作者:郑筱诗
2022-10-02·阅读时长6分钟
最新消息:根据诺贝尔奖官网消息,2022年诺贝尔物理学奖被授予科学家阿兰·阿斯佩(Alain Aspect),约翰·弗朗西斯·克劳泽(John F. Clauser)和安东·塞林格(Anton Zeilinger),以表彰他们“用纠缠光子进行的实验,建立了贝尔不等式的违反,并开创了量子信息科学”。
科学是一幅巨大的拼图,每一片适得其所的组成部分都能为其他部分的加入创造更多的可能性。在这幅巨大的马赛克拼图中,每个科学家都在为之添砖加瓦,自觉地做出了自己的贡献,当他们的名字终被遗忘时,后来者会爬上他们的肩膀,极目远眺。
大家好,我是筱诗,2022年的诺贝尔奖马上就要揭晓了,今天这期节目想和大家盘点一下几位诺贝尔物理学奖得主的最新好书。
我们先从一张照片说起,这是在天空中正在变换队形的鸟群。当我们在地面上用肉眼观察鸟阵时,我们会看到它们飞快地变化形状。
我们本期话题的第一位主人公——意大利物理学、罗马大学教授家乔治·帕里西(Giorgio Parisi),他是去年2021年诺贝尔物理学奖的获得者。他的研究缘起就是当他面对天空中的椋鸟群,他发现它们飞舞的形状变化无常,它们霎时变得很小,挤压在一起,霎时又延展开来,变来变去,忽而变得几乎看不见,忽而又黑压压一片。
这让这位大物理学家犯起了职业病,这些变幻莫测的怪现象让许多问题“拍着翅膀”飞进了他的脑袋:它们的阵型怎么能如此快速地改变,而且看起来仿佛有组织有指挥一样呢?信息是如何在整个鸟群中迅速传播的?它们怎么能一起转向而又不相互碰撞?看似复杂无序的表象下,是否隐藏着简洁普适的恒定规律?
帕里西说:“椋鸟的飞行让我格外着迷,因为这是一条重要线索,既关系到我的研究,也与现代物理学许许多多的研究息息相关,就是弄明白一个由众多相互影响的成分(参与者)组成的系统的行为。”
于是他因椋鸟群飞行生发的好奇,开启了关于复杂系统方面的研究。
这些问题的研究成果令乔治·帕里西获得诺贝尔物理学奖,表彰他“发现了从原子到行星尺度的物理系统中无序和波动(涨落)之间的相互作用”。2021年的诺贝尔物理学奖授予了三位科学家,除了乔治·帕里西,另外两位得主是美国科学家真锅淑郎(Syukuro Manabe)和德国科学家克劳斯·哈塞尔曼(Klaus Hasselmann),奖项表彰他们“对地球气候的物理建模、量化可变性和可靠地预测全球变暖”。史蒂芬·霍金曾准确预言过,“21世纪是复杂性科学的世纪”,诺奖表彰的正是他们“对我们理解复杂物理系统的开创性贡献”。
我们今天要分享的第一本书《随椋鸟飞行:复杂系统的奇境》就是乔治·帕里西(Giorgio Parisi)对这项关键性成果研究的缘起和历程详细讲述。他的这项研究意义重大,其有效的数学描述方法可以深刻影响21世纪神经网络、信息优化、机器学习、人工智能等领域的发展。
我们下面要聊的这位物理学家,对他来说2022年是个特别的日子——今年是他的诞辰100周年,他就是被誉为“上帝粒子”之父的利昂·莱德曼,因为“上帝粒子”这个词就是他提出的。
莱德曼1951年博士毕业于哥伦比亚大学物理系,1958年后任该校教授,他在粒子物理实验领域成果卓著,他亲眼见证、亲身参与甚至亲自主导了当代粒子物理学的许多重大进展,1979—1989年任费米国家加速器实验室主任,并主持设计了超导超级对撞机建造计划,1988年因发现μ子中微子获得诺贝尔物理学奖。
