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著名物理学家费米怎么教学生?诺奖得主李政道回忆恩师

2026-04-24 17:36:54信息公告0

在2021年,是著名美国物理学家,这位物理学家是诺贝尔物理学奖获得者,而他就是费米,这一年是费米120周年诞辰。rCz物理好资源网(原物理ok网)

多年以前,身为美国布鲁克海文国家实验室的塞巴斯蒂安·怀特(White),曾进行撰写《费米在美国:费米作为一名教师在哥伦比亚大学和芝加哥大学所留存记忆》丛书这个计划。因着这个缘故,他对费米教授以往时段的学生以及关联同事开展了访问,这里面涵盖了李政道、理查德·伽温(L.)、弗里曼·戴森(Dyson)以及维利斯·兰姆(Lamb)。rCz物理好资源网(原物理ok网)

李政道于哪一年成为费米的博士研究生呢,是1947年。在一次采访当中,他给出了当年跟费米接触时的个人回忆。这篇采访稿距离现在已经过去了好些年,然而李政道先生针对费米教育学生所用方法的回忆,依旧对我们怎样去办好大学,怎样对学生展开教育存有一定意义。日前,《赛先生》承蒙李政道先生、王垂林先生以及《中国科学报》许可,特此进行转载,以此慰藉读者。rCz物理好资源网(原物理ok网)

采访 | 塞巴斯蒂安·怀特rCz物理好资源网(原物理ok网)

受访 | 李政道rCz物理好资源网(原物理ok网)

翻译 | 王垂林rCz物理好资源网(原物理ok网)

怀特:你是费米40年代的研究生,有费米当你的老师感觉如何?rCz物理好资源网(原物理ok网)

李政道表示,这历经的是极为令人激动不已的过程,当然了,处于那个时期,芝加哥大学当中教授以及学生的整体水准是相当出色非凡的,并且另外还增添了费米的加入,我是在1946年秋季从中国直接前来的,这由此开启了我的专业相关的生涯。rCz物理好资源网(原物理ok网)

怀特:你当时知道费米在那儿,这也是你来芝加哥的理由之一?rCz物理好资源网(原物理ok网)

李政道表明了一种肯定态度,说明了它属于缘由当中的一个方面 ,除此之外的另一个缘由在于 ,我的大学学历仅仅有二年时间 ,然而芝加哥大学是仅存的能够收纳我进而径直加入研究生课程学习的院校。rCz物理好资源网(原物理ok网)

怀特:你是如何与费米商定你的博士论文题目的?rCz物理好资源网(原物理ok网)

李政道表示,事实上,在那年,我跟费米曾有过好些题目。头一个题目,跟费米关联较小,受当时物理研究进展的影响更大。rCz物理好资源网(原物理ok网)

那是在1948年,杰克·斯坦伯格(Jack)是我的同学,他做了一个有关mu介子(现在的名称是缪子)衰变的实验,实验中发现它存在一个连续谱,杨振宁、马歇尔·罗森布鲁斯()和我对三个过程展开了分析,这三个过程分别是mu介子衰变、mu介子俘获以及β衰变,我们极为高兴地察觉到它们的耦合常数大致是一样的。rCz物理好资源网(原物理ok网)

在那个时点,我已然身为费米的学生,那时这所有的一切进展得太过迅速了。杰克·斯坦伯格已然得出了存有一个连续谱的实验结论,然而他并不晓得该如何进行这个谱的计算,而这恰恰是我被牵连到其中的缘由所在。他过来询问我,我借助三体衰变理论将其做了出来(理所应当,这一计算同样是基于费米的弱作用理论)。rCz物理好资源网(原物理ok网)

