加载中…M理论之父、超弦理论的“教皇”爱德华·威顿教授传略
(2017-03-25 15:56:54)
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分类： 传纪 |
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注：
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然而，在2011年12月时，我发现有一位叫作”百度小ROBOT“的网友竟然全文抄录了我的这篇文章，仅仅是在”爱德华威顿“的姓名之间加了一个间隔号，变成了“爱德华·威顿”，而我之前撰写的词条被合并了，于是我作为词条主要撰稿人的身份被盗用了。我当时极为气愤，当自己花了几个月做出的劳动成果被别人窃取的时候，我才开始认识到保护知识产权是何其重要！ -
现在，这则词条的点击量为8100+，而且我发现目前网上关于爱德华·威顿的很多介绍和其他版本的词条内容都源自我的这篇文章，心中略有一丝安慰。 -
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爱德华·威顿
爱德华·威顿(Edward Witten)是美国著名物理学家，菲尔兹奖得主，普林斯顿高等研究院查尔斯·希莫尼（Charles
Simonyi）教授。威顿是超弦理论最明智与最坦率的倡导者之一，他创立的M理论结合了所有超弦理论（共五种）和十一维的超引力理论，被认为是现在最有希望将自然界的基本粒子和四种相互作用力统一起来的理论。在转向超弦理论之前，他对粒子物理学和量子场论特别是量子色动力学以及更高维理论做出过许多重要贡献。
威顿作为第二次弦革命的主将，被美国《生活》周刊评为第二次世界大战后第六位最有影响的人物。现在的物理学家中威顿的H指数最高，被普遍认为是当代最有影响的物理学家。
- 爱德华·威顿
- Edward Witten
- 美国
- 犹太人
- 马里兰州巴尔的摩
- 1951年8月26日
- 理论物理学家、数学家
- 布兰代斯大学 普林斯顿大学
- 提出M理论
- 《超弦理论》
- 新泽西州普林斯顿
- 美国国家科学院院士等
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IMU菲尔兹奖、基础物理学奖等 - 理论物理 数学物理
- 戴维˙格罗斯（David Gross）
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成长履历
威顿(Witten)于1951年8月26日出生于美国马里兰州巴尔的摩，中学毕业后进入约翰·霍普金斯大学学习，后转学布兰代斯大学，并于1971年获得学士学位。他在大学里主修的是历史，并对语言学、经济学有着浓厚的兴趣，他原打算成为政治家或者新闻记者。为此，他曾在1972年民主党候选人乔治·麦克格文(George
Mcgovern)的总统竞选团队工作过一段时间。但威顿后来担心，如果投身政界或者新闻界，容易迷失自我。
1973年起，他进入普林斯顿大学研究生院学习应用数学，一年后转入物理系，主修粒子物理学，并分别于1974年和1976年获得硕士和博士学位，他的导师是2004年诺贝尔物理学奖获得者戴维·格罗斯教授，他的博士论文是针对深度非弹性光子—光子散射展开的。在获得博士学位后，威顿前往哈佛大学从事博士后研究。1980年9月，威顿被聘为普林斯顿大学物理学教授。1987年起任普林斯顿高等研究院教授，1997年起任查尔斯·希莫尼（Charles
Simonyi）教授。
Princeton
University, Ph.D. 1976;
Harvard University, Junior Fellow, Harvard Society of Fellows,
1977–80;
Princeton University, Professor 1980–87;
Institute for Advanced Study, Member 1984, Professor
1987–97,