他被公认为是个段子手,大家看文稿去里的照片就能感觉出来他肯定有一个特别可爱,有趣的灵魂。我们下面要分享的两本书就是他写给非物理学专业的读者们比较有趣味性的科普书——《莱德曼量子物理通识讲义:诺奖大师给“诗人”的量子物理公开课》这是为芝加哥大学非科学专业学生开设的一门量子物理通识课,讲述了量子物理的发展故事、基本概念和科学意义。
[美] 利昂·莱德曼 / [美] 迪克·泰雷西 / 米绪军 / 古宏伟 / 赵建辉 / 陈宏伟 / 四川科学技术出版社 / 2022-6
《上帝粒子:诺奖大师写给所有人的粒子物理趣史》通过大量的比喻讲述粒子物理的趣味研究史。这两本书都是出自“诺奖大师通识经典”系列,我们前几期节目分享过的《费曼经典》也是出自这个系列。
提到量子物理,还有一位物理学家不得不提(见证了20世纪二三十年代量子力学发展的黄金时代),那就是英国物理学家保罗·狄拉克。他是量子力学的奠基人之一,他27岁当选皇家学会会士;29岁当选剑桥大学卢卡斯教授;31岁(1933年,因为“发现了在原子理论里很有用的新形式”(即量子力学的基本方程——薛定谔方程和狄拉克方程),与薛定谔共同获得了诺贝尔物理学奖。
我们要分享的下一本书是保罗·狄拉克的传记《量子怪才:保罗·狄拉克传》。书名中的“怪才”二字充分凸显了狄拉克的与众不同。说他与众不同,一是因为他的科学成就,二是因为他的性格。
著名数学物理学家弗里曼·戴森曾总结过狄拉克的著作如此与众不同的原因:较之狄拉克,其他量子先驱的巨著都显得有些粗糙,不甚完美。他的伟大发现就像精雕细琢的大理石雕像,接连地从天而降。他似乎能够从纯粹的思想中召唤出自然法则——正是这种纯洁使他与众不同。
戴森指出,狄拉克的著作《量子力学原理》就是其中的一座雕像:“他把量子力学作为一件打磨过的艺术品呈现了出来。”《量子力学原理》这本书到现在为止从未停印过,它仍然是最富洞见、最入时的量子力学入门书,仍然为最有能力的年轻理论物理学家们提供着强大的灵感来源。在所有类似的教科书中,没有一本能将这一理论展现得如此优雅、如此逻辑缜密,这正是奥地利物理学家鲁道夫·派尔斯在1972年所强调的狄拉克的品质:“狄拉克的品质在于他有一种……直线型的逻辑思维方式,而我们都倾向于走曲线。正是这种出人意料、直截了当的思考方式,使他的作品如此富有特色。”
他的理论如此完美,个性却十分古怪,沉默寡言、与人疏远。他的传记中记载了不少性格古怪的他与同时代的科学巨匠,如费曼、薛定谔、海森堡之间的逸事;也讲述了他是如何在“一战”“二战”以及冷战的裹挟中科学之路上艰难前行的。
乔治·帕里西在《随椋鸟飞行:复杂系统的奇境》一书中用生动的比喻探讨科学的意义:夜间,一群水手在一个不知名的岛屿登陆,他们在海滩上生起篝火,开始观察周围的事物。他们在篝火上放的木头越多,可见的区域也就越大;但在此之外,总有一片神秘的区域,被笼罩在漆黑之中,几乎无法察觉。远处火光的微弱光芒打破了这片死寂,但随着篝火亮度的增强,那片神秘的区域却变得越来越大。
我们越探索宇宙,就会发现越多需要探索的新区域,每次发现都让我们能够提出许多以前我们绝对无法想象的新问题。而我们认识的每一位物理学家,都是在生活微小的细节中发现更多的更不可思议的宇宙真理,更新我们对世界与自身的了解。
延伸阅读:《物理学家为什么如此迷人》
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制作人/主播:筱诗 音频制作:译丹 发布时间:2022年10月2日 开奖时间:2022.10.10
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