在这个基础之上,我跟杨振宁以及罗森布鲁斯展开合作,我们一同对这三个过程做了计算。随后,我把这些计算结果告知了费米,他表现出浓厚兴趣。他讲,“你们得把这些给写出来”。我讲,问题在于为何它们必定要具备相同的耦合常数。我觉得,这里面必定潜藏着类似广义相对论那般的最为根本的原理。那时我相当自觉地运用了费米的β衰变理论。我询问他,为何他当初的β衰变理论用字母G来代表β衰变耦合常数,他跟我讲,确实,在他脑海中存有广义相对论的念头。rCz物理好资源网(原物理ok网)

之后,过去了几个月,由于存在几点困难。比如,中间波色子必须具备质量,然而这质量是怎样产生的呢?在1948年圣诞节前后,费米打电话叫我去他办公室。他称他刚收到来自蒂欧姆诺()和惠勒()的两篇文章。rCz物理好资源网(原物理ok网)

他们对那三个过程做了分析,并且知晓了有着相同的耦合常数。然而他们并未推测出中间波色子。我曾跟费米讲过,我在思索存在一个中间波色子的可能性,可我搞不定不变原则。当年,由于仅有费米的β衰变理论,所以还不清楚可能存在一个统一的弱相互作用。rCz物理好资源网(原物理ok网)

但是一旦我们对β衰变,以及mu介子衰变、mu介子俘获这三个作用,一同开展研究:这三个彼此各异的过程引领我们深入迈进更深层次的思考。所以我们作出推测,必然存在一个中间波色子,这个中间波色子质量很大,并且具备一个普适的耦合常数。问题在于怎样可以使V和A两种不同的β衰变存在一种选择规则,与同一个中间波色子进行耦合:因为在1948年呀,大家一致认定宇称必须守恒。rCz物理好资源网(原物理ok网)

我跟恩里科·费米提及了这个问题,他有着相同的感受。这便是我们未曾立刻将其写下来的缘由。然而到了圣诞节的时候惠勒的文章抵达了,费米讲,你们得立刻把它写出来。rCz物理好资源网(原物理ok网)

同时,费米跟我说,他会给惠勤他们写信,告知他们,我们在几个月薪之前已然做了这些工作。在那个圣诞节,杨振宁与罗森布鲁斯外出度假去了,所以,我赶忙写了一篇短文,署了三个人的名字。那是我的第一篇文章。在物理评论杂志上,它仅占半页纸。文中,有一段落专门讲中间波色子,普适耦合,它很重,寿命极短。多年以后,我和杨振宁把它称作“W”,代表Weak(衰弱)作用。rCz物理好资源网(原物理ok网)

著名物理学家费米rCz物理好资源网(原物理ok网)

初次,直接的,也就是一对一的,与费米进行较长时间的接触,这是我的首次经历。他极具耐心。在两篇文章里,一篇是蒂欧姆诺所写,另一篇是惠勒所著,其中有一个在校对后添加的注解,要因费米而心怀感激,因为他指出了,他的三个学生,在先前竟然也曾独立自主地拥有过相同的思路。rCz物理好资源网(原物理ok网)

我觉得这并非是个恰当的博士论文题目,鉴于我对这个普适相互作用所基于的原理并不明晰。故而,我的第一篇文章并非费米所提议的,他发挥了类似一位亲密友善给予我扶持与激励的朋友的作用。rCz物理好资源网(原物理ok网)

就我的第二个课题而言,它和玛丽亚·迈耶(Maria Mayer)的壳层模型有关联,这一情况发生在1948年,在那个时候,有一篇尤金·芬伯格()所撰写的文章,当中 出一种可适用于复杂原子核内核子的势能著名物理学家费米,该势能给出了那些能级,然而,这个势能存在着一个问题,那便是它违背了绝热原则。rCz物理好资源网(原物理ok网)

玛丽亚于一次学术报告会上探讨自己的文章,当时存在诸多反对意见,在该报告会结束之际,费米提出疑问,为何不考量自旋轨道(l-s)耦合呢?rCz物理好资源网(原物理ok网)