Charles Simonyi Professor 1997–;
MacArthur Fellowship 1982
科学成就
威顿是一位享誉世界的物理学家。在他年仅29岁时，由于在量子场论方面表现出了超人的想象力和理解力，被普林斯顿大学物理系聘为教授。此后，他的研究重点集中在弦理论，并逐渐成为这一领域的领袖科学家。
弦理论（string
theory），即弦论，是理论物理学上的一门学说，它预示了引力场与量子场的“大统一”前景。弦论的一个基本观点就是，自然界的基本单元不是电子、光子、中微子和夸克之类的粒子。这些看起来像粒子的东西实际上都是很小很小的弦的闭合圈（称为闭合弦或闭弦），闭弦的不同振动和运动就产生出各种不同的基本粒子。尽管弦论中的弦尺度非常小,但操控它们性质的基本原理预言,存在着几种尺度较大的薄膜状物体,后者被简称为"膜".直观的说,我们所处的宇宙空间也许就是九维空间中的三维膜.弦论是现在最有希望将自然界的基本粒子和四种相互作用力统一起来的理论。它还预言了“原子是不稳定的”、“质子会发生衰变”等尚未得到实验证实却又振奋人心的信号。
1984—1985年，弦理论发生第一次革命，其核心是发现“反常自由”的统一理论；1994-1995年，弦理论又发生既外向又内在的第二次革命，弦理论演变成M理论。威顿所创立的M理论结合了所有超弦理论（共五种）和十一维的超引力理论。
（1）物理学家发现，在“弦”观念下对粒子运动的描述式十分复杂，讨论起来非常困难，为此，威顿提出了对偶概念来处理模型，从而使问题变得更为简单，为以后系列成果的获得找到了一个合适的方法。
（2）威顿与西贝格（N.Seiberg）合作，提出了”超对称“的概念，以进一步描述微观粒子“夸克”的特征，从而得到更多、更重要的成果，同时开创了一个新学科、新方向，显示出最终完成”大统一“的新希望。在超对称思想的影响下，形成了一门四维数学，即量子几何。
（3）在超对称思想下，有五种可能的宇宙，威顿证明了它们是等价的。他还运用超弦理论证明了莫尔斯不等式、正能量定理。
尽管M理论已取得累累硕果，由于实验条件的限制，不可能用实验手段对其进行检验。至今无法获得实验证明的原因主要有两个：其一是尚没有人对弦理论有足够的了解而做出正确的预测；另一个则是已有的高速粒子加速器还不够强大。科学家们使用已有的和正在筹备中的新一代的高速粒子加速器试图寻找超弦理论里主要的超对称性学说所预测的超粒子。种种迹象表明，M理论最深层的奥秘尚待揭示，什么是M理论的真面貌，仍然是一个悬而未决的问题。为了充分了解它，威顿认为需要发明新的数学工具。
作为一名物理学家，威顿有着非凡的数学能力，他不仅精通物理学和数学，而且将这两门学科紧密地结合在了一起。他专长量子场论，弦理论和相关的拓扑和几何。他的主要贡献包括广义相对论的正能定理证明，超对称和莫尔斯理论，拓扑量子场论，超弦紧化，镜像对称，超对称规范场论，和对M理论存在性的猜想。
他提倡的方法和途径，在科学界产生了巨大的影响。因此，他在物理学界和数学界都享有极其崇高的荣誉。由于在理论物理学的指引下解决了一些数学难题，特别是他对“超弦理论”所作出的杰出贡献，威顿于1990年在东京举行的国际数学家大会上获得了菲尔兹奖。威顿也是迄今为止唯一获得菲尔兹奖的物理学家，他的工作集中于理论物理、数学物理领域，是当今少有的能在数学和物理两大学科上都做出第一流成果的科学家。[4
爱因斯坦奖，1985年（Einstein Medal 1985)
狄拉克奖，1985年（International Centre for Theoretical Physics，Dirac
Prize and Medal 1985）
Alan T. Waterman Award，1986年（National Science Foundation,
Alan T. Waterman Award 1986）
菲尔兹奖，1990年（Fields Medal 1990）
Dannie Heineman奖，1998年（American Institute of Physics and
