温伯格的贡献将永远光耀物理世界。
在2021年7月24日这个时间,而且是北京时间,当代堪称极为伟大的物理学家当中的一位,史蒂文・温伯格教授,在美国离开了人世,去世的时候年龄是88岁。温伯格因为提出了电弱统一理论,从而获得了1979年的诺贝尔物理学奖。基于这样的理论基础,基础物理学被完全彻底地改变了,他是量子场论方面的大师,能够把复杂的理论运用全新的方式进行重新构建并且作出解释,他那独特的思想以及众多的著作,对几代物理学者都产生了影响,并且还会持续不断地给予后来的人灵感。
1977年,在美国物理学会会议上,温伯格将他在粒子物理学方面的工作,重新定义了我们对宇宙的理解。
温伯格是当代最伟大的物理学家之一
统一与对称的主题促使温伯格展开研究,助他在电弱统一理论上取得重大突破,此理论揭示宇宙四种基本力里两种力间潜藏的统一。通常来讲,电磁力和弱力看似截然不同,我们于日常生活中将电磁波视作光,而承担放射性的弱力在亚核尺度发挥作用。温伯格察觉到在极高能量下这两种力应当相互交织,这就是杨 - 米尔斯理论,该理论的方程具备一种特殊性质——规范对称(gauge)。
不过呢在世物理学家,这种基础的共性被那所谓的希格斯机制给掩饰住了,这个机制能给电子、W粒子、Z粒子这类基本粒子(它们介导短程弱相互作用)产生质量,与此同时让长程光子的质量成为零。1967年的时候希格斯为达成这一设想对所提出的模型弄出了好多详尽的预测,并且在20世纪70年代以及80年代的实验当中得到了证实,而且在2012年有研究找出了希格斯粒子。这一年,温伯格同另外两位物理学家,谢尔登·格拉肖(那位物理学家)以及阿卜杜勒·萨拉姆(Abdus Salam)一道,荣获了诺贝尔物理学奖,该奖是粒子物理学标准模型的支撑之物,是支柱。
1979 年温伯格获得诺贝尔物理学奖,他的学生表示祝贺。
温伯格更在意自然法则的普遍特性而非特定的模型,他有着清晰无疑的风格,针对问题从一般性原则着手讨论,构建出系统的论据链条,逐个步骤依次推进,这对他而言好像乃是无法避免的进程,他还喜爱数学,把它当作描绘世界的工具,温伯格提出了一些简约却深邃的问题,比如:为何运用量子场论去描述自然?为何对于基本粒子及其相互作用的属性的描述如此有限?
对于这些问题,温伯格换了不同的角度,重新构想了量子场论,其起点是狭义相对论、量子力学以及粒子概念。在他早期的工作里,他探究了由无质量粒子、光子以及引力子介导的长程力,像电磁力和引力。和所有基本粒子一样,这些粒子有着内在角动量或者自旋,用量化单位来表示就是,光子自旋为1,引力子自旋为2。

温伯格进行研究,此研究表明,狭义相对论,其对无质量粒子相互作用施加了惊人限制,量子力学同样亦如此。自旋1粒子,它必须由那种方程具备规范对称性的理论予以描述,自旋2粒子,必须有引力子之特性,而且针对所有粒子拥有普遍的耦合强度特征。这给爱因斯坦所假设的等效原理提供了更深层次推导,等效原理是爱因斯坦用以发展广义相对论的起始点,是这样的情况。
温伯格的又一具有里程碑性质的贡献乃为,他提出了「有效场论」这一概念,此概念改变了我们对于量子场论描述世界的理解,在此基础上,温伯格觉得,量子力学以及局域性原理,也就是在时空中相距足够远的实验不应相互产生影响,这保证了在某种能量尺度上可接近的粒子之间的相互作用一定能够被一个简单的「有效」量子场论所描述,该理论仅仅涉及这些粒子。粒子之间的主要相互作用,是由数量有限的相互作用强度予以呈现的,然而,在更高能量所处的未知物理学范畴里的相互作用,却被系统地编入到一个较小相互作用的无穷集合之中。