之后,我留意到,到了下一个星期,举办了另外一个学术报告会,然而报告人依旧是玛丽亚,并且报告题目一样。这一回,我再度去听了,玛丽亚的报告内容有了显著进步,已然有了最终的壳层模型,是非常漂亮的模型。在玛丽亚的文章里,她对费米提出准确问题所做的贡献表示感谢。rCz物理好资源网(原物理ok网)

当她于诺贝尔奖讲演之际,她再度确认费米所做出的提出精准问题的极具重要性的贡献。然而,在该场合下,她说自己已然思索过自旋轨道(l - s)耦合,恰好在走廊里偶然遇见费米,当时他们停下脚步探讨了幻数问题。在这个版本当中,费米询问了自旋轨道(l - s)耦合问题,而那时她对此问题已然有了答案,随即进行了解答。显然,这事已然过去了漫长时间,她或许有了不一样的记忆。rCz物理好资源网(原物理ok网)

下面,再来讲讲我从费米那里所获取到的下一個题目。他当时正在思索一个问题,鉴于一个核子在重核里的平均自由程仅仅大概只有一个核半径或者甚至更短,所以极其难以弄明白怎样去维持一个轨道从而让玛丽亚的分析具备意义。rCz物理好资源网(原物理ok网)

当时,费米存在他那执著的想法。在他早期的工作里,于氩原子或者其他惰性气体当中,他留意到在一个电子轨道内存在着有可能有很多其他电子这种情况。费米运用他的有效散射长度以及Delta函数模型,凭借此他能够获得在一种由其他电子云所提供的介质里头的轨道。这与实验契合得相当好。于是他考量同样的思路是不是能够对玛丽亚·迈耶的幻数作出解释。rCz物理好资源网(原物理ok网)

要记得那时他讲过,确凿是个相当不错的论文题目。他给我做解释。我耗费了差不多一至两个星期去思索。随后,他询问我是否想好了,我说,尚无进展。于费米已然达成的工作根基之上,我乏力开拓出一条全新路径。后来,我领悟到,真切的困难是源自此问题的繁杂程度,它并非像费米电子气那么简易,它跟强耦合介质存在关联。rCz物理好资源网(原物理ok网)

很有耐心的费米教授说道,这是存在一定棘手程度的,那么,我们进行角色的相互交换这种行为怎么样呢?rCz物理好资源网(原物理ok网)

他讲,时常存有部分物理方面问题将他困扰,他期望寻觅到答案且能学到更多内容,因而他提议我为他讲授课程,我回应称,我会使出浑身解数。rCz物理好资源网(原物理ok网)

在那个时候,费米主要从事的是实验工作。当他将我录取成为他的学生之际,我是他唯一的理论方向的学生。当我头一回提出请求之时,他表示他不想带任何理论领域的学生。因为那个时候他并未在理论范畴开展工作,他正在着手建造粒子回旋加速器。他当时正在进行测量中子与电子相互作用等相关事宜。之后,他说道,行吧,他接纳了我。然而看起来,这个被收下的学生有点爱挑毛病。rCz物理好资源网(原物理ok网)

他要求我去读文献,之后给他进行授课。于是,我们每星期会碰面一回,共同呆上一个下午。我前往他的实验室找寻到他,随后我们一同去到他的办公室。一般而言,我们会围绕他在上星期所提出的一个题目展开探讨。在那个时候,他对天体物理学存有兴趣,比如说,质子跟星星撞击的问题,以及与宇宙线的联系。rCz物理好资源网(原物理ok网)

起初呢,他问我太阳中心的温度究竟是多少。随后我给他呈递了一份报告,报告里讲大约是一千万度上下。紧接着他询问我有没有亲自核算过。我回应称,这里存在着光强以及核心内因对流引发的能量产生的两个相互关联连接的方程,因而情况相对比较复杂。就在那个时候,他又一次向我发问,你究竟是如何知晓这个答案是准确无误正确的呢。于是我把方程写了出来,向他展示演示了能量转换的规律是与温度的3.5次方呈现出成正比的关系。并且能量产生是和温度的大约16次方成正比关系。费米说道:你绝对不可以依赖依靠其他人别人的计算结果,你务必要自己亲自核准,才能够予以接受。rCz物理好资源网(原物理ok网)

