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| | 维格纳
| | | | 20世纪顶尖的数学物理学家
[匈牙利一美国』维格纳(1902—1995)
1939年7月下旬的一天，一辆蓝色里奇牌轿车来到了位于美国长岛的爱因斯坦度假寓所，从车上走下来两个神情庄重的年轻人，在与爱因斯坦简短的寒喧之后，3个人开始用德语交淡起一件极其机密的要事——向世人发出原子武器警报!在长达数小时的谈话后，其中一个年轻人得出结论说，事关重大，应该通知罗斯福总统。于是，3人马上起草了一封信在由那个年轻人译成了英语后，通过秘密渠道转到了罗斯福手中。两个月后，罗斯福亲自下令成立了一个铀委员会，从此揭开了人类历史上最为壮烈的一次科技较量。而刚才提到的那个在这一过程中扮演了重要角色的年轻人，就是维格纳。
跨越大西洋的杰出学者
尤金·保罗·维格纳(EugenePaulWigner)是物理学家，宇称守恒定律的创立者和核物理事业的开拓者，1902年11月17日，维格纳出生在匈牙利布达佩斯一个富裕的犹太人家庭。他的父亲安托尔·维格纳是当时匈牙利第二大皮革制造厂的总经理，有着白手起家，艰辛创业的不平凡经历；母亲伊尔莎比特·维格纳则在家操持家务，忠厚而不失灵慧地为丈夫和孩子营造着温馨的家庭气氛。与许多有成就的父亲一样，维格纳的父亲也盼望着独子维格纳早日成才，继承并扩大他的事业。对父亲无比敬爱的维格纳当然明白父亲的心愿，他志向高远，从5岁时就开始在家庭教师的指导下学习文学艺术和物理、化学等自然科学知识，严谨地把自己的理想倾注到日常的学习实践当中。这期间他的资产阶级性质家庭虽然受到了1919年匈牙利百日苏维埃政权的冲击，但维格纳仍然以优异的成绩完成了中学的学业。他于1920年进人了布达佩斯穆杰坦技术大学，后又转到德国柏林高等技术学院，学习化学工程专业。由于他的好学敏思，而在无机化学领域开始展现他突出的才华，在他1925年以工程学博士毕业前一年他就走上了本校的讲台，渐渐地步人了学术界。
20世纪20年代的德国虽然经受了第一次世界大战中政治，经济方面的伤痛，然而，在思想界却仍然呈现出了冬天过后的春天。尤其是在理论物理学方面，以爱因斯坦、普朗克为代表的一大批科学精英和后起之秀已经使柏林，哥廷根等德国名城成为当时欧洲公认的物理学圣地。城市的这种卓越地位和随之而来的浓郁研究气息，也潜移默化地感动了年轻的维格纳。在时刻涌动的物理学浪潮中，他没有像一般的化学研究者那样固守着自己的研究领地，而是大胆地“走出去，引进来”，在物理学中掇英采慧，充实自己的理论基础，开拓自己研究的新方向。他后来的博士论文《论分子的构成和分解》在理论上的创见，很大一部分就得益于对量子理论及其中“测不准原则”的把握和启示。有了化学和物理学这把合铸的“双刃剑”，维格纳的最初科研成绩也就可想而知了、才20几岁的他，新思想，好点子层出不穷，一篇篇在化学和物理学界皆有不俗分量的论文仿佛并不是理智思考成熟的产物，而是某生产流水线上的批量产品，让许多人都刮目相看。
维格纳的锋芒初露，不仅在欧洲引起了反响，而且也吸引了大西洋彼岸——美国学界的注意。那时的美国，无论是在政治，经济，还是在科学文化上，还都是欧洲的“小弟弟”，不少大学为了奠定自己的研究基础，力争上游，都纷纷向欧洲招贤纳才。1930年，美国普林斯顿大学物理系的一纸聘书也光顾了维格纳的书桌。普林斯顿大学所提供的优厚条件和要在新世界中创业的好奇心，使维格纳颇为心动。而随着德国纳粹势力的逐日猖撅，反犹太人情绪的日渐高涨，维格纳最后下定决心，接受了聘请，踏上美国这块陌生然而后来却成为他“第二祖国”的土地。也正是在那里，他的专长得到了充分的发挥和展示，使他成为推动美国核物理学，特别是和平利用原子能事业的关键人物之一。
