他总是善于作出正确的判断,且深信物理学的任务应该是,提供一幅生动逼真的图像来描绘我们的世界。
1995年1月1日,尤金 · 维格纳(Eugene Paul Wigner)辞世了,享年92岁。我们失去了一位建构量子力学大厦的杰出的物理学家。他的研究工作与他的个性都是传奇式的。他在晚年记载下来的回忆,以及他早些时候撰写的著作《对称性与反射》,能够帮助我们了解他在科学上的独特的见解,了解他作为普林斯顿大学的一名教师所起的作用,了解他那强烈的个性以及他那博大精深的科学知识。
在很年轻的时候,维格纳就知道自己的爱好是科学,他深深地认识到自己的价值。作为一个踌躇满志的年轻物理学家,他“断言物理学的任务应该是,提供一幅生动逼真的图像来描绘我们的世界,揭示自然事件之间的联系,将物理世界的完全和谐性、美妙性以及自然的伟大之处展示给人们。”他在追求这一目标时非常地成功。物理学界对他将对称性引入量子力学表示崇高的敬意——这一贡献使他荣获了1963年度的诺贝尔物理学奖。然而,他的工作还远远地扩展到其他科学领域。
他对化学颇有研究。1925年他在柏林工业大学获得的博士学位就是化学工程方面的,而且在二战期间他还成为“第一个核工程师”,负责首批大型核反应堆的详细设计工作。他同阿尔芬 · 温伯格(Alvin Wein-berg)合写的教科书《中子链式反应堆的物理原理》,成为该领域的权威性著作。他拥有多项专利,还在橡树岭的克林顿实验室担任领导达一年之久(1946),不过,最终他还是选择了返回普林斯顿大学,去探索“那些最初将我们吸引到物理学领域的深奥的问题。”
现代固体理论的基础大部分都是30年代由维格纳和他在普林斯顿大学的最先的3位博士研究生建立起来的,这3位当时的博士生是弗雷德里克 · 赛兹(Frederick Seitz)、约翰 · 巴丁(John Bardeen)和夸耶斯 · 赫里(Conyers Herring)。他们首次给出了关于电子关联的有效描述,并将它引入到固体的量子力学描述当中,从而开创了金属的电子理论。
同样,维格纳在核物理学方面也提出过许多早期的基本观点,其中有些是关于短程核力的,另外还有一些是关于交换对称性及短程核力与核结合的饱和性之间的关系的。他创立了一个用于描述核共振反应的重要理论,R矩阵理论。这一理论推广了布莱特-维格纳公式,是我们了解核反应的所有性质,尤其是了解主宰星球的诞生与消亡的过程的常用工具。
借助于R矩阵理论,维格纳集中研究了众多核波函数的微小重叠积分的无规性,并写了一系列的论文,被人们誉为量子混沌的发言人。但他自己“最喜欢的领域”一直是将对称性的基本原理应用于物理学当中。
他所研究过的每一个领域中都留下了他的痕迹。比如,在群论中有“维格纳-爱卡特定理”;角动量量子理论中有“维格纳系数”;固体理论中有“维格纳效应”、“维格纳相关能”和“维格纳晶体”;核物理领域有“维格纳力”和“布莱特-维格纳公式”;而在量子混沌领域有“维格纳分布”。正如他所希望的,他的研究工作是他留下的最好的纪念物。
作为一个普通的人
不论干什么事情,维格纳都自觉地(或许天生就是这样)力求合理——顽固的理性——有时简直是极其顽固的理性!他天生就不是一个随便、任性的,或是具有反抗精神的人,这一点他与他的妹妹,嫁给保罗 · 狄拉克(Paul Dirac)的玛吉特(Margit)不同。这使得他有一定程度的服从性,比如对他父亲就是如此,他父亲与孩子们的关系有点像“欧洲式”的。他父亲不愿谈论私事或不愿“回答不必要的问题”,对此他都表示尊重。他竭力实现父亲要他进入制革行业的愿望,但他知道自己的长处所在,最终让物理学占了上风。
他一贯都发自内心地尊重他人的情感,这一点别人无论用什么办法也是仿效不了的。然而如果家里有人生病时,在病人病愈以前他是不会支付医药费用的,因为他觉得将病人当作“人质”是不合情理的。尽管他的言谈、态度都很谦虚,以免激怒别人,但他却顽固地坚持自己的信念。有时简直是太顽固了,比如,他绝不允许宗教信徒只是因为他的名声而邀请他去参加他们的科学会议,
虽然他表面看来是一个不愿表露感情的人,但实际上,感情生活对他来说是非常重要的。在他的著作中,他讨论过感情的作用。他深深地爱着他的家人——他的父母、他的姐姐和妹妹(她们两人仍然健在),他的儿女及女儿玛莎的两个小孩。婚姻对他来说尤为重要。他的第一个妻子埃米莉 · 弗兰克(Amelia. Frank)是个物理学家,可惜在1937年,他们结婚后仅几个月她便去世了。他的第二个妻子玛丽 · 惠勒(Mary Wheeler)也是物理学家,他们恩恩爱爱地度过了36年后,惠勒因罹患癌症而去世。1979年他与他的第三个妻子爱伦 · 哈密顿(Eileen Hamjlton)结婚,后者现在仍然健在。