费米提议,说不定我们能够制造一个计算尺用以查验一番。他协助我制作了一个长达6英尺的计算尺去解答问题;我仍旧保留着和计算尺一同拍摄的照片。他从事了木匠方面的活计,我进行了刻制并且通过摄影放大了带有log尺度的标尺。当我们把它制作完成之后,很快就计算好了,大概仅仅花费了一个小时。我之所以讲述这些情况,就是想要表明他是一位极其出色的老师,在当时(1948年),费米早就被公认为物理学领域中的泰斗,然而我不过是刚从中国来到美国不久的青年学生。可是费米老师不惜时间和精力,引导我,教育我。rCz物理好资源网(原物理ok网)

著名物理学家费米rCz物理好资源网(原物理ok网)

费尽心思的费米连带当时带着和自己一起的李政道制作了一把专门用于计算太阳内部所含温度的计算尺。那计算尺长度达到六、七英尺之多,看起来极是壮观。身为世界顶级科学家的他为了制作这把计算尺竟然花费掉了整整一周的时间。他凭借此行为以此方式告诉李政道,“不应该盲目去接受别人所得出的结论呀”。rCz物理好资源网(原物理ok网)

此时转而回到我的那个论文题目,我们着手开启了针对白矮星这个题目的研究以及钱德拉塞卡()所开展的工作,在当年,钱德拉塞卡极限并非如今众人所公认的1.4个太阳质量,而是4倍或者还要更大,在那时并不确切知晓白矮星的内部构成成分,不清楚究竟是由氢、氦还是其他更为重的核子所构成,这便会致使电子与核子数的比例发生改变,引力作用于核子之上,然而抵抗塌缩的压力源自于电子,所以问题取决于电子数与核子数之比值(实际上是该比值的平方)。rCz物理好资源网(原物理ok网)

当年存在一篇马尔夏克()所写的文章(彼时他正与贝特〈Bethe〉展开合作),该文提出最有可能的组成成分乃是氢。其思路如下,鉴于白矮星的密度极高,故而从星球核心至表面的热流会异常之快,倘若白矮星的核心温度很低,这便会致使燃料燃烧变缓。这同样是伽莫夫(Gamow)的想法。他们宣称,白矮星是星球的诞生,白矮星或许完全由氢核子构成。rCz物理好资源网(原物理ok网)

在当时,钱德拉塞卡极限是当下公认极限数的4倍,当我尝试去解读马尔夏克的文章,以及马尔夏克与贝特合作所作的文章时,我发觉他们的思考或许存在极大问题,与此同时,他们进行计算时所运用的致密物质的不透明度也是错误的。rCz物理好资源网(原物理ok网)

著名物理学家费米rCz物理好资源网(原物理ok网)

我把这几点向费米提及了,费米建议我给他们写一封信,于是我就给马尔夏克写信了,那时马尔夏克正在怀俄明州度假,而他的回信颇为粗鲁,他问:“你是谁?”马尔夏克当时正与贝特合作,在介子理论方面开展了诸多工作,在事业方面取得了一定成就,而后,我们成了好朋友,总之著名物理学家费米,他表示会给我答复,我在信里指出了我觉得他搞错的地方,他回信称我是正确的。rCz物理好资源网(原物理ok网)

于此同时,我又做了一番深入琢磨:白矮星内部的主要构成元素到底是氢元素,还是氦元素?认真细细思索,我已然深感觉着这白矮星应当是完全由氦元素所构成的,并非是由氢元素构成的那种情况。能量的产生乃是温度的一个呈现出显著急剧变化态势的函数,然而能量的输出却是温度的一个呈现出较为缓慢变化态势的函数。rCz物理好资源网(原物理ok网)

