弗里曼·戴森：激進的科學家
北京大學 曹博星 編譯自 Hamish Johnston.Physics World，2023，(7)：21
本文選自《物理》2023年第8期
從太空旅行和生命起源，到量子基礎和外星巨型結構，數學物理學家弗里曼·戴森(Freeman Dyson)是一位激進的科學家。基於大衛·凱澤(David Kaiser)主編的一本新書“Well，Doc，You’re In”：Freeman Dyson’s Journey through the Universe (麻省理工學院出版社2022年出版)，Hamish Johnston深入研究了這位100年前出生的非正統天才的生活和科學遺產。
在著名物理學家的神殿中，已故的弗里曼·戴森具有特殊的地位。戴森經常被描述爲一位特立獨行、激進和具有開拓性的科學家，他爲現代物理學基礎做出了重大貢獻。他將職業生涯的大部分時間花在了從太空探索到生命起源等各個領域的高風險項目上。儘管戴森終生蔑視權威，他還是在美國軍事工業聯合體中找到了一席之地。他還撰寫了許多流行的科學書籍(譯者注：特別值得一提的是他的自傳《宇宙波瀾》(Disturbing the Universe)，有多箇中譯本)，並留下了引人注目的科學遺產(譯者注：1996年美國數學會出版了他的論文選集Selected Papers of Freeman Dyson with Commentary；2015年，世界科技出版社出版了Birds and Frogs：Selected Papers of Freeman Dyson，1990—2014)。
年輕的反叛者
戴森於1923年12月15日出生於英國南部的伯克郡。他的童年生活很舒適——至少在物質需求方面是這樣。他的母親擁有法律學位，在戴森出生後擔任社會工作者。他的父親是一位頗有名氣的作曲家，曾在皇家音樂學院和溫徹斯特學院任教。溫徹斯特學院成立於1382年，是英國最負盛名的私立學校之一，戴森本人後來也是該校的學生。
戴森從小就是數學神童，他曾開玩笑說，他躺在嬰兒牀上時就想到了數學中無窮級數的概念。他還是一位如飢似渴的讀者，在很小的時候就對科學產生了濃厚的興趣。
1936年戴森抵達溫徹斯特後，開始學習科學課程。由於教學不善，戴森仍然是個門外漢，儘管他是那裡的尖子生。1941年，他繼續在劍橋大學學習數學，卻發現這所大學因第二次世界大戰而空無一人。他只用了兩年就畢業了。
離開劍橋後，戴森爲皇家空軍轟炸機司令部進行作戰研究。凱澤將其描述爲“精細的統計分析”，即尋找軍事指揮官可能忽視的模式。除此之外，他還計算了轟炸機以緊密編隊飛行時相互碰撞的概率——衆所周知，這種編隊可以使得任務不易受到敵人攻擊的影響。
前往美國
根據凱澤的說法，戴森長期以來一直在數學和物理之間徘徊。當他還在轟炸機司令部時，他就爲自己設定了證明數論猜想的挑戰。如果成功了，他將成爲一名數學家；而如果失敗了，他將從事物理學研究。結果失敗了，戴森在1946年回到劍橋，皈依物理學。
由於劍橋大學沒有合適的博士生導師，戴森選擇前往美國深造。他於1947年以英聯邦研究員的身份抵達美國，在康奈爾大學追隨理論物理學家漢斯·貝特(Hans Bethe)做研究。20世紀30年代中期，貝特因納粹迫害而離開德國，並在曼哈頓計劃中從事核武器的開發工作。
戴森在康奈爾大學工作了一年，又在普林斯頓高等研究院工作了一年，在那裡他與所長羅伯特·奧本海默(Robert Oppenheimer)一起研究量子電動力學(QED)。戴森還與當時在康奈爾大學的理查德·費曼(Richard Feynman)密切合作，並且他是著名的費曼圖的早期使用者。事實上，凱澤將費曼描述爲戴森的“私人導師”。戴森受命改進貝特於1947年發表的有關QED的“簡陋的”計算。他陷入其中，並很快解決了困擾貝特計算的令人討厭的發散。戴森爲該領域注入了新的活力。
在美國待了兩年後，戴森的英聯邦獎學金要求他返回英國，因此他於1949年前往了伯明翰大學。不過，他在那裡的時間並不長。戴森很快就回到了美國。
終身教授
