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弗里曼•戴森1923年12月15日生于英国。母亲是律师,在四十岁时生下爱丽丝•戴森(Alice Dyson),四十三岁时生下弗里曼• 戴森,之后一直以社会工作者为职。父亲乔治• 戴森(George Dyson)是音乐家,曾任教于英国历史悠久的温彻斯特学院,后来迁升为伦敦皇家音乐学院院长。乔治对科学很有兴趣,因而书架上有很多科学书籍。这使得戴 森从小就能够接触到科学。但戴森说,其实在成为科学家之前,他早就是作家了,因为早在九岁时,他就写了一篇科幻小说。这篇未完成的作品后来作为开篇收入到 他的非专业文集《从爱神到盖娅》中。
戴森很小的时候就展现出非凡的数学才能。戴森在为《科学的面孔》所写的简短自传 [Cook 2005, p. 170] 中讲了这样一件传奇式的故事。当时他还很瘦小,以至于要被放到婴儿床里睡午觉。但那一天他不想睡觉,于是用计算来打发时间。他计算1加 1/2加1/4加1/8加1/16,等等,这样一直加下去,他发现最终得数为2。然后,他又计算1加1/3加1/9,等等,这样一直加下去,他发现最终得 数为3/2。他再次计算了1加1/4,等等,发现最终的结果为4/3。换句话说,戴森发现了无穷级数。当时他没有跟任何人说起这个奇妙的经历,他觉得这仅 仅是他喜欢的一个游戏。
1936年,戴森通过竞争激烈的考试升入了他父亲所执教的温彻斯特学院,直至1941年毕业。他与隆科-希金斯兄弟(C. Longuet-Higgins,M. Longuet-Higgins),以及赖特希尔(J. Lighthill)结成了“四人帮”,后来他们都在各自的科学领域做出了卓越的贡献 。
温彻斯特学院不赞成逼迫有天赋的孩子提前学习高等数学与科学。教师认为学生自主地学习会更好,因而有意地放任学生,让学生有许多自由时间可支配。学院配有 很好的图书馆。在那里,戴森和其他男孩主要靠自学。戴森后来说,“四人帮”之间相互学习的收获比从老师那里学到的还要多。
在戴森看来,学院最好的一项举措是它的评奖机制。在每一个年级,每一年都举行三次竞赛,优胜者将获得三十先令,但必须在学院的书店里花掉。戴森因为在竞赛 中常常获奖而拥有了自己的藏书,从1937年至1940年,他一共赢得了十九本书。这些书对他的兴趣取向及智力培养方面起到了决定性作用,而且有些书甚至 成为他一生的珍爱。其中最有影响的几本是:贝尔(E. T. Bell)的《数学精英》 ,哈代(G. H. Hardy)与赖特(E. M. Wright)合著的《数论导引》 ,朱斯(G. Joos)的《理论物理》,以及拉马努金(S. Ramanujan)的《数学论文集》。
戴森为贝尔的《数学精英》所深深吸引。他曾回忆道:
十四岁时我读了埃里克•坦普尔•贝尔的《数学精英》。该书收录了许多伟大数学家的传奇故事。贝尔是加州理工学院的教授,同时也是一位很有天赋的作 家。他权威性地向读者介绍了数学界的精英。他懂得如何去打动情感敏锐的青少年的心弦。贝尔的书造就了整整一代年轻的数学家。尽管书中许多细节与事实不符, 但主要情节都是真实的。他笔下的数学家是有血有肉的人,他们也会做错事,也有缺点。数学俨然成了各种各样的人都可涉足的魔法王国。该书传递给年轻读者的信 息是:“如果他们能做到,为什么你不能呢?”[Cook 2005, p.170]
贝尔的书萌发了年少戴森做数学家的抱负。他甚至有了这样的梦想,有一天要证明出著名的黎曼假设(Riemann hypothesis)。
1939年9月3日,英国首相张伯伦对希特勒宣战,从而英国加入了二次世界大战。圣诞假期,为了弄懂爱因斯坦的相对论,戴森开始自修一本比较高深的数学 书,皮亚焦(H. T. H. Piaggio)的《微分方程》,那是他同年在学校获得的奖品。戴森担心他可能会在即将面临的战争中丧生,那样的话他甚至可能比贝尔书中最悲催的数学天才 伽罗瓦(É. Galois, 1811-1832)还要悲惨,因为伽罗瓦毕竟在决斗之前已经有了相当的数学成就。当时戴森脑子里只有伽罗瓦决斗前的遗言“我没有时间了,我没有时间 了。”因此,戴森将所有的时间都投入在数学上,每天从早上六点学到晚上十点,除了中午休息两个小时,每天平均学习长达十四个小时。虽然戴森自己乐在其中, 却令他的父母很担忧。母亲引用了乔叟(G. Chaucer)笔下的牛津教士的话“一心专注求学问,无暇他顾出一声”,并警告他,长此以往将有害健康甚至损坏大脑。而父亲则一再建议他放下书本,一起 出去帮忙干点农活以暂时放松一下。但戴森置若罔闻,继续沉迷于数学中。圣诞假期快结束时,戴森差不多要大功告成了,因此他愿意抽空陪母亲一起散步。对此, 母亲已祈盼多时了,而且早有准备。母亲当时说的话对戴森产生了深远的影响。我们从《宇宙波澜》中引述如下:
我母亲是个律师,因而对人极感兴趣,她喜欢拉丁和希腊诗人。她开始同我讲话时,引用了一个原是非洲奴隶后来成为最伟大的拉丁剧作家埃福(T. Afer)的剧本《自虐者》(The Self-Tormentor)中的一句台词:“我是人,我绝不自异于人类。”这是她在漫长的一生中,直到九十四岁去世为止,一直奉为信条的箴言。当我们 沿着泥沼和大海之间的堤坝漫步时,她告诉我,这句话也应该成为我的信条。她了解我对皮亚焦的抽象美的渴望和热爱,但她要求我在急于成为一个数学家的过程 中,不要失去人的本性。她说:有朝一日你成了一个伟大的数学家,却清醒地发现你从未有过时间交朋友时,你将追悔莫及。如果你没有妻子和儿女来分享成功的喜 悦,那么即使你证明出黎曼猜想,又有什么意义呢?如果你只对数学感兴趣,那么日后你将会感到,数学也会变得索然无味,有如苦酒。[戴森1982,页17]
如戴森后来所说[戴森1982,页19],“母亲的箴言已经逐渐深深地印入我的潜意识中,并且不时地产生意想不到的影响。”
除了贝尔的《数学精英》,戴森还下功夫读了哈代和赖特的《数论导引》,并尝试证明书上的每一个定理。要知道全书共有四百多条定理,而戴森当时还只有十四岁!这本书培养起戴森对数论的浓厚兴趣,而哈代对戴森长达一生的影响也由此揭开了序幕。
除了阅读自己的获奖藏书以外,戴森还与赖特希尔一起读了学院图书馆的另外两本书,怀特海(A. N. Whitehead)和罗素(B. Russell)的《数学原理》以及若当(C. Jordan)的《分析教程》。这两本书是赖特希尔的意外发现。他们很快判断出,《数学原理》是一部失败的杰作,而《分析教程》则是迈进现代数学之门的关 键。他们一直很好奇,《分析教程》这本用法语写成的高等数学书怎么会放在学院的图书馆里。直到多年以后,戴森读到哈代的另一本畅销著作《一个数学家的辩 白》时才找到合理的解释。哈代在该书中曾描述过《分析教程》一书对他的影响:
我永远都不会忘记阅读这本了不起的著作时所产生的惊讶,对与我同一时代的许多数学家来说,这是第一个启迪。而且,在阅读它的时候我第一次体会到了数
学的真正意义。从那以后,我就以我自己的方式成为真正的数学家了,同时怀有彻底的抱负和对数学的真正激情。[哈代2007,页102]
哈代的感受必定引起了戴森的共鸣。后来戴森发现,原来哈代也曾是温彻斯特学院的学生(哈代很少在公共场合提及这一点)。戴森一度猜测,也许正是哈代故意在 图书馆留下了这本书,想“藏诸名山,传之其人”。后来戴森升入剑桥大学成为了哈代的学生。但由于哈代难以接近,戴森没有勇气找哈代本人求证。结果1947 年哈代去世,这也成为戴森的毕生遗憾。
戴森在学院还结交了比他大三岁的文学青年弗兰克•汤普森(Frank Thompson)。弗兰克对戴森的影响比学院其他任何人都要大。弗兰克在十五岁时就获得了学院诗人的称号。弗兰克对诗歌有很深厚的感情。对他来说,诗歌 不仅是智力上的娱乐,而且自古以来一直是人们从自己无法言喻的内心深处汲取某种智慧的最好力量。作为年轻的敏感诗人,弗兰克更关心学院之外的大世界,特别 是当时正在进行着的西班牙内战与即将来临的第二次世界大战。戴森也因此从弗兰克那里第一次了解到战争与和平的重大道义问题。弗兰克还间接地促成了戴森学习 俄语。不过正如弗兰克离开诗歌就不能生活一样,戴森最为钟爱的依然是数学。弗兰克不幸在第二次世界大战中丧生,其英雄事迹被戴森写进了《宇宙波澜》“诗人 之血”一章。
二 剑桥大学
1941年9月,戴森与赖特希尔双双进入了剑桥大学。由于当时英国处于非常时期,所有大学都安排尽可能短的课程以使学生尽快投入战争,很多学生仅仅学习一年就离校从军了。戴森比较幸运,在剑桥当了两年学生之后才去服兵役。
大学里只剩下年长的教授,在数学方面有哈代、李特伍德(J. E. Littlewood)、霍奇(W. V. D. Hodge)、莫德尔(L. J. Mordell)和伯西柯维奇(A. S. Besicovitch),在物理方面有狄拉克(P. A. M. Dirac)、爱丁顿(A. S. Eddington)、杰弗里(H. Jeffrey)和布拉格(W. L. Bragg)。学生也很少,在很多课程中,戴森与赖特希尔就占了听讲者中的一半,而杰弗里的流体力学课甚至只有戴森一个学生。
戴森对哈代与李特伍德的课程非常满意。他注意到了这两位著名的数学搭档有着截然不同的风格:哈代将数学作为成熟的优美艺术成品展现给学生,而李特伍德则将 数学作为智力拼搏的过程示范给学生。戴森更喜欢李特伍德的风格。不过,最能引起戴森共鸣的还是伯西柯维奇的风格。1993年,戴森为三联版的《宇宙波澜》 中译本作了一篇序,特别提到了伯西柯维奇对他的深远影响:
这篇中文版的序言让我有机会说说如果我今天重写此书,我会添加哪些内容。首先我会增加一章来探讨纯数学。纯数学是我们生活的宇宙中的一个重要部分。 我的科学生涯是以作为纯数学家开始的,当时对我思维方式影响最深的老师是俄国数学家伯西柯维奇。在我物理和数学的工作方式上,伯西柯维奇的雕琢痕迹清晰可 见。……伯西柯维奇的风格是建筑式的。他依照层次分明的计划从简单的数学元素中构造出一个微妙的建筑结构,而当他的建筑物完成时,整个结构通过简单的论证 就引出意想不到的结论。……在四十年的物理工作之后,最近我又回到了纯数学。纯数学再度成为我科学活动的主要焦点。因此我更加了解科学的艺术层面。从某种 程度上说,每个科学家都是艺术家。作为艺术家,我用数学思想作为工具,而且以伯西柯维奇为师。[戴森1998,页2]
1943年从剑桥毕业以后,戴森服兵役投入到战争中。直至1945年战争结束,他仍被要求继续服役一年,不过他被慨允在伦敦的皇家学院教学。因为战争中丧生了许多年轻人,学校很不景气,戴森几乎没有任何教学任务。他的上司是查普曼(S. Chapman),著名的数学家和地球物理学家,鼓励他随心所欲做自己喜欢的事情。戴森于是成为了伦敦大学伯贝克学院的数论专家达文波特(H. Davenport)讨论班上的常客。与剑桥的哈代、李特伍德、伯西柯维奇茕茕孑立、形影相吊的局面完全不同,达文波特的周围有一大群年轻人,研究氛围十分活跃。他跟达文波特提起对西格尔猜想(Siegel’s conjecture)的兴趣,得到了极大鼓励。
其实当时戴森已经有了从数学转向物理的打算。之前他曾读到海特勒(W. Heitler)的专著《辐射的量子理论》,该书总结了1930年代末理论物理学的状态,并给出了一些建议来解决基本问题,这深深吸引了戴森。达文波特的 友情和他在数学上给予的鼓励使得戴森一时犹豫不决。于是他决定用西格尔猜想来抉择学术生涯:如果攻克了这一猜想就继续做数学,如果失败了就转向物理。三个 月的艰辛工作之后,戴森认输了。他虽然没有完全攻克西格尔猜想,但也取得了部分的成功,改进了西格尔早先的结果。
1945-1946年是戴森在数学上的黄金年代。除了在西格尔猜想方面取得部分进展以外,他还对另外两个数论问题——闵科夫斯基猜想(Minkowski’s conjecture)与阿尔法-贝塔猜想(the $\alpha-\beta $ conjecture)——做出了重要贡献。但后两个问题都在主流之外,所以影响不大。
1946年服役结束以后,凭借其出色的数学成就,戴森成为剑桥三一学院的研究员。他原打算回头学习现代物理,但令他失望的是,当时整个英国的实验物理学都 处于低潮。戴森也慢慢意识到,他真正需要的是找一个理论物理学家交谈,从那里获悉当前有哪些未解决的重要问题,这样他可以凭借自己的数学功底探探深浅,看 看自己是否合适研究物理。幸运的是,查普曼告诉他,在剑桥恰有他要找的老师:克默尔(N. Kemmer)。
克默尔曾受教于苏黎世大学的温策尔(G. I. Wentzel),他将从恩师那里学到的量子场论悉心传授给了戴森。量子场论主要是狄拉克、海森堡(W. Heisenberg)、泡利(W. Pauli)、费米(E. Fermi)的创造,其行家大多是欧洲人。在当时,懂得量子场论的人寥寥无几,而量子场论的书只有一本问世,就是温策尔写的。戴森从克默尔那里了解到其重 要性,掌握了一手绝技,这对他以后从事物理研究有莫大的好处。克默尔极为耐心地指导戴森,给他详细解释了温策尔书中的难点,并让戴森接受了这样的观点:量 子场论提供了以一种自洽的数学方式来描述大自然的关键。戴森一生阅人无数,他说克默尔是他遇到过的最无私的科学家。
虽然有克默尔的指点,但有更多的因素促使戴森想离开剑桥到美国开始新的生活。一天,戴森邂逅了流体力学专家泰勒(G. I. Taylor),于是打听起美国哪个地方适合做物理。泰勒回答说:“噢,那你应该去康奈尔追随汉斯•贝特(Hans Bethe),那是战后洛斯•阿拉莫斯国家实验室所有聪明人向往的地方。”在泰勒的热心推荐下,1947年戴森只身前往美国。
三 成功转行:康奈尔与普林斯顿
1947年9月,戴森入学康奈尔师从贝特。他立即发现,自己来对地方了:在整个康奈尔,居然只有他一个人懂量子场论。量子场论是一个成熟的数学构造,当初 欧洲人创造这个理论时,更多的是基于数学美的考虑而不是解释实验方面的成功,因此大多数持实用主义的美国物理学家不愿费力去学它。但后来发现,有很多实验 需要用量子场论才能解释,这使得学习量子场论成为必要。戴森的到来恰逢其时。因此,戴森一方面跟导师贝特与聪明的年轻教员费曼(R. P. Feynman)学习物理,另一方面在处理量子场论的问题时又成为他们的老师。戴森带去的技巧可以计算一些原子碰撞过程,而得到的数据又能够为实验证实, 因此他立即得到了师友的青睐。
1948-1949年,戴森接受贝特的建议前往普林斯顿高等研究院访学一年。这是戴森科学生涯中最关键的一年。那一年,年仅25岁的戴森做出了他在物理学上的最重要贡献——量子电动力学的重正化,一跃成为物理学界一颗闪亮的新星。他成功转行了!