American Physical Society, Dannie Heineman Prize for Mathematical
Physics 1998）
美国国家科学奖章，2003年（National Medal of Science 2003）
亨利·庞加莱奖，2006年（Henri Poincaré Prize 2006）
克拉福德数学奖，2008年（Crafoord Prize in Mathematics 2008）
洛伦兹奖，2010年（Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences,
Lorentz Medal 2010）
伊萨克·牛顿奖章，2010年（Institute of Physics, Isaac Newton Medal
2010）
美国科学与艺术院院士，1984年当选
美国国家科学院院士，1988年当选
英国皇家学会外籍会员，1998年当选
法国科学院外籍院士，2000年当选
工作评价
弦理论问世已经有近40年历史，其间受到过一些人的讽刺和质疑，但也受到过热烈的赞扬和吹捧。因提出电弱统一理论而共享1979年诺贝尔物理学奖的温伯格(
Steven Weinberg)、萨拉姆（Abdus Salam)和格拉肖(Sheldon
Glashow)三位物理学家就对弦理论有着不同的态度。
萨拉姆在晚年把注意力转向超弦理论，虽然他个人并不相信这样一个包罗万象的理论，他认为“无论如何，我们不应该在一个理论可检验的范围之外相信它。在可预见的将来我们无法直接检验超弦理论，只有间接检验是可能的。超弦理论之所以令人激动是因为它本身的内在的优点，至少我们发现了一个点粒子场论的真正替代品，正是这个点粒子的概念使我们过去的量子引力理论遇到难以克服的困难。这使我们有希望建立一个量子的引力理论——这是第一次，这是一个胜利，不管我们是否得到一个包罗万象的最终理论。这个引力理论还统一了夸克，统一了规范粒子，这是个额外的优惠，不过即使没有这种统一，我也会认为超弦是个重大的发展。”[5]
温伯格正在从事超弦理论的研究工作，是该理论热情而雄辩的支持者，温伯格认为“一个人只能干他自己能干的事——那是物理学的第一原则。你做力所能及的事才能做出成绩来。我认为弦理论是个很好的设想，继续在这方面做工作是很有意义的。我并不支持每个人都去搞弦理论，但超弦理论正在让研究生们领略到很强的数学锻炼的“风味”。让他们去学习所有这些数学是很有好处的。超弦理论到底是不是个好理论要取决于由它可以推出的结论。弦理论是很漂亮的，很有前途的，它在不清楚如何由它推导出与引力有关的信息的情况下，就得到了一些事情的定性上的成果。但是，数学上的困难肯定是可怕的，并可能像过去那样时时出现。在将来的几年中，要把这项工作做好，肯定是其乐无穷的。
”[5]
从科学和哲学上讲，格拉肖则是一位彻底的超弦理论反对者，他说自己“正在等待着超弦的断裂”。他曾经在一次演讲中说物理学家们似乎分立成两大阵营：炼金术士和中世纪神学家。他说，“我对那些研究弦理论的朋友们感到特别恼火，因为他们不能对客观物理世界作任何说明。他们当中有些人对其理论的优美性、唯一性，以及正确性都深信不疑。那么既然理论是唯一并且正确的，它理所当然地包含了对整个物理世界的描写。在他们看来，无须用任何实验去证实这样一个不证自明的真理，由此他们开始抨击实验的价值。”格拉肖希望实验工作者们成为建立一个世界大统一理论的胜者，这样“观察世界从而了解世界的这一老传统将继续保留下来，同时，我们绝不可能只用纯粹理论本身来成功地解决基本粒子物理中的问题。”“经常有一些弦理论朋友在我耳边鼓吹说弦理论将在未来半个世纪中统治物理，其中爱德华·威顿就这么说过。我想把这话纠正一下，把它变成：弦理论就像克莱因—卡鲁扎理论那样来统治未来50年的物理，也就是说，它根本不能统治物理[5] 。
1965年诺贝尔物理学奖获得者费曼（Richard
Feynman）被很多人认为是20世纪诞生于美国的最伟大物理学家，他曾以他的幽默自传《别闹了，费曼先生》赢得了广泛的普通读者。[6] 作为20世纪物理学的元老之一，他对超弦理论的怀疑态度尤其中肯。费曼的态度鲜明，“我不喜欢他们不作任何计算。不喜欢他们不检验它们的思想，不喜欢任何与实验不符得东西，他们拼凑了一个借口——说“好，它可能还是正确的。”[5