1972年，在科学界奉献了大半生的维格纳光荣地退休了。在多年的科学生涯中，他除了执掌教席、搞科研外，还先后担任了美国原子能委员会委员，美国物理学会理事．副理事长，理事长，美国数学学会理事和美英荷等国科学院学会会员，并获得美国梅里特勋章、富兰克林奖章，费米奖章、爱因斯坦奖章以及1963年的诺贝尔物理学奖。1995年1月1日，92岁高龄的维格纳在普林斯顿家中去世。
“对称世界”中的智者
维格纳的一生中，在无机化学，有机化学、量子力学和核物理学等许多领域中都做出了独创的贡献。他的思想都体现在今天他留下的500多篇论文和十几本著作中。其中最能反映他的学术独创性和高标准的，恐怕仍要算他发现基本粒子的“对称性”和“原子核中支配质子与中子相互作用的原理”了。
在20世纪20年代初，刚走上教学岗位的维格纳，最初所承担的还是结晶学这一研究晶体的发生．成分，结构以及它们的相互关系的化工基础理论。虽然他在做学生的时候已经很好地掌握了这一理论，然而，初为人师的他并没有掉以轻心，而是开始从头准备。正是
这一“重新脱毛”的决心和行动，使维格纳发现了一个他过去从来没有看到也不可能看到的一个新的研究方向，即引入数学的“群论”来研究晶体的结构性质，尤其是对称性质。晶体的对称性指的是晶体的等同部分能通过一定的操作而发生规律重复的性质。这一性质乃是晶体分类的基础，对它的解析研究可以深化人们对晶体形成的机制，结构形态等其他方面的认识。而作为现代数学基础，以研究“非空集合内元素”对应为主要内容的“群论”所具有的数学简单直观性，则为晶体研究提供了一个非常有价值的视角和分析工具，加上晶体的对称性实质上为许多物体所具有，于是，在1927年，维格纳大胆地在科学史上第一次提出了将“群论”运用于物理学研究的设想。这一设想在后来对新兴的量子物理的“原子光谱”现象和“核力”理论的分析中取得了显著的效果。
原子光谱现象是讲原子或离子的电子运动状态在发生两个不同能级之间的“跃迁”时，发射或吸收有特定频率的电磁频谱的一种现象。1924年，有人虽然发现了这一现象，但却没能对这一现象作出解释。维格纳则运用“群论”的对称性原理，在1927年令人信服地指出：电子之所以会发生跃迁现象就是因不同能级的存在，而这种能级的不同性是“因为表征粒子的波函数，在空间反射之下具有不变性”的缘故。即微观粒子在均匀和各向同性的时空中运动寸，其能量和动量都必须遵循的守恒律。这一解释便构成了后来由维格纳提出的“宇称守恒定律”的核心思想。
至于在核力理论的其他方面，即对促使质子和中子组成原子核的作用力的探讨方面，维格纳也依然在群论成果的指导下，在1933年发现了一种以往人们想弄清却一直未能做到的“核力”，即质子和中子之间非电磁性但却比电磁力强的作用力。质子和中子正是依赖
这一作用力而结合在一起的，但当二者之间的距离大干0．5xlo-12厘米时，这一作用力却会很快变弱，如果距离小到一定临界点时，那么这一作用力又会突然地变大、增强，而后一种变化的幅度是当时已知的物理学力中无法比拟的?比方说，这一作用力比静电要强好几
百万倍。