马尔夏克和贝特察觉到了平衡点,然而这实际上并非是一个稳定的解,基于倘若你略微增添些许温度,能量产生便会急剧增长,整个事物就会发生爆炸的缘故。所以,在费米的激励之下,我撰写了关于这个主题的一篇文章,那篇文章刊载于天体物理杂志,这篇文章再加上对不透明度的恰当处理构成了我的博士论文,我的论文后来被洛斯阿拉莫斯实验室内对致密物质特性怀有兴趣的科学家加以运用。rCz物理好资源网(原物理ok网)

有个叫费米的人,他和别人不一样,在物理领域,他取得的成就是极为突出卓越的;在平常与人交往、应付事务方面,他的态度也是特别和气友善的。有个例子来表明这一点,他给我提出了一个问题,我回应说我不想去做,要是遇到一般的一位教授,这位教授往往会讲:“见鬼去。”然而,费米却并非如此,他会说:“好,那你来教教我。”做到这样是需要特别大的耐心以及和善的态度的。我想起当时他十分地忙碌,他在那个时候进行着实验,还参与建造芝加哥粒子回旋加速器等一系列事情。rCz物理好资源网(原物理ok网)

怀特称,伽温曾提及费米极具超凡领导魅力,那种魅力能引领众人朝着他工作的方向前行,而你与费米的关系似乎有所不同。rCz物理好资源网(原物理ok网)

李政道表示,没错,他能够列举出一些事例。在那个阶段里,他每一周会和他见一回面。并且每一次的探讨是一整个下午,一同进行交流。他们共处了诸多时光。他不清楚是否存在其他任何一位老师会做到这般。当然他所表达的意思是,这是颇为特殊的,然而那时他太过年轻,不晓得自己是何等幸运,碰到了多么特殊的优秀老师。rCz物理好资源网(原物理ok网)

当我抵达芝加哥后没过多久,费米开设了一门夜间课程,唯有被邀请的学生方可参与其中。极其幸运的是,我获邀了,这是相当特别的。这门课程在1948年至1949年期间持续了整整约两年时间。每一周他都会给定一系列的问题。那时,费米正在开展中子与电子之间相互作用的测量工作,他讲道,鉴于中子具有一个磁矩,因而你能够尝试借助量子电动力学来进行相关计算。到了下一周,我运用玻恩近似完成了计算。rCz物理好资源网(原物理ok网)

在费米还未到来之际,我同另外一位名为穆福·戈德伯格的学生展开了交谈起步网校,我俩最终获取到了一样的答案。随后,费米抵达现场,向我们询问最终的结果。于是,我们把我们所得到的公式给到了他。费米询问我们:“你们运用了玻恩近似方法吗?”我们回应道:“那是自然的呀,不然还能采用什么别的方法呢?”费米接着向我们阐释说明,如果选择使用玻恩近似方法,那么当电子进入之后,它便会出现旋转等一系列情况。总而言之,我们针对人们广泛认可的、关于半经典计算有效性的看法展开了探讨。rCz物理好资源网(原物理ok网)

被取而代之的情形是,他运用了另外一种途径去进行计算,进而得到了他的公式。其结果呈现为,当有效性范围处于正确状态时,我们的公式便会退化至他的公式,然而,要是并非如此,对于实的中子磁矩以及电子而言,唯有他的公式才是正确的。当时费米对这个问题展开了计算,原因在于费米同时也在进行实验测量。并且已经完成了他的测量。所以他当时正在思索新的相互作用(超越电磁的作用)。rCz物理好资源网(原物理ok网)

正常情况下,只要费米表明他已然完成这事了,我便不会再去处理这个问题,原因在于他已推导得出正确的答案了。rCz物理好资源网(原物理ok网)

大约于1952年,在我进入高等研究院后不久,穆福·戈德伯格给我打了电话,当时他身处普林斯顿大学物理系,他询问我,我们可不可以一起去吃午饭。他问我有没有看过一篇由福迪(Foldy)和沃希森()所写的文章。我回答说没有。他讲道:“去看一下吧,之后再回过头来思考那个关于电子和中子的问题。”。rCz物理好资源网(原物理ok网)

