杨振宁谈费米：他永远脚踏实地

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杨振宁谈费米：他永远脚踏实地

2021年9月29日是费米诞辰120周年。费米是20世纪物理学大师之一，对理论物理学和实验物理学均做出了重大贡献。在杨振宁眼中，费米在人格方面也是独特的——他永远脚踏实地，不滥用影响，是标准的儒家君子。本文写于2001年费米诞辰100周年之际。今年是费米诞辰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，

坚定冷静不为移；

如彼允宜得天厚，

自然丰赐不浪掷；

如彼诚彼美颜后，

他人糜耗为美役。[1]

费米（Enrico Fermi）是20世纪所有伟大的物理学家中最受尊敬和崇拜者之一。他之所以受尊敬和崇拜，是因为他在理论物理和实验物理两方面的贡献，是因为在他领导下的工作为人类发现了强大的新能源，而更重要的是因为他的个性：他永远可靠和可信任；他永远脚踏实地。他的能力极强，却不滥用影响，也不哗众取宠，或巧语贬人。我一直认为他是一个标准的儒家君子。

费米最早在物理学中的兴趣似乎在广义相对论方面。1923年左右他开始深入探讨统计力学中的“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原理的文章后，立即意识到他已掌握了理想气体理论的全部要素。这个理论能在绝对温度零度时满足能斯特定理（Nernst theorem），提供低密度高温度极限时绝对熵的正确的萨库尔-特罗德公式（Sackur-Tetrode formula）。这个理论没有形形色色的任意假设，而这些假设是以前统计力学中求正确的熵值时必须引入的。[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。

按照费米研究风格的特点，在做出了这个理论方面的贡献以后，接着他就把此理论用到重原子的结构，导出了现在通称的托马斯-费米方法（Thomas-Fermi method）。对于这个方法中的微分方程：

费米用一个小而原始的计算尺求出了其数值解。此项计算也许花了他一个星期。马约拉纳（E. Majorana）是一位计算速度极快而又不轻信人言的人。他决定来验证费米的结果。他把方程式转换为里卡蒂方程（Riccati equation）再求其数值解。所得结果和费米得到的完全符合。[3]

费米喜欢用计算器。不论是小的还是大的计算器他都喜欢用。我们这些在芝加哥的研究生们都看到了他这个特点而且都很信服。显然在事业的早期，他就已爱上了计算器。这个爱好一直延续到他的晚年。

费米下一个主要贡献是在量子电动力学方面，他成功地排除了纵向场，得到了库仑相互作用。1946至1954年间在芝加哥的学生们都知道他对这个工作极为自豪（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贡献了）。这一工作又是极有费米风格的：他看穿了复杂的形式场论，看到了其基本内含——谐振子的集合，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）有名的夏季研讨会中再次提出来。1950年代后期，乌伦贝克（G. Uhlenbeck）曾告诉我，在费米的这项工作以前，没有人真正了解量子电动力学。这个工作使得费米成为世界  上少数几个顶尖的场论物理学家之一。

现在我跳过费米1920年在超精细结构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，费米终其一生都认为这个理论是他在理论物理学中最重要的贡献。我曾读过塞格雷在这方面的评论，但是感到迷惑不解。1970年代的一天，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：你认为费米在理论物理中最重要的贡献是什么？

维格纳：β衰变理论。

杨振宁：怎么会呢？它已被更基本的概念所取代。当然，他的β衰变理论是很重要的贡献，它支配了整个领域四十多年。它把当时无法了解的部分置之一旁，而专注于当时能计算的部分。结果是美妙的，并且和实验结果相符。可是它不是永恒的。相反，费米分布才是永恒的。

维格纳：不然，不然，你不了解它在当时的影响。冯·诺伊曼（John von Neumann）和我以及其他人曾经对β衰变探讨过很长时间，我们就是不知道在原子核中怎么会产生一个电子出来。