总之，维格纳在基本粒子的对称性和质子与中子之间相互作用力方面的崭新发现，为人们对原子核内部结构及其特性形成的机制的认识打开了一扇大门，为人们以后对原子核的进一步研究，特别是对核动力的研究和开发奠定了坚实的基础。他所构造的“宇称守恒
定律”，在1956年由华裔物理学家杨振宁和李政道合作的实验所证明，并为他们二人共同做出“弱相互作用下”的宇称不守恒提供了理论准备。也正因为维格纳这一影响深远的贡献，1963年瑞典皇家科学院授予他该年度的诺贝尔物理学奖。
改变世界历史进程的人
维格纳在基本粒子理论上的发现，后来被证明在建立核反应堆的工作中是有益的-也正因为如此，当核能的利用和开发初露端倪的时候，他就只身成为推动这一科学史上划时代事件的开路人之一。
众所周知，在19世纪末20世纪初的短短二三十年中，是物理学取得突飞猛进的时代。元素的放射性和中子的发现，人工放射的可能以及对核裂变的化学验证、物理验证，这一系列首尾相承的成果无不预示一个“核能”时代的到来。完全可以说，谁率先掌握了核能利用技术，谁就是时代的宠儿。在基本粒子研究领域中已钻研很久的维格纳，也时刻关注着这一理论的新动向。但在第二次世界大战的阴云笼罩大西洋两岸的形势下，他有一种直觉：纳粹统治的德国可能会率先掌握这一技术，因为像海森堡、哈恩这样一批杰出的量子物理学家、原子核研究的领先人物都还在德国为纳粹服务。事实表明，维格纳的直觉是不无道理的。1939年5月，德国突然禁止了由它占领的捷克斯洛伐克出口铀矿石，而德国在挪威的重水工厂也已投人生产，年产量可达1500千克。铀、重水，都是进行原子弹试验的基本物质，一场没有硝烟的战争已经提前展开了!而怎样阻止这场战争愈演愈烈呢?维格纳与当时少数几个先觉者，如核物理学家西拉德、特勒等一道，在美国率先对纳粹德国应战。他们为此做了三件大事：第一．在核物理界倡导“自我出版检查制度”，即呼吁各个科学家自愿不发表有关核能研究的沦文，尤其是不泄露研究的具体数据，以免为纳粹德国所利用。第二，维格纳提出了一项富有深远意义的建议，即向美国政府报告关于“铀的研究情况”，以使当局有可能预先应付来自纳粹德国的任何原子威胁。这一建议以及随后维格纳和西拉德、爱因斯坦向罗斯福总统上书的行动，虽历经曲折，但最终成就了人类发展史上一次规模空前的科学攻关计划，即后人所熟知的制造原子弹的“曼哈顿工程”。第三，维格纳亲自加入“曼哈顿工程”。当“曼哈顿工程”如火如茶，但又隐蔽无息地开展时，维格纳与费米一道负责参与了工程基础并且关键的一项工作——芝加哥大学代号为“冶金实
验室”的、人类历史上第一个核反应堆的建造。他与同事们一道冒着被辐射伤害、核反应失控爆炸的危险，成功地进行了核反应堆的建造和运转工程。这项实验的完成，使原子弹的制造从实验阶段真正进入到实际生产阶段。在1942年12月2日，也即核反应堆成功运转
的那一刻，维格纳将自己一瓶珍藏已久的“基安蒂”酒打开，与同事们共庆成果的来之不易。随后，在场的诸人在酒瓶的硬纸护壳上签了名。这以后50多年以来，那块小小的硬纸壳一直是那个划时代历史时刻惟一珍贵的记录。
维格纳以自己渊博的科学知识和敏锐判断，在关键时刻采取了一个有利于国家，有利于人民的选择和行动。如果没有他的倡导，没有他在科学界和政界，军界的鼓动、宣传，第二次世界大战中盟军一方的核能开发汁划必然会一再迟误，人们对核能的认识和利用也会因缺失一场在重压下的智慧整合而徘徊良久。虽然战后的调查表明，德国的核开发能力因多种因素的制约而日渐萎缩，并逐渐失去了与美国的竞争能力，但正如历史不可假设，历史同样也无法预演，在此意义上，我们可以说维格纳是在宏大的背景下改变了世界进程的关键人物之一。这正是他作为一个资深科学家最具影响力的社会效应所在。