瞧罢,相当笃定,我们依据的公式毫无偏差地现身于他们所撰文章之内,并且此公式同费米实验所得之结果全然契合!我从中获取了一则教训。倘若你收获了一个公式,且坚信自身公式无误。这时该把数字代入公式予以一番运算,然而我跟戈德伯格均未如此行事。rCz物理好资源网(原物理ok网)

当费米讲出这乃是结果之际,我们之中不存在任何一个会对他是否正确萌生丝毫犹疑,不存在任何一个人会再度花费心思把数字代入进去,以此去跟他的实验展开对比。rCz物理好资源网(原物理ok网)

怀特:伽温曾讲述过一个费米在罗马时候的故事。那会儿费米在实验室的一个工作台上干活儿,直觉致使他用一块石蜡替换了一块铅块,由此引发了整个系列的慢中子研究工作进程。你能不能讲讲类似这般的故事,说说“灵感”于理论工作里的作用体现在哪儿,就像在费米的β衰变理论里的作用那样。rCz物理好资源网(原物理ok网)

李政道提到费米的β衰变理论,按照费米自己的说法,此说法已在出版物中出现,那时他正在设法理解二次量子化,他对泡利的工作不太清楚,与此同时他又对β衰变兴致盎然!rCz物理好资源网(原物理ok网)

我们得认识到β衰变具有其特殊性,要是把β衰变和电子发射光子的情况加以比较。电子发射光子是这样:有一个粒子进入,也就是电子,然后有两个粒子出来,即电子和光子。而β衰变的情形是:有一个粒子进入,也就是中子,接着有三个粒子出来,分别是质子、电子和中微子。这是颇为不平常的。所以费米认识到处理这种情况必须用到狄拉克海概念,我觉得他也意识到二次量子化是用于分析这种新现象的工具。rCz物理好资源网(原物理ok网)

石蜡的故事,兴许是费米的典型特质,在这点上,必然有诸多文章论及这些,毫无疑义,这是灵感,然而,如同大部分灵感那般,这些灵感皆源自对物性起源原理的理解深度,寻觅这种起源恰似你要从一个麻袋里头挑出一粒谷粒那般,天才便是如此诞生的,可是,你得从一个麻袋起始,我觉得,石蜡这事或许是曾断断续续下意识地在费米脑海里浮现无数回后,他才做出的一种抉择,以局外人的视角看来,这太过奇妙了。这确实神奇,但这是人类的奇迹。rCz物理好资源网(原物理ok网)

怀特表示,我们此次谈话所涉及的主题,具有极为广泛的涵盖范围,于此处此刻,我可不可以向你询问一下,关于你自身的具体情况呢?rCz物理好资源网(原物理ok网)

李政道表示,他认为,每一个人,都会存在着自身主要的思考模式,这就需要去留意自己思考方面的重点,而且运用了曾经学习到的手法是为了达成相应目的。与此同时,还会收获到其他的一些“副产品”,或许这些副产品在逻辑严密程度上并不强,不过能够进行自由联想。正是这些副产品,会突然间被引入到思考的主题当中,致使灵感猛地出现。要去抓住这些灵感的话,如果是从事理论学习的,就需要具备分析的能力,如果是搞实验工作的,那就必须拥有所需的全部实验工具以及手法。他觉得,这样的经验对于好多人而言都是共有的。rCz物理好资源网(原物理ok网)

提到费米,他与众不同,他拥有超强的把抽象事情予以具体化的理论分析本领,并且他还能够设计以及执行非常有效的实验来加以证明。简单来讲,费米乃是一位极其伟大的理论物理与实验物理方面的巨人,他同时也是一位特别善于教导且很能引导人深入思考的超级老师了。rCz物理好资源网(原物理ok网)