最为关键的一点在于,温伯格身为一位伟大的统一者。他对把引力视作时空曲率这种看法并不喜爱,为何如此呢?是鉴于这一观点致使引力处于一种特殊情形,在那种情形下,引力在界定所有其他现象发生的领域之际,它成了一个例外,而这种状况也阻碍了研究人员去洞察引力和宇宙之间更为深层次的关联。基于此,这便推动温伯格在其著作《引力和宇宙学——广义相对论的原理和应用》当中,运用粒子物理学的方式阐明了广义相对论。他亦察觉到,粒子物理学跟宇宙学这两个看似存有差异的领域得要统一起来,因在大爆炸过后不久,基本粒子相互间的高能碰撞于早期宇宙炎热且密集的状况下处处皆在。温伯格给出了必要的理论工具,开启了早期宇宙学探索的黄金时代。
温伯格有着在物理学方面的开创性工作,除此之外,他还撰写了几部受到广泛欢迎的物理学著作,这些著作对于其他研究人员均已产生了重大深重的影响。
温伯格对于宇宙学怀有的那种沉迷眷恋,致使他也对宇宙学常数的相关问题展开了思索考量。于真空中四处都能见到那种极为强烈的量子涨落现象,这种现象给真空赋予了极大的能量密度,而且还致使时空产生了高度的弯曲扭曲起步网校,这跟我们所观测察觉到的大且平坦的宇宙有着极大的差异不同,会这样发问,为何真空能量也就是宇宙学常数会这般微小呢。
1987年时,温伯格提出了一个激进方法,用以解决这个问题,该方法使用了「人择原理」的最小版本。他进行推断,或许真空能量能够有不同的值,要是它大于特定的微小尺寸,那么宇宙的加速膨胀会在星系有机会形成以前,将它们撕裂,进而导致出现无结构的空宇宙。
温伯格觉得,这预示出了真空能量微小不过并非零。1998年,天文学家发觉宇宙的膨胀正在加速,对于这一现象最为简单的解释是真空能量是存有 的,它的大小跟温伯格的论点相契合。温伯格的研究在很大层面上使领域内避开了围绕人择原理存在的诸多无趣猜测,促使研究者们切实地运用人择原理对自然做出正确的预估。
温伯格一生著作无数
温伯格身为极为伟大的理论物理学家当中的一员,同时也是基础物理学这个领域里的杰出代表人物。他的一生当中作出了超过300篇研究论文的发表成果,并且出版了多部著作。这里面涵盖1972年出版的《引力和宇宙学——广义相对论的原理和应用》;在1977年的时候,温伯格出版了科普界颇为知名的《最初三分钟》,这本书以比较通俗但又很精彩的方式介绍了有关宇宙起源的现代观点,它已经被翻译成22种文字出版发行,在面市之后马上就成为了经典之作,无论是对于普通大众还是对于专业领域的研究人员都产生了极为深远的影响。1993年,温伯格出版了《终极理论之梦》在世物理学家,这本书讲述了对自然统一理论的伟大追求,即一个能解释不同力的理论,这个理能解释从原子内部的联结到太阳与地球的吸引等情况,许多物理学家都是从这本书开始学习宇宙学的。

史蒂文 · 温伯格《最初三分钟》。
此外,温伯格著有《亚原子粒子的发现》,还有三卷本的《量子场论》,以及《仰望苍穹:科学反击文化敌手》,另外还有《宇宙学》等。
史蒂文 · 温伯格《仰望苍穹》。
史蒂文 · 温伯格《量子场论》第一卷。
温伯格曾荣获诸多奖项,丹尼•海涅曼数学物理奖(1977年)是其中之一,美国国家科学奖章(1991)也在其列,基础物理学突破奖(2020年)同样被他获得,此外还有马塞尔·格罗斯曼奖等奖项。
英国声名远扬的生物学家理查德·道金斯所给出的对于温伯格的那种评价是如此这般:是一位着实真正的智者,是一位极为卓越的理论物理学家。纽约时报那位名为詹姆斯·格兰茨的记者所作评价声称:他是一位能够写出具备富有启迪性同时还能够触动人心这样作品的大散文家。
逝者为大师,给我们留下了宝贵财富,其科学成就深刻改变现代物理学面貌。
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