书评:《核力:物理学家汉斯·贝特的成长历程》,作者:西尔万·施韦伯

汉斯·贝特是二十世纪最伟大、最多才多艺的科学家之一。他在几乎所有理论物理领域的科学成就之巨大,简直令人难以置信;他可能是最后一位“通才”,一个可以解决他遇到的几乎任何物理问题的人。

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点


汉斯·贝特是二十世纪最伟大、最多才多艺的科学家之一。他在几乎所有理论物理领域的科学成就之巨大,简直令人难以置信;他可能是最后一位“通才”,一个可以解决他遇到的几乎任何物理问题的人。他在科学和政府部门的全部工作如此浩瀚和多样,以至于天体物理学家约翰·巴克尔开玩笑说,一定是几个人合谋以汉斯·贝特的名义发表了所有那些论文。

但贝特还有一个罕见的殊荣,那就是他甚至更是一位伟大的人,一个拥有坚如磐石的正直、坚强的意志、品格和冷静的人。在制造出原子弹之后,他孜孜不倦地工作到98岁,致力于核裁军,并被誉为科学界的良心,在最艰难的时期,其他人可以依靠他获得健全和勇敢的建议,就像一块直布罗陀的磐石。无论作为科学家还是人,他都是我们所有人的榜样。在这本书中,他的传记作者西尔万·施韦伯告诉我们贝特是如何成为今天的他的。施韦伯非常有资格写关于贝特的文章,因为他曾在 50 年代做过贝特的博士后,并且已经撰写了一篇关于贝特和奥本海默的杰出对比研究,以及一部关于量子电动力学的精彩历史。通过多次采访和长达五十年的友谊,施韦伯让我们难得地一窥这位伟大人物的个人和职业生活。这本传记实现了既学术又引人入胜的罕见目标。非专业人士可以轻松跳过少数技术章节。

这篇记述实际上是关于 1906-1940 年的,从贝特的出生开始,到他参与曼哈顿计划的最高层结束。贝特在两次大战之间的动荡岁月里在德国长大,因此他的人生也是二十世纪初德国和美国历史的缩影。施韦伯出色地将贝特的背景与德国的学术和文化传统联系起来。他的父亲是一位著名的生物学家,激发了贝特对科学的兴趣。他非凡的数学天赋在很小的时候就显现出来了。高中毕业后,他的才华被当时欧洲最杰出的物理学教师阿诺德·索末菲注意到,索末菲已经培养了二十世纪一些最杰出的理论家。在索末菲的指导下学习为贝特提供了严谨的数学基础,然后他将其有力地扩展到新的领域。在索末菲的指导下,贝特作为一名物理学家开始崭露头角。对他产生另一个深刻影响的是恩里科·费米,贝特曾作为博士后与他共事一年。费米思想的耀眼简洁、对所有物理学的掌握以及抓住问题核心的非凡能力,再加上索末菲的严谨,使贝特能够独一无二地将新发展的量子理论应用于新问题。在 20 年代,贝特对固态物理学、量子力学和核物理学做出了关键贡献。他对量子力学的数学机制的透彻理解使他能够在 30 年代立即为新的核物理学做出贡献。在此期间,他与费米、佩尔斯、泰勒、莫特、布莱克特和奥本海默等杰出的理论家建立了持久的友谊和合作关系。