杨振宁：不是费米用了二次量子化的后大家才知道怎么做的吗？

维格纳：是的。

杨振宁：可是你和约尔丹（P. Jordan）首先发明二次量子化的Ψ。

维格纳：对的，对的，可是我们从来没有想到过它能用在现实的物理理论里。

我不拟再继续讲费米此后的贡献，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）是第二次世界大战中费米在洛斯阿拉莫斯的助手之一，战后成为芝加哥大学的研究生。当我1946年后期开始为艾利森（Samuel King Allison）工作时她也在这个实验室当研究生。1948年春她去了中国，和她的男朋友恩斯特（Sid Engst，阳早）结婚，并定居中国，从事农业（她的经历是一个应该写下来的很有意思的故事。我希望她能很快做这件事）。1971年夏，我第一次访问新中国，这是在尼克松访问中国之前半年。我偶然在昔阳县大寨的招待所中遇到了她。大寨是当时农业公社的一个模范典型。我们当然又惊又喜，共同回忆了在芝加哥的那些日子：我在实验室里是怎样地笨拙；我是怎样在无意中几乎使她受到致命的电击；我怎样教了她几句中文；我怎样借了一部汽车开车送她去拉萨尔（La Salle）车站，开始她去中国的漫长的旅程，等等。她问我还记不记得在她离开前费米夫妇为她举行的告别会，这我记得。她又问我记不记得那天晚上他们送她的照相机，这我不记得了。然后她说在告别会前几天，她觉得应该告诉费米她打算去中国共产党控制区。考虑几天以后她终于告诉了费米。费米说什么呢？“他没有反对，对此我永生感激。"我知道她的这句话的分量，[5]回到石溪后我立刻给在芝加哥的费米夫人打了电话，告诉她我在大寨遇到琼的全部过程。几年以后，琼自己到了芝加哥，有机会访问了费米夫人和她的女儿内拉·费米（Nella Femi）。

现在引述我的《选集》（1983）第48页中的一段话作为结束。

不论是作为一位物理学家还是作为一个人，费米深为所有的人所崇敬我相信，他之所以使人肃然起敬是因为他是一个扎实的人。他的所有表现无不散发出他的这种品格的魅力。1950年代早期，美国原子能委员会极重要的顾问委员会的主席奥本海默（J. R. Oppenheimer）告诉我他曾试图劝说费米在任期满后继续留在顾问委员会中。费米不愿意。奥本海默坚持。最后费米说道：“你知道我不相信我自己在这些政治问题方面的见解总是正确的。”

【后记】人们常说，在所有20世纪物理学家当中费米（1901-1954）是独一无二的，在理论和实验上都做过一流的贡献。我要指出在另一方面他也是独特的：他从来没有有意识或无意识地试图将他的声望和影响力，膨胀到现实或他真实的自己的范围之外。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》发行时，最后一行被排版工人遗漏了。相反的，奥本海默（1904-1967）和特勒（E. Teller，1908-2003）都享有而且追求权力和影响力。我相信这是他们之间的冲突，和他们很不相同的悲剧性生命的主要原因。

当我在上述这篇文章中写到费米时说：

他永远脚踏实地。他的能力极强，却不滥用影响，也不哗众取宠，或巧语贬人。我一直认为他是一个标准的儒家君子。

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杰出人士推向相反的方向。奥本海默、特勒、费恩曼（R. P. Feynman）、库恩（T. Kuhn）各有自己的一套取悦观众、标榜自己的方法。

美国的科学在突飞猛进，成功的美国科学家们常常是极端进取而锋芒毕露的。难道这两件事是相关的吗？

但是我知道中国儒家的楷模，即使是在今天，也非常具有活力。前中国科学院院长周光召作为一个普通人和物理学家，我写了下面的一段话：

周光召是一位顶尖的物理学家。他视野开阔，影响力深远，并且能够快速地洞悉新思想。他做物理研究的风格让我想起了朗道（Lev Davidovich Landau）、萨拉姆（Mohammad Abdus Salam）和特勒。但是从我个人角度看，周光召是一个完美的儒家思想实践者，而不像美国、欧洲和俄罗斯的许多名物理学家那样咄咄逼人。

〔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年重新收录英文版Selected PapersⅡ，with Commentary （World Scientific Publishing，2013）时，作者加了后记，并交本刊发表，后记由杨建邺译成中文。本刊发表时按本刊体例作了少量文字处理，并经作者审定。]

本文发表于《科学》杂志2013年第4期