在当时的美国,物理学界研究重正化的有两个活跃分子:施温格(J. Schwinger)与费曼。他们都是物理奇才,但品味与风格很不一样,而且不在同一个地方做研究,因此互相沟通很少。凭借出色的数学天分与人际交往能 力,戴森直接从费曼与施温格那里学到了他们各自对量子电动力学的处理方法,完美地吸收了两个方法的优点,由此从数学上给出了量子电动力学重正化的一个自洽 的表述。在了解到日本物理学家朝永(S. Tomonaga)的早期贡献后又予以及时的肯定,精心创作了论文《朝永、施温格和费曼的辐射理论》,后来成为一篇影响深远的文章。文章的标题给读者或多 或少造成这样一种印象:理论是属于朝永、施温格和费曼这三个人的,而戴森只是做了简单的整合。这当然是一种误解。这种误解也许导致了戴森未能与朝永、施温 格、费曼一起获得1965年诺贝尔物理学奖。对此,1957年诺贝尔物理学奖得主杨振宁评价道:
重正化纲领是物理学的伟大发展。这个理论的主要缔造者是朝永、施温格、费曼和戴森。1965年把诺贝尔物理学奖授予朝永、施温格、费曼时,我就认 为,诺贝尔委员会没有同时承认戴森的贡献而铸成了大错。直到今天[1982年],我仍然这么认为。朝永、施温格、费曼并没有完成重正化纲领,因为他们只做 了低阶的计算。只有戴森敢于面对高阶计算,并使这一纲领得以完成。在他那两篇极有眼光的高水平论文里,戴森指出了这种非常困难的分析中的主要症结所在,并 且解决了问题。重正化是这样一种纲领,它把可加的减法转化成可乘的重正化。其有效性还需要一个绝非平凡的证明。这种证明是戴森给出的。他定义了本原发散 性、骨架图以及重叠发散等概念。利用这些概念,他对问题作了深刻的分析,完成了量子电动力学可重正化的证明。他的洞察力和毅力是惊人的。[杨振宁 1998,页159]
杨振宁这里提到的两篇论文就是《朝永、施温格和费曼的辐射理论》及其续篇《量子电动力学的S-矩阵》。杨先生曾特别指出,这两篇论文各有其重要性:第一篇 论文证明了费曼图的可行性,而在此之前费曼仅仅提出了构想;第二篇论文则攻克了高阶计算的难题,登上了朝永、施温格和费曼此前从未到达的高度。后来大家差 不多都认同了这样的观点:与朝永、施温格和费曼一样,戴森也是量子电动力学的奠基人。这尤其体现在施韦伯(S. S. Schweber)1994年出版的《QED 及其缔造者:戴森、费曼、施温格和朝永》一书中,该书第九章专门介绍了戴森的贡献。
戴森对无缘诺贝尔奖并不觉太大遗憾。他认为,“有一点几乎是无一例外地正确:为了获得诺贝尔奖,你必须有长期的注意力,要抓住一些深刻而重要的问题,至少坚持十年。但这不是我的风格。”这句自谦的话倒也切中肯綮,让我们联想起杨振宁论述科学家的风格与贡献的一段话:
在创造性活动的每一个领域里,一个人的品味,加上他的能力、气质和际遇,决定了他的风格。而这种品味和风格又进一步决定了他的贡献。乍听起来,一个 人的品味和风格竟然与他对物理学的贡献如此关系密切,也许会令人感到奇怪,因为一般认为物理学是一门客观地研究物质世界的学问。然而,物质世界有它的结 构,而一个人对这些结构的洞察力,对这些结构的某些特点的喜爱,某些特点的憎恶,正是他形成自己风格的要素。因此,品味和风格之于科学研究,就像它们对文 学、绘画和音乐一样至关重要,这其实并不是稀奇的事情。[杨振宁1998,页159]
以上这段话也是戴森深为欣赏的,因为他在1999年纽约石溪举办的杨振宁荣休晚宴的讲话 [戴森1999] 中也引用了这段话。戴森很清楚,他本人就是对“品味和风格决定贡献”的一个鲜明例证。
再度借用杨振宁先生常说的一个词,我们可以说,戴森在这一年完成了他作为年轻人的“猛冲(push)”。一个重要的结果是,普林斯顿高等研究所所长奥本海默(J. R. Oppenheimer)给了他长期研究职位,这对一个25岁的年轻人来说是极为难得的。此后,奥本海默一直都很器重戴森,甚至期望他成为一个新的玻尔(N. Bohr)或爱因斯坦。但这不符合戴森的风格。戴森曾经这样评价这位待他如父亲一般的长者:
奥本海默对物理学有着真正的终生不倦的热情。他总想持续不断地努力去认识自然界的基本秘密。我因为没有成为一个深刻的思想家而令他失望。当他一时冲 动地指定我担任研究院的长期职位时,他希望自己得到的是一个年轻的玻尔或爱因斯坦。如果那时他征求我的意见,我会告诉他,费曼才是你要的人,我不是。我曾 经是并且一直是一个问题解决者而不是思想创造者。我不能像玻尔和费曼所做的那样,一坐好几年,把全部心血倾注在一个深奥的问题上。我感兴趣的不同事情太多 了。[戴森1982,页85]
四 康奈尔的教训与普林斯顿的救赎
1949-1951年,戴森回到英国,在伯明翰大学担任研究员。物理系主任派尔斯(R. Peierls)接待了他。1950年,他与普林斯顿高等研究院的数学家胡贝尔(V. Huber)结婚。
1951年,戴森返回美国。为了吸引戴森,康奈尔大学在戴森没有博士学位的情况下,破格聘他为物理教授。1951-1953年,戴森在康奈尔一边讲课,一 边指导麾下的博士后和研究生做理论计算。他的讲课形成了讲义《高等量子力学》。这本极为清晰的讲义帮助许多人进入了这个领域,六十多年以后作为书籍正式出 版了 。而在指导学生方面,他认为自己是极其失败的,以至于决定从此以后不带学生。
故事是这样的。当戴森与其学生取得了一些进展以后,他去芝加哥大学访问这方面的专家费米。戴森很骄傲地将他们的计算结果呈给费米看,期待费米的激动反应。 令他意外的是,费米竟然丝毫不为所动,只是平静地点评到,“计算的方法有两种:第一种,是我所愿意采用的,是基于清晰的物理图像;第二种是基于严格的数学 构架。而你的计算,两个条件无一符合。”对于费米的批评,戴森心悦诚服。事实上,他们的计算结果与实验数据的吻合度并不那么引人注目。1999年,在费米 的学生杨振宁的荣休晚宴上,戴森心存感激地回忆起费米曾给他上的这关键的一课:
……虽然我不是费米的学生,但我有幸在学术生涯的关键时刻跟费米谈了二十分钟。我从这二十分钟里所学到的,比我从奥本海默二十年里所学到的还要多。……在这二十分钟里,他脚踏实地的见识省掉了我们好几年的无谓计算。[杨振宁2008,页289]
回到康奈尔,戴森意识到,学生这两年的功夫白费了,对此他非常引咎自责。这件事在他的心灵里投下了极大的阴影。为避免再误人子弟,他决定不再带学生。
将戴森从失望与内疚中挽救出来的是奥本海默的聘约。1953年他离开康奈尔来到普林斯顿高等研究院当教授,直到1994年退休。应该说,戴森在这里如鱼得水,来对了地方。
台湾的江才健先生曾经在一篇与戴森的访谈中提起这一点:
江才健问:我记得杨振宁由芝加哥大学来这里工作以前,他的老师费米告诉他,说这里像一个修道院,可以待一阵但不能久留。杨振宁在此待了十七年而您却待了四十年,对于费米的话,您有什么看法?
