史蒂文·温伯格(Steven Weinberg,1933年5月3日-2021年7月23日)
撰文 | 瞿立建
美国物理学家史蒂文·温伯格1933年生于纽约,1967年,他提出了统一电磁作用和弱相互作用的理论,因此获1979年的诺贝尔物理学奖。2021年7月23日去世。
温伯格不仅仅做高深的物理研究,还是畅销书作家,他对科学、文化、社会等有非常深刻的思考,且不惧争议,勇敢表达。
01
学术生涯
温伯格出身于纽约一个犹太移民家庭,父亲是法庭速记员,母亲是家庭主妇。温伯格自一个堂兄(或是表兄,待考)处获得一套化学实验用具,从中获得很多乐趣,开始对科学感兴趣,并得到父亲的鼓励。
读高中的时候,温伯格就明确了自己的使命——从事理论物理研究。他和自己的同班同学格拉肖(Sheldon Lee Glashow,1932年12月5日- )在上学的地铁上一起学习物理。1950年高中毕业,温伯格和格拉肖一起入读康奈尔大学。后来,二人同获诺贝尔奖。
温伯格,1950年
1954年,温伯格本科毕业,之后赴丹麦玻尔研究所读硕士,一年后又回到美国,在普林斯顿大学攻读博士学位,1957年获得博士学位。
之后,温伯格相继在哥伦比亚大学和加州大学伯克利分校做博士后,并在1960年获得伯克利的教职。执教伯克利期间,他的研究课题相当广泛,量子场论、缪介子物理、对称性破缺、散射理论、量子引力等,这么做是为了以研究推动学习,熟悉物理学的各领域。
1966年,温伯格离开伯克利,去哈佛大学执教,1967年任麻省理工学院(MIT)客座教授,正是在MIT的这一年里,温伯格提出了统一电磁作用和弱相互作用的模型,使他获得了1979年的诺贝尔奖。
温伯格去MIT前的两年,在思考强相互作用的理论,并且取得了一些结果。但是,他的理论却得到一个与实验不符的结果,让他非常苦恼,百思不得其解。
一天,温伯格驾驶新买的全新雪佛兰新款科迈罗汽车去上班,在车里,温伯格突然来了灵感,一下意识到,他的理论没有错,只是用错了对象,要是用于弱相互作用,一切问题都消失了。
温伯格安全到达办公室,立即把汽车里想到的灵感的细节算出来,甚至还超过了想象,理论发现,在能量非常高时,弱相互作用与电磁相互作用是一回事。
温伯格这篇将弱相互作用与电磁相互作用统一的文章后来成为史上引用最多物理论文之一。
1967年,巴基斯坦物理学家萨拉姆独立于温伯格,也提出了同样的理论,他们的理论被称为温伯格-萨拉姆理论。
雪佛兰科迈罗——物理学家灵感座驾
之后的几年里,温伯格-萨拉姆的理论的预言相继被实验证实。在1979年,温伯格因为这项工作获得诺贝尔奖。(尽管决定性的验证实验是1983年才完成。)
1979年,诺贝尔物理奖三位得主,从左至右依次是格拉肖、萨拉姆、温伯格。
温伯格-萨拉姆理论将电磁作用与弱相互作用统一描述,这是通往大统一理论的里程碑意义的一步。大统一理论是能统一描述电磁力、强相互作用力、弱相互作用力的理论,是理论物理学家孜孜不倦追求的目标。这个梦想尤为温伯格所看重,他认为理论物理学家要追寻自然的终极规律,将是寥寥几个极其简单而又无比优美的方程,从这里可导出所有科学。
1982年,温伯格受邀赴德克萨斯大学奥斯汀分校工作,在这里领导一个理论物理研究组,并发展为美国最好的理论物理研究组之一。温伯格一直在这里工作,不曾退休,直到去世。
02
科学作家
温伯格获得过很多科学大奖,2020年还获得了奖金高达300万美元的科学突破奖特别奖。温伯格还获得过两次写作奖,分别是1977年的美国物理联合会的科学写作奖和1999年的刘易斯·托马斯科学写作奖。
1972年,温伯格出版了自己第一部书,一本专业书《引力和宇宙学:广义相对论原理与应用》。
《引力和宇宙学:广义相对论原理与应用》最新中文版。
温伯格把自己对宇宙学的体会整理成一部科普书,这就是1977年出版的《最初三分钟》,讲的是宇宙起源,一上市就是畅销书,后来被译成22种文字,其中最早的中文版是1981年出版,后来陆续出了至少4种译本。
霍金写《时间简史》,正是以《最初三分钟》为师法对象,要写出一本又好看又畅销的科普书。霍金做到了,并青出于蓝。
《最初三分钟》第一个中文译本,1981年,科学出版社出版。
温伯格逐渐把研究兴趣集中于粒子物理,在1983年写了一本相关的科普书,《亚原子粒子的发现》,写的是20世纪电子、质子、中子一直到夸克、胶子等的物理学史。温伯格的重点不是科学史,而是科学文化。
