——读《约翰·惠勒自传》一书有感

在人们的脑海中，20世纪有很多知名的物理学家，比如说提出原子跃迁假设、核裂变模型的尼尔斯·玻尔，在二战时期推动美国原子弹研究的奥本海默和费米，研究黑洞的物理学家霍金等等，但很少会想到约翰·惠勒这个人。殊不知，在上述这些研究中，约翰·惠勒都做出了不可磨灭的贡献。如果你觉得诧异，不妨读一读《约翰·惠勒自传》这本书。

一、惠勒的创新贡献

约翰·惠勒一生从事物理研究工作。在约翰·霍普金斯大学读完博士之后，又分别在纽约大学跟随格雷格瑞·布雷特做博士后，在哥本哈根跟随尼尔斯·玻尔做博士后，之后先是在北卡罗来纳大学做了三年助教，又在普林斯顿大学度过了40年的教授生涯。最后，他来到德克萨斯大学奥斯汀分校又做了10年教授，退休后回到普林斯顿，96岁去世。

惠勒强烈渴望了解大自然的运作方式。上世纪30年代始，他认为基本粒子是大自然最基本的结构，所以专注于粒子物理学和核物理的研究；从50年代到1976年，他专注于弯曲时空的研究，具体体现在爱因斯坦的相对论及其量子化上，这看上去是自然界最有可能的基石。从1976年开始，他又把精力放在了量子信息上，完成了这个领域几乎是奠基式的工作。

惠勒在物理学方面的创新成就很多，即便一一罗列也需要很大的篇幅，这里就不再列举了。不过我们可以换一个视角来看看惠勒的创新贡献。惠勒有一个特点，就是喜欢用间接的词语来表述概念，让大家产生深刻的印象。他所创造的新词包括：1）历史求和：用于费恩曼的量子力学路径积分公式；2）减速剂：在核反应堆中减缓中子速度的物质；3）仿星器：一种等离子体磁约束装置；4）虫洞：一种弯曲的几何空间中的拓扑瓶颈；5）黑洞：恒星内爆后留下的物体；6）单个量子不能被克隆：一个限制量子放大器的定理；7）万物源于比特：猜测量子信息是一切现实的基础；8）黑洞无毛定理：黑洞的唯一性定理。等等。这些或许可以帮助我们理解惠勒的创新天赋。

二、杰出的教育家

现在一些大学的教授，往往将研究项目和课题作为自己的主业，在教学方面缺乏热情，这对青年才俊的成长是极为不利的。在这方面，惠勒绝对可以做大家的表率。

约翰·惠勒生于1911年7月9日，自幼便对宇宙产生了浓厚的兴趣。作为哥本哈根学派的一员，惠勒对量子力学的发展作出了重要的贡献。二战之后，他致力于广义相对论在美国的推广和研究，他和学生查理斯·米斯纳、基普·索恩合写的《引力论》，是广义相对论方面最经典的著作之一，被称之为“引力圣经”。他还在统一场论、宇宙学等方面做出了突出贡献。在他的领导下，普林斯顿大学成为了美国乃至全世界相对论研究界的领军机构之一。

作为物理学家，惠勒声名显赫，但他更愿意做的事情，是执教大学一年级的学生，在传授物理学的相关知识和思想方法的同时，倾听这些年轻人的想法，为自己的教学和学术研究增添新的灵感。费曼、贝肯斯坦、索恩、米斯纳、胡悲乐、克劳德、安鲁、埃弗雷特、怀特曼、普勒赛特、杰拉奇、克里斯托杜卢、沃尔德等著名物理学家都曾是他的学生。他在有生之间担任了大约50篇博士论文、50篇本科论文和40名博士后学生的主要导师，其中有一批学者先后获得了诺贝尔奖。

