史蒂文·温伯格（1933—2021）

编译 许林玉

史蒂文·温伯格（Steven Weinberg）使人们对于自然的了解达到了新的高度，也更加完整而深刻。在系统阐述和构建理论物理两个标准模型（即基本相互作用标准模型和宇宙学标准模型）的过程中，温伯格发挥了关键作用。其最杰出的成就是提出了一直沿用至今的电磁和弱相互作用统一理论。正是凭借这一成就，温伯格与其同学谢尔顿·李·格拉肖（Sheldon Lee Glashow）以及巴基斯坦理论物理学家阿卜杜勒·萨拉姆（Abdus Salam）共同分享了1979年诺贝尔物理学奖。温伯格于2021年7月逝世，享年88岁。

1967年，温伯格在《物理评论快报》上发表了论文“轻子模型”，将规范对称性、对称性破缺和粒子分类等不同的观点整合在一起，形成一个整体。即便当时的知识水平有限，这一突破依然会让人想起爱因斯坦对尼耳斯·玻尔原子模型的评价：“思想领域中最高的音乐神韵。”

令人惊讶的是，尽管该论文的适用范围和目的具有局限性，但直到今天，其内容仍没有必要进行修改，但它在两个重要方面并不完整。首先，温伯格推测（但他无法证明）他的理论为可重整理论，因为结合量子涨落并不会产生含混不清的数学表达式。这个问题在20世纪50年代被量子电动力学——光子及其相互作用的理论——解决。在温伯格的统一理论中，该问题更难破解，它的解决方案带来了新的思路。其次，他的理论实际上只是有关轻子（即电子、介子及其中微子）的理论，而忽略了强相互作用的强子世界，包括质子、中子和大部分在高能加速器中观察到的粒子。但值得注意的是，基于夸克和胶子的现代强相互作用理论——量子色动力学——可以与温伯格构建的模型完美融合。爱因斯坦的引力理论——广义相对论——也是如此。

温伯格在基础物理学的强大整合中发挥了主导作用，特别是在计算实验结果方面。发现于20世纪80年代的W和Z玻色子的质量和其他性质，与他的模型所预测的结果如出一辙。这是基础物理学领域的重大成就。

温伯格的另一个主要研究方向是物理宇宙学。当他的里程碑式著作《万有引力与宇宙学》于1972年问世时，高能粒子物理学和宇宙学被视为两个截然不同的学科，拥有不同的文化和研究群体。温伯格打破这一壁垒后，处于两个领域边界的研究人员不断涌现。该著作的中心思想是大爆炸应被视为高能物理学中一种独特的超大型实验。他演示了如何通过宇宙学观测结果来验证关于中微子特性的假设，并以此证明了自己的观点。他的畅销书《最初三分钟》拥有大批读者。

温伯格1933年出生于美国纽约市，父母均为犹太移民。1950年，他从布朗克斯科学高中毕业，那是纽约市培养年轻科学家的王牌学校。莱昂·库珀（Leon Cooper）和梅尔文·施瓦茨（Melvin Schwartz）以及格拉肖均出自该校，这些人后来都获得了诺贝尔物理学奖。这不禁让人想到其背后的深意：鼓励移民并将聪明的孩子集中在一起学习的科学政策可能真的非常明智。

在美国康奈尔大学完成本科学业后，温伯格在丹麦哥本哈根的北欧理论物理研究所工作了一年，在那里与古纳尔 ·凯伦（Gunnar Källén）一起研究量子场论。他经常提及凯伦对他的巨大影响。后来，他在山姆·特雷曼（Sam Treiman）的指导下，完成了有关强相互作用如何使对弱相互作用观测结果的解释变得复杂的论文，并获得普林斯顿大学博士学位。他先后任教于哥伦比亚大学、加州大学伯克利分校和麻省理工学院。1973年，他进入哈佛大学，担任希金斯物理学教授。1982年，他转到得克萨斯大学奥斯汀分校任教，一直到2021年年初。

在职业生涯后期，温伯格将自己创立的思想延伸至新的领域。他为统一场论、暗物质的本质和多元宇宙的可能性提出了诸多建议。这些想法极具吸引力，虽尚未得到证实，但仍将继续为科学研究带来启示。

资料来源 Nature