常的观点来看,这显然很荒谬。
起初,惠勒拒绝这样的结果。在1958年比利时的一次会议上,惠勒当面向奥本海默发表了他的看法,塌缩理论对这样一颗恒星内部物质的命运”没有给出一个可接受的结果”。“他试图与物理法则导致一个奇点的想法抗争。”马里兰大学的教授Charles Misner说到,他曾经也是惠勒的学生。总之,物理怎么会把自己引向一个违反自身的境地?
最终,当David Finkelstein,现乔治亚理工的名誉教授,发展了一套能够处理塌缩恒星内部和外部的数学方法后,惠勒和其余的人才又被带动了起来。
1967年纽约的一次会议上,他偶然想到“黑洞”这个名字,趁着听众提建议的机会,他想到这个名字可以戏剧般地描绘一颗恒星或者物理学家的可能的悲惨结局。
黑洞“告诉我们空间可以像一张纸一样压缩成一个无限小的点,而时间可以像熄灭的焰火一样消失,我们视为‘神圣’不变的物理定律可以是任何事,”这是惠勒在1999年他的自传,”基因,黑洞和量子泡沫:物理学的一生”(合作者Kenneth Ford,惠勒的学生,也是美国物理学会的退休主管)中写到的。
1973年,惠勒和他的两个学生,加州理工的Misner和Kip Thorne,出版了“引力论”(Gravitation),一部1279页的风格诙谐、平易近人——充满了旁注和极具个性的物理学家速写,而又丝毫不减其学术分量的巨著。一直以来都洛阳纸贵。
夏季时分,惠勒就要退休了,然后随家人移居到High Island, Me.的一座宅院去,在那里,他沉迷于用一门老式火炮去打啤酒罐子。
他和Janette在1935年结婚。Janette于2007年十月去世,享年99岁。惠勒在他的三个孩子的帮助下挺了过来。整个家族中有8个孙儿女,16个曾孙儿女,6个继孙儿女和11个继曾孙儿女。
1976年,因为在普林斯顿面临这强制性退休,惠勒去了得克萨斯大学。同时,他回到了当年让爱因斯坦和波尔为之论战的那个问题,那个由量子力学的奇怪定律揭示的现实的本质。那场革命的基石就是测不准原理,1927年由海森堡提出。原理给我们所了解到的自然加上了一个根本性的限制,如宣称,即使是在理论上,我们也不可能同时确知一个亚原子粒子的速度和位置。确定一个变量的值将无法测定另一个的值。结果就是,除非被确实观测,否则亚原子粒子只能存在于一定的可能性中,惠勒有时将其称为“喷烟的龙。”
这深深地困扰着爱因斯坦,有一次他问惠勒,如果没有看着月亮,它还会在那里吗?但惠勒想的却是,把这种量子不确定性在一定程度上运用到宇宙及其整个历史上去,是否就是我们理解为什么万物存在于世的关键。
“我们不再满足于仅仅探知粒子,力场,几何或者时间与空间,”惠勒在1981年写到。“今天,我们要求物理学能够了解其自身的存在性。”
在2003年惠勒90岁生辰上,戴森将他描述成一个一半是枯燥的计算家,破解核裂变秘密的“匠人”,一半是诗人的人。“诗性的惠勒是一位先知,”他说道,“就如同摩西立于Pisgah山巅,目光所及是那片允诺之地,他的子民终将继承。”洛斯阿拉莫斯国家实验室的Wojciech Zurek评价惠勒最持久的影响或许是他亲手“带大”的学生们。他在一封e-mail中写道,“我深知我被他培养成一名科学家,不仅是在课堂上听他讲课,不仅受他的物理思想影响,更重要的是,他对我的信心给了我莫大的鼓励。”
25年前的一次采访中,惠勒描述了他本人是如何看待自己的角色的。“如果说物理学中有一样东西对我来说比其他任何事都重要,那就是认识万物如何相互依存,我喜欢自认有判断力的感觉。我愿云游四方,广泛交流,提出任何会有进展的问题。我承认我对事物有乐观的看法,特别是有一天,我们终将了解事物的组成方式。许许多多的年轻人被逼上一个或另一个狭窄的方向上去,因此不能尝试也不能涉足这块前沿领域——唯有守旧者聊以自愚。我不如地狱,谁入地狱?!”
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原文作者DENNIS OVERBYE,其著作 Einstein in Love: A Scientific Romance 有中文版 。
译后记:翻译到结尾的时候,确实被惠勒那种舍我其谁,用于开拓的科学精神所打动,因此用了一句自认为颇有气势的话:-)。随后看到友人博文,八十高龄仍奋战在第一线的老科学家!我想,从他们的嘴里,你一定不会听到“No country for old man”的感慨!
继续努力吧。
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