约翰・惠勒简介资料_热衷欣赏神秘事物

时间:2018-05-06  栏目:历史故事  点击:206 次

约翰·惠勒简介资料_热衷欣赏神秘事物

约翰·惠勒(1911—2008),美国理论物理学家,从事核物理、热核聚变、相对论和统一场论的研究。“黑洞”这个名词就是他命名的。

美国物理学家惠勒

惠勒其人

惠勒有过许许多多预言,但是他看起来并不像是一个预言家。他长得又矮又壮,不装腔作势,在人群中很不起眼。他穿得像个银行家,打着笔直的领带,雪白的袖口浆得硬挺;他的举止永远彬彬有礼,像一个外交官——与他同行时,经过任何一道门他永远让同行者先过。他总是把他很稀少的头发直直地梳向脑后。他的头很长,和身体相比,他的脸大得出奇,表情庄严而沉重,仿佛总是在担心宇宙的命运。但他只要一笑起来,就可爱得像天使一样。实际上,惠勒是个颇为狂放的人,他喜欢打比方,还喜欢放爆竹。他办公室的书桌上总是有满满一箱爆竹,他经常放上几个。最出名的一次就是曾经在走廊里放爆竹,打落了挂着的罗马式蜡烛。

他的理由是“要是有了好的发明,又不能放爆竹来庆祝,那还有什么意思?”当他还是孩子的时候,在俄亥俄州因为摆弄雷管,被炸掉了一截手指头。(www.guayunfan.com)

惠勒无论走到哪儿总是带着一个笔记本,他在上面用一支黑色自来水笔写讲稿,做计算,记各种零碎的摘要和观察记录——所有与他职业有关的事情都被写在上面,甚至连自言自语也记下来。他把以前的记录本排成一排,放在他办公室里的一个架子上。他的书桌上有一盒卡片(摆在爆竹盒子的旁边),上面写满了各种格言警句,有的是他说的,有的是别人说的,还有很多引述别人的话——原材料来自各种讲话和通俗杂志。其中一句是他自己说的:

中世纪时不会用剑的男人就不是男人。今天,语言就是剑。不会强有力地表达思想的男人就不是男人。

另外一条是:

我们先要了解宇宙是多么简单,然后才能了解它是多么奇特。

那明亮的眼睛感动着我

对于大学的定义,惠勒自由高论:

大学并不是专业或者大楼,而是人。一所大学,并不意味着把一定数量的知识类别聚集起来,而是要把各种程度的合作者聚集起来。……大学是一个联合体,包括刚开始接触知识的初学者,知识组织中的学徒,以及有经验的工人和探索真理的专家。

很好,大学是一个联合体,不仅仅是教授和专家,还包括大学生、研究生及“有经验的工人”。惠勒在他的自传《惠勒自传——物理历史与未来的见证者》中,谈及他的两个学生凯和帕克时写道:

我从这两位学生身上发现我从教学上获益最大。从此我便经由教学相长获益。事实上,随着年岁渐长,我发觉自己只有透过教学时才能学习新知。于是我喜欢说,大学拥有学生而得以教导教授。

惠勒甚至在一首诗中,深刻表现了他看待身边的年轻人的角度:

我所看到的是他们的眼睛,

我深深地凝视。

当我漫步在校园的时候。

那明亮的眼睛感动着我。

它带来一个信息。

不需要言语的表达:

我正行进在人类的前沿。

“黑洞”使惠勒不朽

惠勒教授真的有一些了不起,不说别的,至少“黑洞”就会使他不朽。现在“黑洞”这个词不仅在科学上广为使用,一般语言中也在借用它(尽管使用者也许并不确切知道什么是黑洞)。

喜欢和善于发明科学名称,是惠勒教授一大特点。谈到这种发明,也不容易。就拿“黑洞”来说吧,这是一种天体,它有极大的引力,使得所有的辐射都不可能逃出去。在惠勒教授没有发明这个名称之前很久,人们就开始讨论这种奇特的天体,还为它取了各种各样的名字,如“完全引力塌缩体”。惠勒教授认为这种称呼太繁,应该选一个简单易记又能反映其本质的名称。

他回忆说:

几个月的思索,希望想出一个好名词。我在床上、在澡盆里、在车上,只要我有片刻宁静便开始左思右想。

想了好久都没有想出合适的。在一次会议上,他又一次提出这个星体的名称问题,这时有一个人说:“就称为‘黑洞’如何?”

这个突如其来的建议正中惠勒下怀,于是此后在演讲、出版物上惠勒就开始正式起用这个词,久而久之人们忘记了初次提出这个建议的人,一直认为这个词就是惠勒提出的。哪里知道,他以前的学生费曼坚决反对用“黑洞”这个词代表一个天体,还把惠勒教授狠狠数落了一通,说老师“太不正经了”,尤其是后来说“黑洞无毛”的时候。费曼说:“这个用语实在不应该出自文雅人士之口。”

费曼的反对估计又是恶作剧吧?恶作剧可是费曼的拿手好戏!

不过,法国人对“黑洞”这个词倒真是抵制了好几年的时间,据说“黑洞”在法语里有淫秽的含义。不知道费曼的反对是否与此有关?

有一位朋友问惠勒:

“既然黑洞没有任何辐射能够逃出来,你怎么能看到它呢?”