加拿大圆周理论物理研究所的创始人斯莫林则认为弦论作为一个科学理论，它失败了。因为它吸引了大量的资源，招揽了最优秀的头脑，严重伤害了在其他路线上追求的年轻物理学家。所以它也拖累了其他物理学的前进步伐。[7]
爱因斯坦晚年致力于统一电磁理论和引力理论，但从未取得真正令人满意的成功，但他建立统一理论的思想却始终吸引着成千上万的物理学家。M理论在一定程度上可以说实现了统一场论的初衷，尽管它至今没有获得任何强有力的实验证据的支持。近年来，有利于M理论的证据与日俱增，已取得令人振奋的进展。此外，M理论（弦理论）对数学的发展起到了极大的推动作用，这一理论开创了黎曼曲面、无穷维李代数、量子几何等数学领域，这也正是威顿能够获得数学界最高荣誉菲尔兹奖的原因。
不管最后的结果怎样，威顿对物理学的贡献都将是物理学史上浓墨重彩的一笔。
人物评价
威顿具有深刻的物理直觉和高超的数学能力，受同行的广泛赞赏。
“虽然他肯定是物理学家，不过他对数学的掌握很少数学家能比得上……他一次又一次地以其光辉的物理洞察能力，导致一个又一个新的更为深刻的数学定理，使数学界为之惊异……他对现代数学影响巨大……凭着他物理再次成为数学的丰富灵感和直觉源头。”
英国物理学会的现任主席Jocelyn Bell
Burnell教授在2010年牛顿奖章颁奖典礼上说：“威顿教授的独创性、物理直觉和数学才能革新了物理学科，他是一名极具创造力且多产的理论物理学家，他在量子场论、广义相对论、超弦理论等领域的工作对其他物理学家产生了巨大的影响。”
英国牛津大学的Rouse
Ball数学讲席终身荣誉教授罗杰·彭罗斯在其著作《通向实在之路》中对爱德华·威顿的特殊地位给出了评价：
“通常人们认为他是上个世纪80年代以来引领弦论（和M理论）的最权威的人物。我已经说过他在1995年发动“第二次超弦革命”中的作用，而且自那以后，他通过开启弦论以及与弦论有关（不总是十分明显）的其他领域的几次重大进展从而确立了领袖地位。弦论在其30年的历史中曾出现过好几位“导游”，而不论从哪方面，威顿始终是最杰出的一位。他走到哪里，哪里就会起一片欢腾。”[9]
经典语录
“我相信21世纪是生物学的黄金时代，但我同样相信，21世纪也是物理学的黄金时代。”
“弦理论是21世纪的物理偶然落在了20世纪。”
“弦论已经有了许多有趣的数学副产品，这是因为有很多数学发现近年来重新由物理学家做出……它们是弦论中产生的各种数学结构的应用。
“我的科学兴趣几经变易；从一个10来岁的娃娃直至21岁献身物理学，我考虑过许多学科，其中包括大学时念的历史、语言学以及经济学。我觉得，或许只有物理学和数学的挑战性才能激发我的热情，充分发挥我的天赋。”
“我时常想，要是我生长在别的环境中，情况又会如何？无论怎样，我有幸得到了学习数学和科学的极好机会，从中收获了丰硕的果实；其间纵然也经历过一些曲折，但同另外许多年轻人相比，我无疑是极其幸运的。此番幸运应归功于美国灵活务实的教育制度——它使我直至21岁时仍然可能选择做一名科学家。就此而论，虽然一些国家能够提供优越的数学、科学教育，可是相对僵硬的体制多半会使如我这样到21岁才决定献身物理者失去选择的可能。当然，如果我生长于那些国家的话，也许一开始就会被纳入数学或物理学专业，而毋须像在美国这般周折。不过，缺乏主动的选择，未必是一件好事。”
“事实上，我的选择并非心血来潮，而是随着对弦理论不断深入的理解逐渐坚定信心的。当施瓦兹（John
Schwarz）和格林（Michael
Green）复活了弦理论，并获得巨大成功以后，我的目标也更加明确——统一粒子相互作用的弦理论。这是一次雄心勃勃而又充满希望的探索之旅。”
“大约20年前，我所崇敬的一位资深物理学家告诉我：功成名就且年事已高的科学家要保持科学活力，关键在于能够毫不矜持地研究别人提出的问题。如今我也50岁了，也到了需要心平气和地听取别人意见的时候了。”
- 参考资料
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