温伯格认为,科学是20世纪文化中最珍贵的部分,然而,即便受过良好教育的人,也因不熟悉科学基础而与这一部分文化隔绝了,令人痛心,温伯格要用这本书弥补这一教育空白,并寄希望于这本书,能改变向普通人讲述科学的方式。
温伯格的良好期望好像没怎么达成,人们对科学的理解貌似没有明显改进。
《亚原子粒子的发现》最新译本,2018年,湖南科技出版社。
温伯格是还原论和大统一理论的最著名的发言人,他在1993年出版的科普书《终极理论之梦》简直就是他的宣言书。这本书虽然是讲物理学中最深邃的思想,但非常好看,因为思想是和故事穿插编织在一起,给你轻松愉悦中烧脑的体验。
《终极理论之梦》最新译本,2018年,湖南科技出版社。
1995年、1996年、2000年,温伯格相继出版了三卷本专业巨著《量子场论》。温伯格奔着传之后世的心态写成此巨著,他本人又是量子场论发展史的见证者和参与者,专业的物理学家从这本书中不仅能学到精准的知识,还能学到物理大师处理问题的心法。
温伯格《量子场论》中文版目前只出了第一卷
之后,温伯格还出版了4部专业书,分别是《宇宙学》(2008年,有中文版)、《量子力学讲义》(2012年,有中文版)、《天体物理讲义》(Lectures on Astrophysics,2019年,无中文版)、《近代物理基础》(Foundations of Modern Physics,2021年,无中文版)。出版之后都成为物理相关研究者的案头必备书。
温伯格还经常在大众传媒上发表文章,阐述自己对科学、文化、哲学等的看法,这些文章文笔优美生动,说理清晰透彻。温伯格不是“理中客”,他的文章带着鲜明的情绪色彩,给人绝佳的阅读体验。他发表的文章结集出版了三本书,《仰望苍穹》(2001年)、《湖畔遐思》(2010年)、Third Thoughts(2018年,尚无中文版)
《仰望苍穹》中文版
湖畔遐思》中文版
温伯格一直对科学史很感兴趣,这种兴趣与日俱增,他按捺不住,在2015年出版了一本科学史的书,《给世界的答案》(To Explain the World: The Discovery of Modern Science),从古希腊一直讲到牛顿。这本书相比其他科学史的书,最大特色是,用现代科学家的视角来看待科学的征程。

这本是写史的禁忌,因为作者会投射上帝视角,低估历史人物在具体历史情景下的挑战和成就。温伯格的上帝视角却展示的是另外一面,科学方法是怎么演化的,睿智的先贤们与现代科学精神相距有多遥远,科学方法实在微妙,现代人仍需注意避免重复过去的错误。
如此思路清奇的科学史书,的确少见。
《给世界的答案》中文版
关于写书,温伯格曾对华人物理学家、科学作家徐一鸿说:“在你有能力写教科书之前,你先写科普书。很多物理学家,在不知道自己是否能把事情讲得清楚明白之时,就匆匆写了教科书。如果你能向普通人讲明白物理,你才真正能向学生讲明白。”
徐一鸿听了温伯格的建议,先写了一部科普书,就是有名的《可畏的对称》,又过了若干年,才写了著名的教科书Quantum Field Theory in a Nutshell。
温伯格写教科书的做法是,先教一次或几次课,甚至科普书《给世界的答案》也是教过几次科学史的课之后才从讲义中整理出来的。温伯格在今年出版了他最后一本教科书,《近代物理基础》(Foundations of Modern Physics),计划再写一本统计物理的教科书,从今年秋季开始上课。可惜,他的统计物理课程再没机会进入课堂了,他的统计物理教科书再没机会走上物理学人的书桌了。
一般说某某人的去世是一大损失,可能是客套。但是,温伯格的去世确确实实是莫大的损失。
03
文化敌手
生活中的温伯格是个很和善的人,但对于观点之争,异常严肃,毫不客气。温伯格是坚定的理性论者、还原论者、无神论者,态度鲜明,毫不含糊。
上世纪中叶至末期这段时间,西方知识界出现了一股后现代主义思潮,这股思潮做的事情就是掀桌子,已经建立好的知识体系,建筑学、文学批评、心理学、法学、教育学、社会学、人类学、政治学等等,都需要推倒,重新搞一套体系来组织和理解。这股风气终于刮到了科学领域。后现代主义者质疑科学的客观性,并用各种晦涩难懂的词汇批判科学方法与科学知识。
1994年,生物学家格罗斯(Paul R. Gross)和数学家莱维特(Norman Levitt)写了一本书《更高级的迷信:学术左派及其与科学之争》Higher Superstition: The Academic Left and Its Quarrels with Science,批评后现代主义者自以为很懂科学,其实讲的都是连胡言乱语都算不上的东西。