1951年，費曼從康奈爾大學轉到加州理工學院。據凱澤稱，貝特說服了康奈爾大學，戴森是唯一可以取代費曼的人。因此，儘管戴森尚未完成博士學位，但他還是獲得了康奈爾大學的教授職位——這是戴森餘生所津津樂道的。1952年，戴森再次調任，他接受了普林斯頓高等研究院的終身教授職位，並一直留任該院，直到近70年後去世。
安全反應堆和宇宙飛船
也許戴森從事過的最迷人的工作是在美國蓬勃發展的軍工聯合體。在20世紀50年代，他加入了新成立的通用原子公司，並在高等研究院的暑假期間爲這家位於加利福尼亞的公司工作。
在題爲“前往土星的單一階段”的一章(譯者注：見大衛·凱澤所主編的書)中，戴森的兒子喬治·戴森(George Dyson)描述了他父親的第一個貢獻是如何幫助設計一個小型、本質安全的裂變反應堆，該反應堆可以在沒有人工或機械干預的情況下快速關閉。這就是訓練、研究、同位素、通用原子(Training，Research，Isotopes，General Atomics，TRIGA)反應堆，它取得了驚人的成功——世界各地建造了66座反應堆，其中一些至今仍在運行。
崇高的目標。儘管戴森雄心勃勃，但他的獵戶座計劃，利用核動力將航天器送入軌道，從未真正實現
然而，戴森在通用原子公司最有趣的項目從未啓動。這就是獵戶座計劃(Project Orion)，它旨在建造一艘由連續核爆炸提供動力的宇宙飛船。據喬治·戴森介紹，獵戶座計劃於1957年底啓動，作爲對當年10月蘇聯成功發射人造衛星的迴應。他的父親從高等研究院請了一年假來從事獵戶座計劃，部分原因是他認爲核脈衝推進是探索太陽系的一種可行方式。
防止愚蠢的決定
儘管他們做了很多工作，但獵戶座計劃最終還是於1965年被終止了，因爲有幾個因素共同阻礙了它的實施。一個是美國國家航空航天局的崛起，它對核動力太空探索不感興趣。另一個是1963年的禁止核試驗條約，這使得獵戶座計劃的測試變得不再可能。正如科普作家Ann Finkbeiner在她的“戴森、戰爭和傑森一家”一章(譯者注：見大衛·凱澤所主編的書)中指出的那樣，戴森最初反對禁止核試驗——可能是因爲這將意味着獵戶座計劃進展的終結。然而到1963年，他改變了主意並開始支持這項禁令，因爲他意識到數量不斷增加的核試驗是不可持續的。
正如化學家和科普作家Ashutosh Jogalekar在其討論“新陳代謝優先”假說的“溫暖的小池塘”一章(譯者注：見大衛·凱澤所主編的書)中所解釋的那樣，戴森對生命的起源也非常感興趣。與更熟知的側重於理解分子如何創建自身副本的複製優先假說不同，新陳代謝優先假說着眼於化學反應網(例如那些對生命至關重要的化學反應網)如何出現，並如何隨着時間的推移而變得更加複雜。
地外能量
1960年，戴森在思考先進技術社會的演變時，提出了他的“戴森球”的想法。他預計這樣一種文明的能源消耗將會不斷增長，直到超過其行星接收到的恆星總輻照度。因此，他得出結論，這樣的文明將通過用他稱之爲“戴森球”的巨型結構包圍恆星，來滿足其對能量的需求。
兒孫滿堂。2013年在普林斯頓高等研究所，戴森在他6個孩子和16個孫子孫女的簇擁下慶祝90歲生日
戴森於20世紀70年代初開始研究氣候變化，當時他發現了二氧化碳水平上升的潛在影響，並提出了包括植樹和適度碳稅在內的解決方案。他持續關注這個話題，直到20世紀90年代，當時他開始不同意日益強調的計算機模擬和自上而下的政府減少溫室氣體排放政策。到21世紀初，凱澤表示戴森已不再從事氣候科學研究，主要是在場外發表評論。就在那時，他開始表示，對全球變暖的擔憂被“嚴重誇大”了，世界公民被氣候模型專家欺騙了。
儘管戴森後來關於氣候變化的觀點對於那些本來非常尊重他的人來說似乎很不幸，但凱澤指出戴森正在做他最擅長的事情：挑戰權威並支持相反的觀點。
(譯者注：關於戴森的生平，也可參見：林開亮. 弗里曼·戴森：科學家與作家的一生.《科學文化評論》，2013，(3)：82—101。譯者感謝西北農林科技大學林開亮老師對初稿提出建議。
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來源：中國物理學會期刊網
編輯：停雲
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