戴森答:这因人而异。我想杨振宁离去是对的,因为他需要一个更大的天地,成就更大的事业。对我来说,留在这里很好,因为我不是一个帝国建造者,我在此很开心,花时间于做研究与写书,我很满意。虽然年岁日老,但可以一直维持我的活力。[江才健
1998]
应该说,能够在普林斯顿高等研究院这个修道院里工作是戴森最大的幸运之一。戴森在普林斯顿高等研究所结交了许多科学同仁。例如,在研究所的同事与访问学者中就有杨振宁、李政道、梅塔(M.
L. Mehta)、约斯特(R. Jost)、勒纳(A. Lenard)。与戴森交流频繁的还有附近普林斯顿大学的教授维格纳(E. P.
Wigner)、伯格曼(V. Bargmann)、李布(E. H. Lieb)。
1957年,一个偶然的原因——英国政府认为戴森在瑞士和美国生的孩子非法,因而不给他们发护照——促使戴森最终加入了美国籍。戴森在《引路人》一文中写道[Dyson 1992, p.315]:“我原本是英国人,只是碰巧加入了美国籍。我同时为这两个国家而骄傲。”笔者曾向戴森请教了英美文化之间的差异。他答复说:
英、美两国的文化在许多方面都不同。英国历史更悠久、文化更灿烂,但对生活持悲观态度。而美国有更多样化的人口,科技强盛,而且为年轻人提供了许多 机会。最明显的一个差别体现在对待游戏和竞技体育的态度上。英国的小孩受到的教育是,最重要的事情是成为一个大度的失败者,竞争时必须确保公平,失败时必 须不失风度。而美国的小孩受到的教育是,最重要的事情是成为胜利者,要想方设法地赢得胜利。两种文化都很珍贵。我很高兴这个世界同时保留了它们的存在空 间。
五 后续的物理与数学工作
在戴森1948年之后的所有物理工作中,特别值得书写的有两笔。第一个重要成果是1961年关于随机矩阵的工作,那是与其创立者维格纳交谈的结果。对戴森而言,这个工作令他极为兴奋,他在《戴森论文选集附评注》中写道:
1961年我在布鲁克海文度过了假期,以极快的速度写完了三篇系列论文。好像我每天都在发现新的要提出和要回答的问题。每一个优美的等式在第二天又引出另一个更加优美的等式。[Dyson 1996, p.28]
在以后的若干年里,戴森仍然不时地回到这一主题。由于维格纳、梅塔、高登(M. Gaudin)、戴森等人的努力,随机矩阵已经发展成为一门系统的学问。常常被传为美谈的是,戴森与数论专家蒙哥马利(H. Montgomery)在普林斯顿高等研究院的一次偶然交谈促成他们发现了随机矩阵与数论中的黎曼猜想之间的密切关联。
戴森的第二个重要工作属于统计物理。1965-1966年他与勒纳合作,第一次从数学上严格证明了物质的稳定性。这个问题在一年前由费希尔(M. Fisher)和吕埃勒(D. Ruelle)作为悬赏问题提出。戴森与勒纳用到的数学技巧源于戴森1957年对李政道、杨振宁的一项工作之改进。戴森与勒纳近四十页的复杂证明后来被李布和瑟林(W. Thirring)简化到不足三页。对此,戴森在《戴森论文选集附评注》中反省到:
为什么我们的证明如此糟糕而他们的证明如此优美?原因很简单。我和勒纳的证明是从一些数学技巧出发,在不等式的丛林中披荆斩棘,没有任何物理方面的 理解。而李布和瑟林是从一个物理思想——物质之所以稳定,是因为经典的托马斯-费米原子模型(Thomas-Fermi model of an atom)是稳定的——出发,寻求合适的数学语言将这一思想转化为严格的证明。当我在剑桥做学生时,数学家李特伍德曾一次在课堂上讲,第一流的数学家是那 些发表糟糕证明的数学家。在第一流的数学家发表糟糕的证明之后,第二流的数学家研究细节并给出更好的证明。物质的稳定性的例子对李特伍德的格言提供了一个 反例。李布和瑟林找到了好的证明,而且他们既是第一流的数学家,也是第一流的物理学家。我们的糟糕证明的主要价值在于,它给了李布和瑟林寻求更好证明的勇 气。[Dyson 1996, p.32]
虽然身在主流数学之外,戴森在数学界也有相当的影响。总的说来,数学家似乎更欣赏他的数学观,因此戴森常常被邀请到各种场合做演讲。例如,1965年,他受美国工业与应用数学协会邀请,做了题为“群论在粒子物理中的应用”的冯•诺依曼讲座(The John von Neumann Lecture)。1972年,他受美国数学会邀请,作了题为“错失的机会”的吉布斯讲座(Josiah Willard Gibbs Lecture)。在吉布斯演讲中,戴森举了很多例子有力地表明,数学家由于与物理学家的疏远而错失了许多可以做出重要发现(例如麦克斯韦方程中所隐含的狭义相对论原理)的机会。戴森以他与数学家麦克唐纳(I. MacDonald)的故事现身说法,呼吁数学家多与物理学家展开对话,一起推进科学研究的进展。
戴森的演讲才能也许是受到了马丁•路德•金(M. L. King)的激发。他在《宇宙波澜》一书中曾提起马丁•路德•金在1963年8月28日所做的“我有一个梦想”的著名演讲:
马丁•路德•金讲得像《旧约全书》里的预言家。我离他极近,听他讲时我哭了,哭的也不止我一个。“我有一个梦想,”他在向我们描述他关于和平与正义 的幻想时,一遍又一遍地重复着这句话。我在那天夜里写的家信中说,“我随时准备为他坐牢。”当时我并不知道我听到的是人类历史上最著名的一篇演讲,只知道 这是我听过的最伟大的一篇演讲。我更没有想到马丁•路德•金会在五年之后遇刺身亡。[戴森1982,页155]
1987年,伟大的印度传奇数学家拉马努金百年诞辰,戴森因为早年在剑桥对拉马努金的工作有过研究而受邀参加学术纪念活动。他所做的演讲标题是“拉马努金花园之旅”。在演讲中,他希望数学家与物理学家对拉马努金生前的最后一项卓越发现——仿西塔函数(mock