“我非常关心我们国家的未来和自由”
从基础理论研究到应用技术开发，从一个普通的科学工作者到一个改变世界历史进程的人，时空的跨越既为维格纳带来了令人羡慕的美名，也为他增添了许多对科学研究更深层问题的思考。从20世纪30年代维格纳涉足核物理研究，到《40年代献身于核能的集体
攻关，到战后担任美国原子能开发重要基地之一——田纳西州橡树岭原子能开发实验室主任和全美原子能委员会总顾问委员会委员，在这漫长时间的核物理研究过程中，维格纳对核能与人类社会历史的关系的思考一直在他的脑海里盘旋着。
与参加过“曼哈顿工程”的所有科学家一样，在原子弹被运用于实战并造成惊人的杀伤力这一事上，维格纳也经受了一番内心的痛苦煎熬。但与其他对原子弹持一贯反对立场的人不同，维格纳在原子弹的实战应用和未来的开发问题上，却采取了两种截然不同的态
度：对于原子弹应用于实战，他为自己能参与原子弹的制造而感到无上光荣。他并且坚信这样的看法：原子弹在当时的情况下总会被制造出来，而盟国领先总比德国领先好得多。他甚至认为，他还应该更早一点推动原子弹的研制工作，因为原子弹早一天发挥对敌威慑作用，就能挽救更多人的生命。这一点可以在第二次世界大战的分析家那里得到肯定。而对于原子能的和平利用，维格纳却力排主流意见，坚持原子能的国际控制和和平开发利用。战后，在美国要不要继续研制氢弹这一问题上，维格纳与当年的芝加哥大学冶金实验室的同事们一道，成为科学界反对派的主角，与以特勒为首的受到政府和军方支持的鹰派人物进行了坚持不懈的辩论，并开展了大规模的签名请愿活动。为此，他还主动地辞去了在橡树岭的原子能开发实验室主任的职务，成为众人拥戴的和平主义领袖人物之一。
这一正一反的态度，在许多人看来是难以理解的，然而对维格纳而言，却显得那么顺理成章。在他看来，并不存在一个可以解释任何自然，包括人类社会在内的一切事件的原则，有的只能是对具体事物在具体的历史场景中的具体分析。他在1963年的诺贝尔物理学奖颁奖大会上所做的《事件、自然规律和不变性原理》演L件中有这样一段话：“我们已不再期望从物理学中得到一个对所有事件，甚至包括宇宙总的结构的解释了，我们的目的仅在于发现自然规律，就是事件的规律性……如果真的存在精确的规律性，那我们也不过有理由说我们仅了解厂这些规律中无穷的一部分而已。”
当然，普遍性规律的不存在或者说无法下解，并不能意味着人们可以削减对科学探索的热情和激情。在维格纳看来，人们的各种努力应当由这样一个更为高远的目标来统一，这就是“国家的未来和自由”。而这一点，也正是他所一直关注着的目标。
这就是维格纳，一个似乎矛盾但又有着内在的无比和谐和人。他以自己在科学领域中孜孜探求的精神，极大地增强了人们对微观物理世界的认识能力和改造宏观世界的能力，并对当代社会历史的走向产生了深远的影响。可以说，没有维格纳，我们的科学理沦和对
现实历史的理解是无法想象的，正如1963年诺贝尔物理学奖评委会对他的评价一样：“他是我们时代真正伟大的物理学家之一；他毕生具有深刻的认识和贡献，这些贡献已经深刻地影响了许多领域。
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