惠勒的教学手法灵活，时常鼓励学生在学习过程当中扮演积极的角色。一次在课堂上，他问学生如何以一个词来形容星球塌缩、密度紧密到无法透光的现象。一名学生举手回应说“黑洞”！“黑洞”因为质量很大，连光都会被它吸收——惠勒敏锐地发现这是一个很好的单词，随后把这个词大加推广，并在1969年的一项会议中首次提出并解释了它的物理学意义，以此取代先前的“重力完全塌缩的星球”。他的同事说，约翰·惠勒非常了解把复杂的理论变得通俗易懂有多么重要。

惠勒对学生非常热情，而且非常善于调动学生学习物理学的激情。基普·索恩刚到普林斯顿读研究生时，就梦想着和惠勒一起研究相对论，他战战兢兢地去敲惠勒的门，得到了惠勒热情的微笑和迎接，很快就开始和索恩讨论起恒星在其生命终结时引力坍缩的奥秘。一个小时后，当索恩走出惠勒的办公室时，已经变成了惠勒的信徒。惠勒非常理解初入门的学生的心理状态，总是设法给他们提供细致周到的辅导。他的关门弟子丹尼尔·霍尔兹在写毕业论文的时候找到了惠勒，询问惠勒有没有什么课题可以让他参与进来。四个小时后，霍尔摇摇晃晃地走出惠勒的办公室，手里抱满了书，还有一个明了清晰的课题。

惠勒的学生罗伯特·杰洛克认为，惠勒指导博士生富有大局观。他强迫你向外看，眼界不要太小。刚刚入学的研究生总会有一种“退缩”的心态，这是对大佬的敬畏。而约翰很擅长打破这个。比尔·安鲁曾回忆道，我刚开始做第一个研究课题时，只有一些非常模糊的想法。有一天我同惠勒提起，他说，“我收到了在瑞士格瓦特举行的一个研讨会的邀请。你想跟我一起去展示你的结果吗？”我很纠结，因为我没有任何结果要展示。随后他说，“这样，我来写封电报，”于是他写了一句话，“可以邀请比尔·安鲁做一个报告吗？”他递给我说，“请交给电报局。”我徘徊了两三个小时，我纠结我要不要发这封电报，因为我一旦发了，我就算是承诺做报告了。最终我选择把电报发了出去，然后利用三个月的时间来得到一些可以展示的结果。

1976年搬到德克萨斯州之后，惠勒将研究的焦点从相对论转到了量子物理中的测量。他就像以前在普林斯顿那样招了一群学生、博士后和教职人员，为他们开设为期两年的量子测量课程，并指导他们做课题研究。他当时的一名研究生沃伊切纳·祖瑞克回忆道：“那门课……经常变成一个研讨会，访问者和学生介绍他们的研究或有趣的新论文。”没过多长时间，一个新的领域——量子信息诞生了。惠勒的作用是从激进保守的观点提出深层次的问题，并通过问题启发他人的研究和发现。现在，许多量子信息科学家把惠勒和IBM的罗尔夫·兰道尔视为他们研究领域的鼻祖。从这里毕业的一批学生，有的提出并证明了通用量子计算机（量子图灵机）的可能性；有的为LIGO的引力波探测器的量子非软化技术做出了至关重要的贡献。

惠勒自小有左撇子的倾向，尽管上学的时候教师坚持要求他用右手写字，他的左手的能力依然被保持了下来。他经常用左手做木工右手写字，授课的时候通常是哪只手方便就用哪只手在黑板上写字。惠勒思维敏捷，但也喜欢恶作剧。10岁时就因为玩炸药瓶而弄伤了食指和拇指。1971年，在哥本哈根的嘉士伯大厦举行的一场正式、盛大的宴会中，约翰偷偷地点燃了一串爆竹，并把它扔到了椅子后面，以此来庆祝自己60岁生日。这在用餐者中引起了相当大的骚动，而他则面无表情。或许自小的这些行为，已经为其今后一生的发展定下了基调。

惠勒，一位了不起的教师、物理学家！

《约翰·惠勒自传：京子、黑洞和量子泡沫》，[美]约翰·阿奇博尔德·惠勒、肯尼斯·福特著，王文浩译，湖南科学技术出版社2018年版