theta-functions)——予以注意。他充满寄托地说道(令人联想起马丁•路德•金的演讲):
我的梦想是,在有生之年的某一天,能够看到我们年轻的物理学家实现超弦所预言的内容与大自然的事实之间的对应,从西塔函数(theta-functions)扩展到仿西塔函数。[Dyson
1996, p. 200]
十五年之后的2002年,丹麦的年轻数学家兹威格斯(S. Zwegers)在扎吉尔(D. Zagier)的指导下完成了题为“仿西塔函数”的博士论文。在此基础上,美国威斯康辛大学的数学家布瑞曼(K. Bringmann)与小野(K. Ono)在2008年又把结果向前推进一步。他们回应了戴森的呼吁,部分实现了戴森的梦想。戴森的数学远见由此可见一斑。应该指出的是,对于拉马努金的工作的推进,戴森功不可没——这同样也要归因于拉马努金本人对戴森的影响。
2008年,戴森为美国数学会的爱因斯坦讲座准备了以“飞鸟与青蛙”为题的演讲。虽然讲座后来因故取消了,但讲稿发表在《美国数学学会记录》(Notices of the AMS,它甚至有三个中译本)。该演讲的基本观点来自于《全方位的无限》,但是立意更高,提到了许多有趣味有哲理的话题。戴森甚至还以开玩笑的方式建议了一种攻克黎曼猜想的可能途径。
因为戴森后来对冯•诺依曼的工作(例如博弈论与计算机理论)很有兴趣,2010年,他受邀在布朗大学做了一个题为“冯•诺依曼花园之旅”的报告,有中译文 [戴森2014b]。从两个演讲的标题“冯•诺依曼花园之旅”和“拉马努金花园之旅”来看,戴森总是将数学视为一种乐趣。也许对他而言,与其说数学是一种 智力拼搏,还不如说是一种探险猎奇。
戴森仍然不时地回到纯数学研究中。2012年,将近九十岁高龄的戴森还在数学刊物《拉马努金杂志》上发表了一篇题为“划分与巨正则系综”的论文,同时还与普雷斯(W. Press)合作在《国家科学院进展》上发表了一篇关于博弈论中“囚徒困境”的研究论文。不过戴森认为,他自1990年以后的那些数学研究更多的是具有趣味性,而谈不上特别的学术性。他在为《科学的面孔》写的自传中说道:
大多数科学家把科学当成一种类似于盖房子或者烹饪的技能,少数科学家把科学当作哲学探索。我属于前者。我从不关心我要解决的问题重要与否。纯数学领域的无关紧要的问题与原子物理学和生物学的重要问题同样有趣。[Cook 2005, p. 172]
六 科学人文写作
1975年,斯隆基金会(A. P. Sloan Foundation)邀请戴森写一本科学自传。在考虑如何回复时,戴森回忆起老师哈代的话:“年轻人应该证明定理,而老年人应该写书”。于是接受了这一 邀请,开启了他的写作生涯。这形成了他的处女作《宇宙波澜》,1979年出版。戴森曾说,他的生命是从55岁开始的,因为那个年纪他出版了他的第一本书。 自那以后,戴森做研究和写作的时间各占一半。戴森作为作家的名望很快就赶上并超过了作为科学家的名望。除了本文开头提到的那些译成中文的书以外,颇具影响 的还有《武器与希望》、《生命起源》、《从爱神到盖娅》等。戴森的杰出贡献使他获得了1996年的刘易斯•托马斯 (L. Thomas)科学写作奖。
现在我们主要来介绍一下他最重要的著作——既是处女作也是成名作——《宇宙波澜》。书名“Disturbing the Universe”,取自于诗人艾略特(T. S. Eliot)的名作《普鲁弗拉克的情歌》[戴森1998, 页271]。据戴森给作者的回信,书名的含义是:我们未来的活动将改变宇宙的命运。1993年,戴森为三联版的《宇宙波澜》中译本专门写过一篇很精彩的序。他在序言中写道:
本书从浪漫的角度来看科学世界,把科学家的生活比作个人灵魂的航程;它有意略过每个科学家生活、工作所在的机构,以及政治、经济的既定框架。在科学 史上,团体与个人是等量齐观的,但大多数历史学家往往侧重于机构与团体的活动。本书特别强调个人,因为我希望写点新鲜而与众不同的东西。我对科学的浪漫观 点并不代表全部的真理,却是真理中不可或缺的重点。
比起美国和欧洲的读者,中国的读者也许更习惯于把科学视为一种集体创作的事业;因此,我也很高兴将我个人的观点介绍给中国读者。如果你不觉得我笔下的故事新奇又陌生,如果你没有发现它与你习惯的思维方式有所差别,那么就枉费了本书写作的初衷了。
本书于十四年前在美国付梓,之后我又陆续为非专业的读者写了四本书,然而《宇宙波澜》一书仍然是我的最爱。它是我的第一本书,字字发自肺腑,比其他 几本书投注了更多的心血和情感。如果说我的著作只有一本能流传千古,而我又有权选择保留哪一本的话,我将毫不犹豫选择这一本。[戴森1998, 页1]
因为戴森兴趣广泛,人生阅历丰富,本书读起来也颇有趣味。书中第六章专门回忆了他与费曼1948年为期四天的阿尔伯克基驾车之旅,途中与费曼的反复讨论使 戴森终于对费曼的路径积分方法有了深刻的领悟。戴森与费曼的结伴同行,起初只是一个偶然的局部事件,但对戴森和费曼两个人的一生都发生了深远的影响,最终 也深刻地改变了二十世纪物理学的面貌。戴森认为这是他一生最幸运的际遇之一。
这些年来,戴森一直笔耕不辍。除了写书以外,他还写了许多有趣的文章。例如,二十世纪的大数学家赫尔曼•韦尔(H. Weyl)1955年逝世以后,戴森为英国的顶级科学刊物《自然》撰写了一个简短的讣告,向我们转述了韦尔作为一个大数学家的价值观:
我的工作就是努力把真与美统一起来;要是我不得不作出选择,我常常选择美。[Dyson 1956]
