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物理问题的超级杀手:Hans Bethe的一生及其科学生涯

07/24/2008 · by 时见疏星 · in 万物皆循因果

  这篇文章是对由世界科学出版社(World Scientific Publishing)2006年出版的传记《 Hans Bethe And His Physics》一书的评论,此书由Gerald E. Brown和Chang-Hwan Lee编辑。   大概是在二十年前,我在冬天的时候通过了博士论文答辩。我异常兴奋地走出加州理工(California Institute of Technology)的West Bridge,准备提交刚刚通过的论文并注册博士学位。当我昂首阔步地走过校园中心高大的水泥拱门的时候,我注意到一位体格魁梧的男子正在喷泉的另一侧缓缓走动,他注视着池中的泉水,在思考着什么。我想过去和他聊几句,顺便告诉他我刚才已经通过博士论文答辩了,但是话到了喉咙口却还是把它咽下去了,我静静地站在一边。即使是在我满怀兴奋的时候,我也清醒地知道,最好不要在Hans Bethe思考的时候打扰他。我花了六年的时间才完成了没有多大深度但是勉强可以通过的论文,但是Bethe一个下午的思考却可以改变整个物理学。 这种对Bethe和他工作的敬畏在所有认识他的人当中普遍存在,而所有为《Hans Bethe and His Physics》投稿的作者们当然也不例外。Freeman Dyson称他为“二十世纪超级的问题解决者”,普林斯顿的John Bahcall说Bethe的工作看起来是由几个人合作完成的,只是在署名的时候写的是同一个名字。在他从事科学研究的一生中,他的工作产量几乎是无可匹敌的——早在1924年Bethe十八岁的时候他就发表了第一篇,这是和他的父亲合作完成的;而他的最后一篇文章则是由他的合作者在他于2005年三月份去世后六个月提交到预印本服务器的。在这段时间中,Bethe于1967年获得了诺贝尔物理学奖,这主要是由于他在三十年代的时候解释了恒星中的产能机制(Energy-Production Mechanism);他提出了Bethe方案(Bethe Ansatz),这一方案在物理和数学中有广泛的应用;他于1936年至1937年为《现代物理学评论》(Reviews of Modern Physics)写的三篇长文被人们称为“Bethe圣经”,据说这三篇文章中不仅包括了其他人知道的关于核物理的所有内容,而且还有很多人们不清楚的东西;还有很多现在很重要的计算核质量的公式是以他的名字命名的。 Bethe于1947年计算了兰姆移位(Lamb Shift),这个例子可能最能显示Bethe解决物理问题的方式:单刀直入。在战后的第一次长岛(Long Island)会议上,Willis Lamb声称对氢原子精细结构(Fine Structure)的测量和流行的狄拉克(Paul Dirac)电动力学理论不符。当时很多物理学大家,包括泰斗级的玻尔(Niels Bohr)以及奥本海默(Robert Oppenheimer),将这个现象视为物理学的一个重大危机,预示着理论的发展需要新的革命性突破。在离开长岛回去的火车上,Bethe考虑了这个问题,成功地得到了和实验观测相符合的兰姆移位值,而火车还没有走完这次长度仅为75公里的旅途。Bethe的计算并没有带来什么物理学的新革命,仅通过简单的计算就得到了和实验结果相符的数值。这就是Bethe的风格,就像他说的那样:“学习数学是为了以备万一,但是对于具体的物理问题只要能够解决问题就足够了”以及“如果必要的话不妨大胆猜测”。所有实际问题的解决都是近似的,因此物理学中的高手们常常知道怎样避重就轻,而Bethe就是个中高手。他对于兰姆移位的计算使得其他人都相信,刚刚起步的量子电动力学(QED: Quantum…

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