楊振寧談費米：他永遠腳踏實地_風聞

2021年9月29日是費米誕辰120週年。費米是20世紀物理學大師之一，對理論物理學和實驗物理學均做出了重大貢獻。在楊振寧眼中，費米在人格方面也是獨特的——他永遠腳踏實地，不濫用影響，是標準的儒家君子。本文寫於2001年費米誕辰100週年之際。今年是費米誕辰120週年，我們以此紀念這位偉大的物理學家。

撰文 | 楊振寧

力能加害而不屑，

最顯能為而不為；

能動他人己如石，

堅定冷靜不為移；

如彼允宜得天厚，

自然豐賜不浪擲；

如彼誠彼美顏後，

他人糜耗為美役。[1]

費米（Enrico Fermi）是20世紀所有偉大的物理學家中最受尊敬和崇拜者之一。他之所以受尊敬和崇拜，是因為他在理論物理和實驗物理兩方面的貢獻，是因為在他領導下的工作為人類發現了強大的新能源，而更重要的是因為他的個性：他永遠可靠和可信任；他永遠腳踏實地。他的能力極強，卻不濫用影響，也不譁眾取寵，或巧語貶人。我一直認為他是一個標準的儒家君子。

費米最早在物理學中的興趣似乎在廣義相對論方面。1923年左右他開始深入探討統計力學中的“吉布斯佯謬”（Gibbs paradox）和“絕對熵常數”（absolute entropy constant）。然後，正如塞格雷 (E. Segrè) 所寫的：

當他讀了泡利關於不相容原理的文章後，立即意識到他已掌握了理想氣體理論的全部要素。這個理論能在絕對温度零度時滿足能斯特定理（Nernst theorem），提供低密度高温度極限時絕對熵的正確的薩庫爾-特羅德公式（Sackur-Tetrode formula）。這個理論沒有形形色色的任意假設，而這些假設是以前統計力學中求正確的熵值時必須引入的。[2]

這項研究導出了費米的第一項不朽的工作，導出了“費米分佈”、“費米球”、“費米液體”、“費米子”等等概念。

按照費米研究風格的特點，在做出了這個理論方面的貢獻以後，接着他就把此理論用到重原子的結構，導出了現在通稱的托馬斯-費米方法（Thomas-Fermi method）。對於這個方法中的微分方程：

費米用一個小而原始的計算尺求出了其數值解。此項計算也許花了他一個星期。馬約拉納（E. Majorana）是一位計算速度極快而又不輕信人言的人。他決定來驗證費米的結果。他把方程式轉換為裏卡蒂方程（Riccati equation）再求其數值解。所得結果和費米得到的完全符合。[3]

費米喜歡用計算器。不論是小的還是大的計算器他都喜歡用。我們這些在芝加哥的研究生們都看到了他這個特點而且都很信服。顯然在事業的早期，他就已愛上了計算器。這個愛好一直延續到他的晚年。

費米下一個主要貢獻是在量子電動力學方面，他成功地排除了縱向場，得到了庫侖相互作用。1946至1954年間在芝加哥的學生們都知道他對這個工作極為自豪（可是在今天，65歲以下的理論物理學家似乎已經很少有人知道費米的這一貢獻了）。這一工作又是極有費米風格的：他看穿了複雜的形式場論，看到了其基本內含——諧振子的集合，進而化問題為一個簡單的薛定諤式方程。這項工作1929年4月他第一次在巴黎提出，1930年夏在安阿伯（Ann Arbor）有名的夏季研討會中再次提出來。1950年代後期，烏倫貝克（G. Uhlenbeck）曾告訴我，在費米的這項工作以前，沒有人真正瞭解量子電動力學。這個工作使得費米成為世界 上少數幾個頂尖的場論物理學家之一。

現在我跳過費米1920年在超精細結構理論中絕妙的工作來講他的β衰變理論。按照塞格雷的講法，費米終其一生都認為這個理論是他在理論物理學中最重要的貢獻。我曾讀過塞格雷在這方面的評論，但是感到迷惑不解。1970年代的一天，我和維格納（E. Wigner）在洛克菲勒大學咖啡室中曾有過下面一段談話。

楊振寧：你認為費米在理論物理中最重要的貢獻是什麼？

維格納：β衰變理論。

楊振寧：怎麼會呢？它已被更基本的概念所取代。當然，他的β衰變理論是很重要的貢獻，它支配了整個領域四十多年。它把當時無法瞭解的部分置之一旁，而專注於當時能計算的部分。結果是美妙的，並且和實驗結果相符。可是它不是永恆的。相反，費米分佈才是永恆的。

維格納：不然，不然，你不瞭解它在當時的影響。馮·諾伊曼（John von Neumann）和我以及其他人曾經對β衰變探討過很長時間，我們就是不知道在原子核中怎麼會產生一個電子出來。