1988年,费曼过世,戴森根据他从前写给双亲的信件编辑了一篇回忆文章《费曼在一九四八》(收入《从爱神到盖娅》中)。近些年来,出生于二十世纪初的一 些大物理学家相继去世,而新世纪的到来又轮到许多大物理学家的百年诞辰。凡是与戴森有过交往的,例如泡利(1900-1958)、费米 (1901-1956)、狄拉克(1902-1984)、奥本海默(1904-1967)、贝特(1906-2005)、特勒(E. Teller,1908-2003)、钱德拉塞卡(S. Chandrasekhar,1910-2005),克默尔(1911-1998)、惠勒(J. A. Wheeler,1911-2008)、萨拉姆(A. Salam,1926-1996)等,他几乎都写了纪念性的文章。
戴森还不时地为《纽约客》与《科学美国人》撰稿,也常常为新出版的各类科学著作写序言和书评,因此他的名字频繁出现在《纽约书评》中。2013年,浙江大学出版社出版了戴森的书评集《反叛的科学家》的中译本[戴森2013]。
七 结语
作为数学家,戴森的数学能力是毋庸置疑的。但他并不以数学家的身份特别自豪。在他看来,数学家过于离群索居缺乏人情味了。他之所以后来与妻子胡贝尔离婚, 就是因为她是一个数学疯子,沉湎于数学不能自拔,甚至置子女于不顾,而且从来没有被点醒过,不像他自己年少时被母亲点醒那样。1958年,戴森与马拉松长 跑运动员艾米(O. Imme)结婚。
戴森的数学生涯与剑桥数学学派特别是哈代有密切关联,正是哈代与赖特合著的《数论导引》引发了戴森对数论长达一生的兴趣。但应该指出,虽然戴森学习和吸收新东西的能力很强,但他在大学两年时间里学的数学其实很局限。正如戴森在给笔者的 回信中曾说起的那样,他的老师哈代和李特伍德作为英国的数学领袖甚至阻碍了英国数学的进展:
哈代和李特伍德是旧式的数学家,他们生活在二十世纪,做的却是十九世纪的数学。他们虽然做出了漂亮的工作,但他们对源于法国和德国的新的抽象思想没有兴趣。结果是,年轻一代的英国数学家,包括我,在一个远离繁荣于法国的新数学的环境下成长。
事实上,数学在二十世纪三、四十年代经历了迅猛的发展,只是哈代和李特伍德忙于研究经典数学(数论与分析),而导致了英国下一代的学生没有及时跟上抽象代 数与拓扑学兴起的现代数学潮流。在当时的剑桥,只有霍奇是唯一的例外。他不仅跟上了现代数学的步伐,而且就在戴森入学剑桥的前后做出了丰硕的成果。但戴森 并不为霍奇的讲课所吸引。所有这些,导致戴森对数学缺乏比较全面的了解。戴森的数学视野和品味也就局限于哈代、李特伍德与拉马努金的范围之内。但这些人的 工作(解析数论与离散数学)都偏离主流太远了。特别是拉马努金的工作,体现的是一种奇异美,简直就是前无古人。在那里你看不到历史和传统,拉马努金就像他 的同胞诗人泰戈尔(R. Tagore)诗句“天空没有留下我的痕迹,但我已经飞过”中的飞鸟,追寻他的足迹是杳无希望的。这种传奇风格的数学确实难以为继。
戴森虽然早期在数论研究中做出了一些有价值的成果,但他对纯数学中这种曲高和寡的冷清氛围不满意,于是决定离开纯数学而转向应用数学。在《太阳、基因组与互联网》一书的导言中,他写道:
在我后来的科学生涯中,我并未忠于哈代的理想。开始时,我步他的后尘进入了数论领域,并且解决了几个数论问题。这些问题虽然优美但无关宏旨。后来, 在我作为数论专家工作了三年之后,我决定做应用数学家。我认为,比起继续证明只能引起一小撮数学家感兴趣的定理,理解自然的基本奥秘要令人激动得多。[戴 森2000a, 第3页]
作为物理学家,在很早的时候,由于费米的提点,戴森认识到,做物理研究不是仅仅靠纯粹的数学演算,更需要物理直觉的指引。戴森很清楚,他缺乏物理直觉。他 在物理学上的成功得益于与物理学家的广泛交流,得益于他的数学品味和才能:他以数学家的价值观来做物理。他在1964年发表于《科学美国人》上的文章《物 理科学中的数学》中写道:“数学之于物理,不仅是计算现象的工具,更是创造新理论的概念和原理的主要源泉”[戴森,2007]。
但物理学家与数学家有不同的价值观,戴森的价值观并没有得到物理学家的广泛认同。这与数学家对他的看法恰好形成鲜明对比:数学家不认为戴森的数学工作非常 重要但愿意听他的数学见解,而物理学家认可戴森的物理成就(例如,他荣获了1981年的沃尔夫物理学奖)但拒绝他的数学价值观。
戴森在《不合时尚的追求》一文中将自己定位为一个数学物理学家 [戴森,1985]。他将数学物理这门学科的宗旨理解为,用纯数学的严格风格和方法来理解物理现象;而数学物理学家的目标则是,澄清那些作为物理理论奠基 石的概念的精确数学意义。作为一个名符其实的数学物理学家,戴森得到了高度认可。2012年,他获得了世界数学物理学家大会颁发的庞加莱奖。
不论是作为数学家还是作为物理学家,戴森都只取得了部分的成功。唯有作为作家的戴森,才算是取得了全面的成功。如果要从二十世纪的数学家中挑选出一百位最 有成就的数学家,戴森恐怕不能入选。因此,他年少时想成为二十世纪《数学精英》系列人物之一的梦想势必要落空了。作为物理学家,虽然他早在二十五岁就功成 名就,但他从来也没有期望成为像他的同事杨振宁那样的伟大人物。虽然戴森在二十世纪的数学界和物理学界也许不能占有特别高的地位,但作为科学家中的作家, 他是首屈一指的。
戴森曾回复笔者,在写作上对他影响最大的是哈代,因为他为非数学专业的读者写出了优秀的书籍《一个数学家的辩白》。哈代的写作确实吸引人,这也许是因为他曾经历过数学史上最浪漫的传奇,发现了印度自学成才的数学家拉马努金,所以写作也很有激情。不过,
哈代的言论比较极端,一旦绝对化,就会创造出一种奇异的美感和坚不可摧的力量,令读者往往无法抗拒而信以为真。对于写作和数学研究,哈代完全是以美为至高