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施韦伯准确地把握了贝特在 30 年代的发展和成就。正是在这段时间里,贝特的职业生涯和个人生活发生了深刻的变化。希特勒于 1933 年上台后,母亲是犹太人的贝特被解雇了他在学术界的职位。在英国待了一年后,他很幸运地被邀请到康奈尔大学,那里成为了他一生的家。贝特来到康奈尔大学预示着美国物理学新时代的到来,他成为这个时代的主要政治家之一。正是贝特以及其他著名的欧洲移民,如费米、泰勒、爱因斯坦和西拉德,促成了美国在物理学领域的崛起,这一趋势一直延续到今天。施韦伯告诉我们,贝特如何欣然接受他的新国家及其自由和非正式。他在康奈尔大学建立了一个世界一流的物理学中心,指导了许多有影响力的物理学家(弗里曼·戴森和理查德·费曼后来都是他的门生),为核物理学贡献了一套权威的论文(称为“贝特圣经”),最重要的是,他娶了他的老老师保罗·埃瓦尔德的女儿罗斯·贝特为妻。在贝特的一生中,罗斯对他产生了重大而坚定的影响,他向她咨询了研究核武器的道德后果。关于罗斯的单独一章清楚地表明了她在汉斯生活中的重要性。

正是他在科学上的成就和他个人生活中的顺利发展,使贝特将 30 年代称为“快乐的 30 年代”。正是在这个十年的末尾,他做出了最持久的贡献——解释了太阳能量的起源,太阳能量是通过核聚变产生的。正如施韦伯告诉我们的那样,贝特在一次会议上受到启发解决了这个问题,并且在他对核物理学的无与伦比的知识的帮助下,在短时间内搞定了基本细节。这是一个科学家们已经研究了一百多年的难题,而贝特以一种典型的直接方式解决了它。它的解决触及了人类好奇心的一个基本方面,这种好奇心在我们的原始祖先抬头仰望天空,想知道那里有什么东西时就显现出来了。贝特因此项成就被授予诺贝尔奖并不奇怪,尽管诺贝尔委员会自己也承认他本可以因其他六项重大发现获得该奖项。贝特一直工作到他漫长生命的尽头,继续为粒子物理学、天体物理学和宇宙学等广泛领域做出贡献。

对我来说,这本书最重要的部分是欣赏贝特的品质,施韦伯以极大的敏感性和洞察力传达了这些品质。我们不可能复制像贝特和爱因斯坦这样的人的非凡思维能力。但是,如果我们坚持不懈,我们完全可以尝试效仿他们更容易获得的个人品质。就贝特而言,他最重要的特征之一是具有不可思议的能力来感知自己的长处和局限性,去研究他“拥有不公平优势”的问题。贝特知道他不是像狄拉克或海森堡那样的天才。相反,他的特殊优势在于将一系列令人眼花缭乱的数学技巧和物理洞察力应用于具体问题,这些问题的结果可以与实验中的硬数据进行比较。他可以写下问题,然后直接找到解决方案;这为他赢得了“战舰”的绰号。

从贝特身上学习的另一个重要的事情是,就像费米一样,他愿意不惜一切代价来获得解决方案。如果这意味着填写成堆的纸张进行乏味的计算,他就会去做。如果这意味着从另一个领域借用数学技巧,他也会去做。当然,这一切之所以成为可能,是因为他伟大的智慧、强大的记忆力和非凡的注意力,但从这种解决问题的态度中,我们肯定可以学到很多东西。同样的方法也帮助了他生活的其他方面。他之所以成为一位非常成功的政府顾问和科学政治家,部分原因是知道何时妥协以及何时推进。在适当的时候保持外交手段的智慧是贝特传授给我们的另一个教训。总而言之,贝特的科学和生活为未来的科学家、政策制定者和教师提供了充分的灵感。施韦伯出色地讲述了所有这些科学和个人品质是如何显现出来并在动荡的 20 年代和 30 年代为二十世纪的科学做出贡献的。

我对这本书唯一的遗憾是施韦伯在 30 年代末就停止了。贝特在二战期间及以后的生活至少与他早年的生活一样有趣。我确实希望施韦伯能够写出一本同样有见地的关于第二阶段的书,给我们描绘另一幅关于一位伟大科学家和公民的难忘肖像。

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Ashutosh Jogalekar is a chemist interested in the history, philosophy and sociology of science. He is fascinated by the logic of scientific discovery and by the interaction of science with public sentiments and policy. He blogs at The Curious Wavefunction and can be reached at curiouswavefunction@gmail.com.

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