楊振寧：不是費米用了二次量子化的後大家才知道怎麼做的嗎？

維格納：是的。

楊振寧：可是你和約爾丹（P. Jordan）首先發明二次量子化的Ψ。

維格納：對的，對的，可是我們從來沒有想到過它能用在現實的物理理論裏。

我不擬再繼續講費米此後的貢獻，也不擬講他和學生們的關係。後者，我在以前已經寫過。[4]我只講兩個關於費米的故事。

瓊·欣頓（Joan Hinton，寒春）是第二次世界大戰中費米在洛斯阿拉莫斯的助手之一，戰後成為芝加哥大學的研究生。當我1946年後期開始為艾利森（Samuel King Allison）工作時她也在這個實驗室當研究生。1948年春她去了中國，和她的男朋友恩斯特（Sid Engst，陽早）結婚，並定居中國，從事農業（她的經歷是一個應該寫下來的很有意思的故事。我希望她能很快做這件事）。1971年夏，我第一次訪問新中國，這是在尼克松訪問中國之前半年。我偶然在昔陽縣大寨的招待所中遇到了她。大寨是當時農業公社的一個模範典型。我們當然又驚又喜，共同回憶了在芝加哥的那些日子：我在實驗室裏是怎樣地笨拙；我是怎樣在無意中幾乎使她受到致命的電擊；我怎樣教了她幾句中文；我怎樣借了一部汽車開車送她去拉薩爾（La Salle）車站，開始她去中國的漫長的旅程，等等。她問我還記不記得在她離開前費米夫婦為她舉行的告別會，這我記得。她又問我記不記得那天晚上他們送她的照相機，這我不記得了。然後她説在告別會前幾天，她覺得應該告訴費米她打算去中國共產黨控制區。考慮幾天以後她終於告訴了費米。費米説什麼呢？“他沒有反對，對此我永生感激。“我知道她的這句話的分量，[5]回到石溪後我立刻給在芝加哥的費米夫人打了電話，告訴她我在大寨遇到瓊的全部過程。幾年以後，瓊自己到了芝加哥，有機會訪問了費米夫人和她的女兒內拉·費米（Nella Femi）。

現在引述我的《選集》（1983）第48頁中的一段話作為結束。

不論是作為一位物理學家還是作為一個人，費米深為所有的人所崇敬我相信，他之所以使人肅然起敬是因為他是一個紮實的人。他的所有表現無不散發出他的這種品格的魅力。1950年代早期，美國原子能委員會極重要的顧問委員會的主席奧本海默（J. R. Oppenheimer）告訴我他曾試圖勸説費米在任期滿後繼續留在顧問委員會中。費米不願意。奧本海默堅持。最後費米説道：“你知道我不相信我自己在這些政治問題方面的見解總是正確的。”

【後記】人們常説，在所有20世紀物理學家當中費米（1901-1954）是獨一無二的，在理論和實驗上都做過一流的貢獻。我要指出在另一方面他也是獨特的：他從來沒有有意識或無意識地試圖將他的聲望和影響力，膨脹到現實或他真實的自己的範圍之外。為了強調這一點，我選了莎士比亞的第94首十四行詩中的八行來介紹費米。不幸當上述這篇文章在2004年《費米回憶錄》發行時，最後一行被排版工人遺漏了。相反的，奧本海默（1904-1967）和特勒（E. Teller，1908-2003）都享有而且追求權力和影響力。我相信這是他們之間的衝突，和他們很不相同的悲劇性生命的主要原因。

當我在上述這篇文章中寫到費米時説：

他永遠腳踏實地。他的能力極強，卻不濫用影響，也不譁眾取寵，或巧語貶人。我一直認為他是一個標準的儒家君子。

我認為這樣的人品在今天的美國是不多見的。美國社會似乎將它的傑出人士推向相反的方向。奧本海默、特勒、費恩曼（R. P. Feynman）、庫恩（T. Kuhn）各有自己的一套取悦觀眾、標榜自己的方法。

美國的科學在突飛猛進，成功的美國科學家們常常是極端進取而鋒芒畢露的。難道這兩件事是相關的嗎？

但是我知道中國儒家的楷模，即使是在今天，也非常具有活力。前中國科學院院長周光召作為一個普通人和物理學家，我寫了下面的一段話：

周光召是一位頂尖的物理學家。他視野開闊，影響力深遠，並且能夠快速地洞悉新思想。他做物理研究的風格讓我想起了朗道（Lev Davidovich Landau）、薩拉姆（Mohammad Abdus Salam）和特勒。但是從我個人角度看，周光召是一個完美的儒家思想實踐者，而不像美國、歐洲和俄羅斯的許多名物理學家那樣咄咄逼人。

〔本文為作者於2001年為紀念費米誕辰100週年而作，曾收錄於《曙光集》（楊振寧著，翁帆編譯，三聯書店2008年版）。2013年重新收錄英文版Selected PapersⅡ，with Commentary （World Scientific Publishing，2013）時，作者加了後記，並交本刊發表，後記由楊建鄴譯成中文。本刊發表時按本刊體例作了少量文字處理，並經作者審定。]

本文發表於《科學》雜誌2013年第4期

註釋

[1] 參見：莎士比亞十四行詩，第94首。

[2] 參見：Segrè E. Collected papers of Enrico Fermi. Chicago: Univ of Chicago Pre, 1962：178.

[3] 參見：Rasetti E. Collected papers of Enrico Fermi. Chicago: Univ of Chicago Press, 1962: 277.

[4] 參見：Yang C N. Collected papers of Enrico Fermi. Chicago: Univ of Press, 1962: 673.

[5] 寒春是在1948年去的中國，那時中國共產黨還沒有戰勝蔣介石，朝鮮戰爭是在兩年之後才爆發。如果在朝鮮戰爭爆發後她想去中國，我確信美國政府不會允許她離開美國。