法则。他在《一个数学家的辩白》中写道:“美是首要的试金石:丑陋的数学不可能永存”[阿姆斯特朗2010,第3页]。可以说哈代是一个“纯”到了极致的
数学家,比韦尔还要纯。戴森在回函中说,与哈代和韦尔不同,他本人只是在做研究时会优先考虑真实,而在讲故事时则会优先考虑美妙。
相对而言,戴森的文字则不时闪现着睿智与幽默,其评判也较中和。对于有可能看起来不能共存的说法,他能通过玻尔的互补性原理和海森堡的测不准原理为哲学基 础来调和。另一方面,戴森的视野要比哈代更为开阔。他早年读到的凡尔纳(J. Verne)、托尔斯泰(L. Tolstoy)、韦尔斯(O. Wells)、霍尔丹(J. B. S. Haldane)、赫胥黎(A. Huxley)、奥威尔(G. Orwell)的作品对他有很大的影响。像那些前辈一样,戴森的想象力与洞察力是非凡的。此外,戴森在写作中常常旁征博引,特别是戏剧和诗歌——这是自小 受父母熏陶和中学时代受弗兰克影响的结果,为其作品增色不少。例如,在《宇宙波澜》一书中你可以见到许多其他诗人和作家的名字,如奥登(W. H. Auden)、布莱克(W. Blake)、歌德(J. W. von Goethe)、弥尔顿(J. Milton)、莎士比亚(W. Shakespeare)、叶芝(W. B. Yeats)。
也许我们可以借用哈代本人的一句话来指明戴森与哈代的差别:
假如真的能把我的雕像塑在伦敦纪念碑上的话,我是希望这座碑高耸入云,以至人们见不到雕像呢,还是希望纪念碑矮得可以使人们对雕像一目了然呢?我将选择前者。可以想见,戴森
[原文是斯诺博士(Dr. Snow) ] 会选择后者。[哈代2007,第107页]
笔者曾经问过戴森是否同意这个说法?他表示同意。事实上,戴森在《从爱神到盖娅》一书的序言中说过:“我的所有作品,其目的都是打开一扇窗户,让高居科学庙堂之内的专家们望一望外面的世界,让身处学术江湖之外的普通大众瞄一瞄里面的天地”[Dyson
1992, p. viii]。现在大家知道:他成功了。
戴森的著作不仅给读者以亲切感,更给人以他作为科学家的强烈使命感。也许我们可以借用司马迁在《史记》中评价屈原的一句话来评价作为作家的戴森:“其志洁,故其称物芳”。
笔者想邀请读者一起来欣赏戴森的一段生花妙笔(为使读者对戴森有更直接的了解,请允许笔者引用英文原文 ):
A few years ago, I was asked by OMNI magazine to compose a message, in seventy-five words or less, to be sent by radio to any aliens who might be listening. Here is the message that I would send:
Dear Aliens, your silence puts us to shame. Please forgive us for making so much noise in this beautiful universe which we are sharing with you. Please be patient when we are impatient, be gentle when we are rough, be wise when we are stupid. We are a young species and still have much to learn. [Dyson 1997, p.164]
最后,笔者想以一个类似的句子作结:
亲爱的读者,您的耐心和坚持使我感到愉快和欣慰。如果您感到厌烦,请原谅我的唠叨。我还很幼稚,对深邃迷人的戴森还需要有更进一步的了解。
后记:本文初稿曾发表于《科学文化评论》,第10卷(2013年)第3期,82—101页. 最近又作为附录重印于今年浙江大学出版社新出的Dyson的中译本《一面多彩的镜子》,即参考文献[戴森2014a]. 感谢一些读者(包括戴森本人)的反馈,初稿中的某些错误现在得到了更正。
也许有读者想要了解现今的戴森。他已经九十高龄,仍在继续写文章、做研究,包括纯数学方面的一些有趣工作。十年前戴森曾接受南开大学数学所杨振宁理论物理 办公室葛墨林教授的邀请来中国访问,并游览了首都北京和古都西安。中国悠久的文化与飞速的发展都给他留下来深刻的印象。他对中国在将来世界舞台上扮演的角 色寄予了厚望。这尤其反映在戴森于2013年7月26日回复给老朋友杨振宁的邮件中:
你写道,当我们年轻时,研究的重心从欧洲转移到美国。现在我看到了二十一世纪的一个最重要的事实,就是世界舞台的中心将从美国转移到中国。你可以因为能够有机会先后为这两大转变做出贡献而骄傲。留给我们儿孙辈的主要问题是,要看到这个转变和平地发生。
我常常想起你的美文《父亲和我》。他也必定会为之骄傲。
初稿在《科学文化评论》刊登以后,很多了解戴森的读者曾向我道喜,有些不了解戴森的读者也跟我分享了他们的收获。特别值得一提的是,有一位自称患有自闭症 的朋友跟我说,当她读到戴森的母亲在漫步时对儿子所引用的那一句剧词“我是人,我绝不自异于人类”感受到了深深的震撼。她说这句话给了她很大启发,似乎让 她开了窍。我想说,其实我之所以十年前开始关注戴森乃至于决定要为他写一篇文章,很大程度上就是从读到那一段话开始的。
我绝不是研究戴森的专家,而只是他的一个粉丝,而且是众多粉丝中的一个无名小卒。我也没有见过戴森。但已近九十高龄的他却为我用键盘一字一字地敲出了我所需要的引文。
写到这里,我觉得应该而且可以收笔了。
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