了解和理解世界,|,对温伯格《第三次沉思》的沉思

斯蒂芬·温伯格教授是当代最杰出的理论物理学家之一,对量子场论、粒子物理和宇宙学做出很多贡献。1967年,他提出了弱相互作用和电磁相互作用的统一理论,后来被称为电弱统一理论,成为粒子物理标准模型的一部分。

作者 | 施郁,复旦大学物理学系教授

来源 |墨子沙龙

斯蒂芬·温伯格教授是当代最杰出的理论物理学家之一,对量子场论、粒子物理和宇宙学做出很多贡献。1967年,他提出了弱相互作用和电磁相互作用的统一理论,后来被称为电弱统一理论,成为粒子物理标准模型的一部分。他因此分享了1979年诺贝尔物理学奖。

温伯格于1954年获得康奈尔大学学士学位,1957年在普林斯顿大学获得博士学位。1973年,他成为哈佛大学尤金·希金斯讲座教授。1982年以后,他是得克萨斯大学奥斯汀分校的杰克·S.乔西—韦尔奇基金会讲座教授。

温伯格也是最吸引读者的、最受尊重的、杰出的科学传播大师之一。因为写作上的成就,他获得1999年刘易斯·托马斯科学写作奖和2009年詹姆斯·乔伊斯奖。他获得的2021年度科学突破奖特别奖(于2020年9月公布)除了“奖励他对基础物理持续的领导,对粒子物理、引力和宇宙学的广泛影响”,也奖励他“对广大公众进行科学传播”。

温伯格做过很多公众演讲,写过很多科普文章和杂文,出版过很多书,涉及面极广,包括天文学、宇宙学与物理学、物理学家、科学史、还原论、科学论战、公共事务、政治、宗教、给学生的建议、个人经历,等等。

温伯格1977年出版畅销书《最初三分钟》,为大爆炸宇宙学在科学家和公众中的传播起到了历史性作用。1982年,他又出版了《亚原子粒子的发现》,内容来自他此前的两年中在哈佛大学和得克萨斯大学奥斯汀分校的两次物理学史课程。他在序言中指出,20世纪物理学的发现已经是文化的一部分。

1986年,费曼和温伯格在剑桥发表了纪念狄拉克的演讲,两人的演讲分别是“反粒子的理由”和“寻找物理学的终极定律”,被汇集成《基本粒子和物理学定律》。

温伯格将后来的公众演讲和报刊文章汇编为三本文集——《仰望苍穹》、《湖畔遐思》以及这次的《第三次沉思》,基本对应他2000年之前、2000—2008年和2009—2018年三个时期的作品。用他自己的话说,他的演讲和文章清晰展示了他作为“理性主义者、务实者、还原论者,以及虔诚的世俗之人”的思想。

温伯格仅在1978年访问过中国。2020年,我邀请温伯格,于10月24日通过中国科学技术馆的平台,做了一次面向全网直播的公众演讲,题目是“极大和极小”。我担任现场翻译,也和他进行了对话。这是他第一次面向中国听众的公众演讲。

活动开始时,我特意向观众展示了一本《第三次沉思》英文版图书,并问温伯格教授,书名的意思是不是“第三本文集”,得到了肯定的答复。

最后,温伯格寄语中国的公众,特别是青少年,总结了他几十年工作中的心态:

“作为一位物理学家,回顾20世纪50年代开始的几十年工作,那是非常大的乐趣。时不时发现一个理论想法,促成开展证实这个想法的实验,或者解释已知但似乎奇怪的东西,这是多么令人激动。但并不总是这样愉快,很多时间花在了行不通的想法上。我经历的失败多于成功,这在科学工作中是典型的。但是少数的成功弥补了其他的不成功。所以要坚持工作。”

我很高兴现在将这段话转达给这本书的读者,也很高兴向大家推荐《第三次沉思》这本文集。

与前两本文集一样,温伯格的很多散文起源于演讲,然后写成文章,多半发表在《纽约书评》上。所以我们现在读这些文章,就像在听温伯格娓娓道来,不知不觉,增加了对于世界的很多方面的了解和理解,特别是对于科学,也促进我们去思考这些问题。

这本书被粗略分成四个方面:科学史、物理学与宇宙学、社会观评和个人遐思。

我先介绍一下“科学史”部分里的几篇文章。

阅读《天文学的用处》,就像当初游船上的听众,听温伯格发表这个演讲,了解从古至今天文学与人类文明的关系,二分二至这样的生活知识,以及天文学对于海上航行的用处,等等。这篇文章后来成了《给世界的答案》一书的第六章的基础。

在《发现的艺术》中,温伯格向各种背景的听众解释物理学家怎么做研究,怎么发现研究的问题所在,以及现在粒子物理实验的情况。

如标题所显示,《始于卢瑟福的粒子物理发展史》介绍了从卢瑟福发现原子核开始,粒子物理的发展历史。而《标准模型的兴起》介绍了宇宙学标准模型和粒子物理标准模型这两个标准模型的发展历史,强调了这两个领域的关系和融合趋势。出于谦虚,温伯格没有提起,这两个“标准模型”之名都是他起的。

《长的时间和短的时间》是温伯格为另一位理论物理学家特·胡夫特的书所写的序言,谈了极长和极短的时间尺度。此文让我想起温伯格应我之邀所发表的公众演讲“极大和极小”,关于极大和极小的空间尺度。二者正好是关于时间和空间两个方面。

在《关注当下——科学的辉格史》和《科学的辉格史:一次交流》中,温伯格指出从当代的角度评判历史,即辉格史观,在科学史上是有一席之地的。这是因为科学的目的是理解世界,追求真理,科学上有对错。之所以有这个问题的讨论,是因为他自己的书《给世界的答案》体现了这样的观点。最近两年我开设了科学史课程,用温伯格的这本书作为主要参考书,我非常喜欢这本书,赞赏他的观点。

在“物理和宇宙”部分,温伯格介绍了基本粒子、宇宙、对称性和希格斯玻色子这些核心概念。温伯格本人对这些议题的研究做出过重要贡献。在《量子力学的麻烦》中,温伯格介绍了量子力学中,关于测量中的概率,包括温伯格在内的很多物理学家还觉得不满意。

在“社会观评”部分,温伯格对太空项目、大科学、总统竞选、税率、载人航天以及怀疑主义发表了自己的看法。在“个人遐思”部分,温伯格回忆了自己学生时代的经历,谈了科学写作,以及理论物理学家和创造性艺术家的工作方法上的相似(这是他获得詹姆斯·乔伊斯奖时发表的获奖演讲)。

2021年7月23日,温伯格在奥斯汀仙逝,终年88岁。想起前一年网络演讲对话结束时,温伯格欢迎我再去得克萨斯,深感怅然。

从这本书中的《安息于得州的教育家和学者们》一文的按语中,我们了解到温伯格将葬在奥斯汀的得克萨斯州墓园。温伯格在文中写道:

“教育者们大概不会拥有可以和“得克萨斯之父”斯蒂芬·奥斯汀或者美国内战时的南方首任两线总司令阿尔伯特·西德尼·约翰斯顿纪念碑比肩的墓碑,但是至少他们可以安息在此,为得州科学与学术的繁荣给出无声的证明。”

安息吧,温伯格教授,您也为得州科学与学术的繁荣做出了杰出的贡献。

在这本书前言中,温伯格坦诚地提前向读者致谢:“我希望这不是最后一部文集。不过……”

让我们品味这本书,作为对斯蒂芬·温伯格教授的纪念吧。

本文是《第三次沉思》的序言,经作者授权发布。

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