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stefanzhang

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费曼与威尔森: 不从俗的精神

　依惯例，诺贝尔奖得主都会在颁奖会期发表演讲，内容大致上是得奖工作的回顾与展望。事后这些演讲稿也会正式发表，是很有
价值的文献。但是很多文章对于得奖工作的细节着墨太多，让外行人很难一窥究竟，不免觉得枯燥。不过有些文章对于作者当初的
心路历程有很精采的描述，读起来很过瘾。让我印象特别深刻的两篇诺贝尔演讲稿是1965年费曼（R.P Feynman，
1918-1988）的《量子电动力学时空观的发展》与1982年威尔森（K. Wilson，1936-）的《重整化群与临界现象
（The renormalization group and critical phenomena）》，原因之一是两位作者恰好前后呼应地表现出了不从
俗的精神。

　费曼大家比较熟，但多数人可能没听过威尔森。比费曼小十八岁的他从小就是天才学生，父亲是哈佛大学化学教授，曾经与名化
学家庖林（L. Pauling，1901-1994）合写过一本有名的量子力学教科书。威尔森在二十岁就进加州理工学院物理研究所攻
读博士，费曼与葛尔曼（M. Gell-Mann，1929-）是那里的明星教授。威尔森在诺贝尔演讲中说他一到加州理工学院就执
行父亲给他的训令：「去敲费曼与葛尔曼的门，问他们正在做什么？」费曼的答案是「什么也没在做（nothing）」，葛尔曼则
写下三维易辛模型（Ising model）的配分函数（partition function），对威尔森说如果你能把它算出来是很好的。

　威尔森说当时最优秀的学生都理所当然地跑去做基本粒子理论。他曾想抗拒这个潮流，在暑假到工业界去研究电浆物理。没想到
工作了约一个月之后，人家就要他把结果写出来。威尔森说他发誓以后要选择一个有深度的研究主题，那个题目起码需要研究五年
才会有值得发表的东西。基本粒子理论似乎最能满足这个条件，所以他回头找葛尔曼要一个粒子理论的题目。一阵子过后，他发现
粒子间的强交互作用是个瓶颈，很多现象之所以无法理解，原因就在我们没有处理强交互作用的有效办法。他对葛尔曼建议的计算
方法不甚满意，于是走上了自己的路，去寻找有威力的工具。

　当时对付强交互作用最流行的理论是「S─矩阵」，这个理论的教主是丘（G. Chew，1923-）。他认为由费曼、史文格
（J. Schwinger，1918-1994）等人发展出来的量子场论已经过时，不能对付强交互作用。丘当时红极一时，学生满天
下，有不得了的影响力。但是威尔森却认为S─矩阵有其不可克服的盲点，而且量子场论的气数未尽，还有很多重要的东西等待挖
掘。所以尽管题目很难，也没有什么伙伴，他依然坚守气势低迷的量子场论。

　威尔森坚持研究场论的代价是无法很快的发表论文，这样的「求仁得仁」固然是他当初的愿望，但是残酷的论文发表压力如何应
付？还好威尔森的才气还是有人欣赏〔此人据说就是名物理学家贝特（H. Bethe）〕，所以他「虽然没有发表任何东西，似乎
还能找到工作，因此就不去担心“不发表就消失”的问题。」

　事情终于峰回路转──在1970年代初期，威尔森发现他长久以来研究的重整化群恰好是了解临界现象最好的理论架构；用重整
化群可以算出一般统计力学技巧无能为力的临界指数（critical exponent）。重整化群本来是量子场论中的老话题，但是大
家并不明了其真正的意义，所以一向不为人重视。只有在威尔森的工作出现之后，人们才体认到重整化群是量子场论的核心概念，
并且统计力学与量子场论两门学问的根基其实是同一回事，两边的技巧与概念都可以彼此借用。威尔森把量子场论推上了颠峰，这
项成就非常了不起。很少理论物理学家能和他一样，在“沉淀”了十来年之后才完成大学问而功成名就。

　费曼也是走自己的路去征服量子场论，他的路数与史文格跟随正规理论的做法大异其趣；史文格曾说费曼听从的是「另一种鼓
声」。费曼在诺贝尔演讲里「从个人的角度」说明他与量子电动力学的关系；他想交代奇妙的「费曼图」究竟是怎么发明的。在文
章的最后，他特别强调多元化思考的意义。他说：「如果每个学生只会跟从同一个风潮的角度去看待电动力学或场论，那么为了理
解强交互作用而提出的假设，其种类就受到限制。这样也许是对的，因为真理的确可能出现在流行的方向上，但是万一真理是在另
一个方向、一个不时髦的场论方向，那谁会去找到它呢？这个人要能够牺牲自己、愿意从一个独特的、不寻常的观点去看待量子电
动力学，他甚至可能得自己去发明出这个观点。我说他得牺牲自己，因为他非常可能一无所得，因为真理可能在另一个方向，也许
正是流行的方向。」粒子理论的发展应证了费曼这段话，他的「这个人」其实是许多人，其中之一就是威尔森，他们都愿意去听一
听另一种鼓声、「牺牲自己」、走不一样的路。

发表时间：2004-01-17, 21:21:03