Higher Superstition: The Academic Left and Its Quarrels with Science封面
纽约大学教授的索卡尔(Alan Sokal)读过Higher Superstition这本书后,冒出个疑问,这帮文科人有这么差劲吗?他决定测验一下。
索卡尔胡乱写了一篇批判量子物理的论文,投稿给后现代主义的期刊《社会文本》(Social Text),竟然真的顺利发表了。在文章见刊的同一天,索卡尔声明,该论文是“在我能找到的范围中,有关数学和物理最愚昧的语录”,是完全仿照后现代主义的文风的“完完全全的胡扯”,任何正常的编辑都能辨别出来。这个事件使后现代主义知识分子颜面尽失。
卡索尔完美实践了什么叫“用你的方式打败你”。
温伯格在报纸上读到索卡尔的故事后,击节赞赏,专门在《纽约书评》上发表了两篇文章,做了细致分析,指出后现代主义知识分子评论物理和数学纯属出洋相,后现代主义知识分子在危害科学的健康发展,甚至给人类文明带来恶劣影响。
温伯格不是仅仅给别人助威,经常亲自出马论战。
温伯格是坚定的无神论者,对宗教持完全否定的态度,他说科学家的一个任务就是要削弱宗教。他说:“无论有没有宗教,好人都会做好事,坏人都会做恶事。但是,若你想要好人做恶事,就需要宗教了。”
有论调认为,宇宙是仁慈的上帝设计出来的。温伯格在1999年美国科学促进会组织的科学与宗教对话会议上,对这种论调进行了细致的驳斥,并有力地发问:“我的生活非常幸福,也许享有人间快乐的99.99%以上,可是即使这样,我也目睹了母亲痛苦地死于癌症,父亲的人格毁于阿尔茨海默病,许多近亲和远亲在第二次世界大战期间纳粹对犹太人的犬屠杀中丧生。仁慈的设计者在哪里?”
温伯格说:“科学最伟大的成就之一是,即便不是让智慧者不可能成为宗教信徒,那么至少是让他们可能不成为宗教信徒。我们不应该从这个成就上倒退。”
温伯格不仅在科学问题上怼人,还能怼到对方的主场。
温伯格说自己活得很幸福,美国诗人安东尼·赫克特(Anthony Hecht)给温伯格写信,说温伯格错了,并引用古希腊的梭伦的名言,指出生活中的好事应归因于运气。这个无关紧要的信件,温伯格却严肃对待,专门找了懂古希腊历史的朋友帮助,做了一番细致的考据工作,证明赫克特对梭伦的话做了完全错误的理解。温伯格以爱尔兰诗人叶芝的一首诗给赫克特回信,重申了自己的幸福观。但这个事件被温伯格写在文章里,写进书里。
温伯格又怼文科又怼宗教,他狠起来连祖师爷都怼。
温伯格写的科学史著作《给世界的答案》,说古希腊的科学伟人根本不具备今天科学家的思考方法。
比如泰勒斯认为物质本源是水,阿那克西米尼认为物质本源是空气,色诺芬认为物质本源是土,赫拉克利特认为物质本源是火,恩培多克勒做了个“大统一”理论,认为物质本源有四个:水、空气、土、火。
这些古希腊科学先贤的理由是什么呢?
没有理由。古希腊科学家想认为什么就是什么,不在乎理由,也不跟别人解释理由。
温伯格说,这些科学家根本不是科学家,也不是哲学家,而是诗人。
温伯格不是苛责古代先贤,而是说明科学思维和方法之形成非常不易,诗人式的思考方式在现代人中依然根深蒂固。
04
总结
温伯格是杰出的理论物理学家,不仅获得了科学界的最高荣誉,还以自己独特的品味塑造着理论物理学的前沿研究。
温伯格又不仅仅是顶尖的物理学家,还是高超的科学传播者。他思考哲学、思考宗教、思考文化,并将他的思考以优美的文字呈现出来,触动每一个爱思考的大脑。他不仅向公众传达了理论物理学的深刻思想,而且还向公众传达了科学世界观的重要性以及科学在人类文化中的更广泛意义。
参考资料:
[1]诺贝尔奖官网的温伯格小传:https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1979/weinberg/biographical/
[2]维基百科温伯格条目:温伯格、科学战争、后现代主义、索卡尔
[3]温伯格的书《仰望苍穹》《给世界的答案》。
[4]温伯格给徐一鸿讲写书经验,见徐一鸿纪念温伯格的文章:悼念史蒂文·温伯格(1933——2021
[5]温伯格先开课再写教科书,见于江浩研究员纪念温伯格的文章:大师温伯格,一些个人回忆
制版编辑 | Morgan
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