惠勒答道:

你曾经去过舞会吗?你看到过年轻的男孩穿着黑色晚礼服而女孩穿着白衣裳在四周环绕着,他们手挽着手,然后灯光变暗的情景吗?你只能看到这些女孩,所以女孩是正常恒星,而男孩是黑洞。你看不到这些男孩,更看不到黑洞。但是女孩的环绕使你坚信,有种力量维持她在轨道上运转。

把合理的理论推向极致

惠勒教授的另一个特点是喜欢把他认为合理的理论(如广义相对论、量子力学理论等)推向极致。他说:

我们物理学者应该去思考发生种种极端行为的可能性,并着手寻找那种状况。我们可以将理论推演到极致,并发现其结构中所隐藏的破绽。例如,就在20世纪早期,牛顿的运动理论在宏观世界里虽是完美无瑕,然而一旦将其运用在小至单一原子的微观世界里就会崩溃失效。总有一天,我们会找到广义相对论的极限并发现起缺陷。那个极限也只有当我们将广义相对论往我们所能想到的各个向度推演到极致之时才会出现。

惠勒的这一想法与爱丁顿的想法如出一辙。正是出于这种思考,惠勒教授一生都在努力把相对论(和量子力学理论)从各个向度推向极限;也正因为这样,他的研究结论总是让人们一再惊诧莫名。在爱因斯坦没有去世的时候,他会把自己推向极致的设想拿去问爱因斯坦,爱因斯坦也常常感到困惑和不安。爱因斯坦去世以后,他的知音大都是年轻的物理学家,只有他们愿意与惠勒教授研究那些根本不知去向的问题。于是,从惠勒教授那儿传来了黑洞、引力电磁体、量子泡沫,还有虫眼、相对态(别人也许愿意称为“多重世界”或者“平行宇宙”),等等。

这些研究开始很难找到同行者,只有当你走出一条小路时,才会有人跟上来。不过,在年轻人中寻找合作伙伴比较容易。所以惠勒身边总有一群年轻人。

你的想法相当疯狂,因此有可能是对的

由于惠勒思想十分开放,所以在他身上曾经发生一件很值得回味的事情。

1970年,霍金发现了“面积定律”,即黑洞“视界”(1)的面积永远不会缩减,这似乎与热力学第二定律中的熵有异曲同工之妙。但是,霍金在这一伟大发现面前却步了,他认为既然黑洞的绝对温度为零,所以黑洞的视界肯定与热力学的熵没有关系。(2)但是惠勒教授的一位犹太学生雅克比·贝肯斯坦有一天对惠勒教授说:

“黑洞视界的面积不只是接近黑洞的熵——实际上就是黑洞的熵。”

惠勒教授在他的教学生涯里,经常看到自然会表现出乎我们意料之外的奇怪现象,所以对贝肯斯坦的极其大胆和奇怪的结论表示:“你的想法相当疯狂,因此有可能是对的,那么你就去发表吧!”

于是,贝肯斯坦于1973年在《黑洞热力学》一文中正式发表了自己的观点。这一下把霍金激怒了,他立即回应了一篇论文,反驳了贝肯斯坦。这场剑桥和普林斯顿的争论僵持了一段时间。贝肯斯坦后来回忆说:

“在1973年那些日子里,经常有人告诉我走错了路,我只能从惠勒教授那儿得到安慰,他说,‘黑洞热力学是疯狂的,但疯狂到了一定程度之后就会行得通’。”

开始霍金对这位初出茅庐的贝肯斯坦根本不放在眼里,但是,最后贝肯斯坦对了!同时,霍金的面积定律也由此有了更加重要的意义,这是霍金根本没有想到的

霍金后来虽然承认自己错了,但是有些遮遮掩掩,很不痛快,不像惠勒教授那样直爽。

顽皮的本性

曾经一度盛传,美国物理学界要在德克萨斯建造超导对撞机,后来又由于种种原因没有建成。但是德克萨斯精神似乎也唤醒了惠勒的顽皮本性。

有一天,惠勒的学生罗比诺·布鲁诺将拓扑学(数学的一个分支)与马赫原理相互印证,并获得良好的成果。惠勒对这个成就感到相当兴奋,决定要庆祝一下。这时他办公室的爆竹没有了,他立即掏出钱。

“这是五美元”,惠勒告诉一个学生米勒。“去买一些爆竹,我们要庆祝这一项突破。”

米勒买不到爆竹,他只好把他先前藏在家里的德克萨斯冲天炮拿回来。惠勒觉得冲天炮有一些危险,但是他还是不甘心放弃庆祝。他穿过走道,要所有秘书都待在办公室内;还派米勒和一些同学在楼梯口守着,不要让任何人上到他们这一层楼来。

只见他点燃一支横放着的冲天炮,所有人都看着冲天炮呼啸着并喷出缤纷火花,最后一直射到走道的另一端。秘书们大为惊讶,小心翼翼地走过烟雾弥漫的走道。

学生们高兴地欢呼起来。但是惠勒这一行为引来了消防队。不过,后来消防单位主管还是放了他一马,没有深究。

【注释】

(1)“视界”,即黑洞的边界。

(2)熵是物理学里表示物质系统状态的一个物理量,用S表示。熵增加量ΔS=ΔQ/T,式中ΔQ为对物质系统加入的热量,T为物质系统的(热力学)温度。按照这一公式,霍金就认为T=0时不能够说明熵的问题。。

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