【物理史中的六月】2013 年 6 月 15 日:一般性相變理論的建構者威爾森(Kenneth Wilson)過世

2013 年 6 月 15 日:一般性相變理論的建構者威爾森(Kenneth Wilson)過世

文|蕭如珀、楊信男(臺灣大學物理學系)(譯自 APS News,2019 年 6 月)

威爾森(Kenneth Wilson)

我們日常生活中幾乎每個方面都會碰到相變,就像冰融化或水沸騰一樣簡單。但是物理學家長期以來對於如何計算系統在關鍵點(物理上稱臨界點)的行為細節都很困惑,直到威爾森(Kenneth Wilson)創建出一套有力的全盤理論,才解決此問題。

威爾森出生於 1936 年 6 月 8 日,父親布萊特‧威爾森(E. Bright Wilson)是哈佛大學傑出的化學家,母親艾蜜莉婚前選讀物理。年輕的威爾森智力超群,尤其在數學方面,在等校車時往往在計算立方根。他在中學時對課程感到乏味,所以跳了幾級,16 歲時就入學哈佛。威爾森主修數學,是大學田徑運動員,暑假時就在美國伍茲霍爾海洋研究所(Woods Hole Oceanographic Institution)做研究。據說他在等待電腦完成運算時,證明了戴森(Freeman Dyson)的一個推測。

因為物理連結真實的世界,所以當威爾森到加州理工學院上研究所時,他選擇將重心由數學移轉到物理。他父親推薦他可以去找費曼(Richard Feynman)或蓋爾曼(Murray Gell-Mann),擇一做為論文的指導教授。蓋爾曼和洛(Francis Low)於 1951 年所做以重整群為數學工具的研究,對威爾森很具吸引力。他於 1961 年完成了博士學位,之後到哈佛大學和歐洲核物理研究中心(CERN)當博士後研究員。1963 年,他到康乃爾大學任教職,他的物理生涯大都在康乃爾度過(他的弟弟大衛是一位分子生物學家,也任職於康乃爾大學)。

他和太太艾麗森(Alison)是跳民族舞蹈時認識的,艾麗森曾說威爾森是「我所遇見最少閒聊的人」。威爾森認為有意義的話才會講;他早期的論文也沒幾篇,因為他選擇要解決的問題本質都很困難,希望發展出的工具都可以廣泛應用到所有同類的問題上。威爾森在他的諾貝爾獎的自傳中寫道:「我極想研究的量子場論似乎無法有快速的論文,然而我已知道,就算我沒發表論文,似乎也能找到工作,因此我並不擔心沒論文就沒工作。」

威爾森上研究所時接觸重整群的經驗,對於他的相變以及臨界點的研究有著深遠的影響。質點和力的基本性質的變異端看它們被測量的尺度而定,而威爾森知道此尺度對於相變也很重要。他說明可以將問題分割成許多更小、更單純的區塊,這樣可以描述一個系統在每一個尺度的臨界點所發生的現象。他因此研究榮獲 1982 年諾貝爾物理獎,獲獎讚詞令人迷惑地簡單,「因他有關相變臨界現象的理論」。

他應用類似的方法於相對較新的量子場論領域的研究上,此領域當時不斷被數學的無限大所困擾,他的新方法解決了這些問題。他的概念對於量子色動力學的發展也很重要,特別是他發明了晶格規範理論,將空間想像成是以棒互相連結的晶格,其中每一個交點都代表著時空的一個點。

根據威爾森在康乃爾指導的學生金斯巴格(Paul Ginsparg)所說,威爾森在計算和電腦網路方面領先他的物理同僚很多,最主要是因為他經歷過挫折。金斯巴格在他的回憶錄中寫道:「威爾森於 1974 年發明晶格規範理論後,發現沒有足夠的計算能力可用數值解決此理論,因此他必須找出簡單的方法來使用很多個平行處理機。」威爾森於是參與建造國家科學基金會負責的五個國家科學高速電腦中心,1985 年,康乃爾任命他為新的科學與工程理論和模擬中心(現在改名為康乃爾理論中心)主任。

威爾森在他的學術生涯後期和艾麗森搬到俄亥俄州州立大學,因為艾麗森被聘任管理那裡的高速電腦中心(威爾森開玩笑說,他是「配偶僱用」)。在那裡,他轉而努力改革教育,是早期推動從幼兒園到 12 年級學生科學和數學教育「積極參與」方案的學者,著重科學從探索開始的教學理念。他曾說:「如果我們要實質提高科學能力的話,就需要專注於公立學校的 4,600 萬個學生,而非大學的研究生,所以我們需要了解 K-12 年級的老師們所面臨的挑戰」。威爾森於 2013 年 6 月 15 日因淋巴瘤併發症過世,享年 77 歲又一個星期。

當突然傳出威爾森過世的消息後,加州理工學院物理學家普瑞斯基爾(John Preskill)寫說:「威爾森留下的偉大資產是,我們現在視幾乎每個量子場論都是等效的場論,我們並不要求或期待一個理論會在任意的短距離一直有效,在某一個階段它會失靈,而由更基本的描述方式所取代。我們非常感謝威爾森擁有別人所沒有的智慧,極少概念能改變物理這麼多。」

 

譯者註:康乃爾大學物理系當年在考慮威爾森的升等時,由於他的論文很少,所以相當猶豫,但蓋爾曼來信說:「他是一位天才」,所以沒人敢反對。

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