但很多人还不大知道,维格纳对匈牙利诗歌、对家人和朋友的热爱、对长途步行以及科学也有很高的热情。他也有轻松幽默的时候。例如,有一次他在温哥华的一个匈牙利餐馆过77岁生日,他喝着他的脱凯酒,与所有的服务员一起跳了一通宵的舞。
作为教师
维格纳从心底里觉得自己实在是一个教师。他有很好的榜样 :他的中学老师纳兹|一位在柏林的匈牙利教授麦克尔 · 泊拉尼(M. Polanyi),他一直是维格纳的一位私人顾问,直到1976年去世为止;还有爱因斯坦及他那著名的柏林讨论会。
对他来说,普林斯顿大学是个理想的地方,他为普林斯顿大学在理论物理方面赢得显赫的声望立下了汗马功劳,他在普林斯顿大学指导了40多名博士研究生(虽然不是所有的博士都像最初的3位那么优秀)。维格纳几乎总是非常大度地坚持让学生在发表博士论文工作时只署学生自己的名字,尽管可能是他最先提出来的观点,并指导了该观点的进一步发展,而且帮着修改最后的手稿。同样,如果按字母顺序排列的话,他的名字靠近末尾,所以在他与别人合作的论文中,除一、两篇以外,他的名字都是排在最后的。按他的观点,这倒是件幸运的事。假若你能和他产生共鸣的话,你便可以从他那里学到不少东西。跟他自己的老师纳兹和泊拉尼一样,他非常耐心,而且乐于帮助别人。
维格纳于1930年接受普林斯顿大学的聘请,但是5年以后当他的访问没有改为永久聘请时,他觉得(事实确实如此)自己被轻视了。他知道自己的价值,对校方的态度不能释怀。他突然离开普林斯顿而到威斯康辛大学去了,在那里他愉快地度过了两年时光,直到他的新婚妻子埃米莉突然去世。后来普林斯顿大学校方纠正了错误,于是,维格纳又于1938年回到了那里。此后,除了几次暂时离开之外——1942~1945年在芝加哥大学;1946~1947年在橡树岭国家实验室;1957~1958年在莱顿;以及退休后对路易斯安那大学作了几次访问——他一直待在普林斯顿大学,直到去世。提起维格纳,人们不能不想到普林斯顿大学,同样,提起普林斯顿大学也不能不想到维格纳。
作为科学家
维格纳总是寻求探讨科学中最深奥的问题。他在20年代中期所做的一些实验使他建立了自己的风格,并促使自己从事相应的职业。1925年,他作为一名从学校毕业的化学工程师,从柏林回到布达佩斯,目的只是想将他所学的知识应用于他父亲所经营的制革业。通过阅读海森堡、玻恩、约当和薛定谔的论文,维格纳从遥远的地方惊喜地目睹了量子力学的诞生。为了向物理学领域靠近,他又于1926年回到柏林,找了份做晶体学助教的工作。之后他又到哥廷根大学当物理助教(1927~1928年),并在赴美以前升为讲师(1928~1930年)。
他在柏林的导师卡尔 · 威森堡(Karl Weissenberg),交给他一个关于晶体中原子的稳定位置与对称性的题目。这个题目涉及到群论,冯 · 诺依曼建议他看看格奥尔格 · 弗洛本尼斯(Georg Frobenius)和伊赛 · 舒尔(Issai Schur)1905年写的关于表象理论的文章。该理论的明晰和优美深深地吸引了维格纳,他很快想到要将它应用到量子力学上。到1929年,维格纳已经用他在群论方面的独特见解而对量子理论作出重要的贡献。在西拉德(Szilard)的鼓励下,维格纳花了两年时间准备一本经典教材,《群论及其在原子光谱量子力学中的应用》,这本书于1931年在德国首次发行。
维格纳应用他的新工具来不断地发展物理学。他往往首先撰文表述一个新颖的观点或技巧,然后再用一系列论文来描述怎样将这些新的观点或技巧应用到物理学的新领域中,如同一个一流的工程师用系统的方法来考察某个新大陆一样。那是怎-的工程!维格纳的研究工作之最典型的特点正在于,应用熟练的技巧将那些高超、精彩的思想火花结合到新的物理领域中。
维格纳为大型的汉福德核反应堆的设计作出了重要的贡献,这是1942年费米在芝加哥的斯坦格球场演示的链式反应之前的一座反应堆。如果你考察一下他在核能方面的37项专利,你便会认识到他对我们现今的原子能发电机有着怎样的影响。
维格纳在物理学上的贡献将流传后代。他的论文集——包括500多篇论文——将分成八卷出版。
直到生命的最后,维格纳还在潜心于研究这样一个他向来都怀有兴趣的问题:人类意识的本质及它与量子力学之间可能的关系。也许它太难研究了,即便是对他这样才气过人的人来说也不例外。
维格纳是一个优秀的美籍匈牙利物理学家,在这个世纪的大部分时期,他的杰出的成就丰富、充实了我们的物理学领域。我们永远悼念他。
[Physics Today,1995年第12期]