摘要:提到彭桓武这个名字,可能不少朋友觉得陌生,但坦白讲,他可是咱们中国理论物理的“开山鼻祖”级人物,在全球量子场论发展史上,更是绝对绕不开的关键存在。
11月11日的北京,中科院理论物理所里人声鼎沸、座无虚席。
两百多位来自全国各地的物理学家、青年学者齐聚一堂,参加“彭桓武先生诞辰110周年纪念大会”。
提到彭桓武这个名字,可能不少朋友觉得陌生,但坦白讲,他可是咱们中国理论物理的“开山鼻祖”级人物,在全球量子场论发展史上,更是绝对绕不开的关键存在。
理论物理所所长周善贵在会上说,彭老那辈创业者留下的学术民主、自由探索的精神,至今仍是研究所的宝贵财富。
要讲彭桓武的厉害,咱们得先回到1941年。
这一年,26岁的彭桓武刚从量子力学奠基人玻恩门下拿到博士学位,转身就奔赴爱尔兰,加入了由另一位量子力学巨头薛定谔担任所长的都柏林高等研究院。
那会儿的物理学界,正被一个难题卡得动弹不得,宇宙线里的“硬成分”穿透力反常地强,连贝特、奥本海默这些世界级大佬都束手无策。
你可能不清楚,人类早就发现了这种来自宇宙的神秘辐射,但直到1911年,赫斯才确认它来自地球之外,1926年密立根给它取名“宇宙射线”。
后来科学家发现,宇宙射线分“软”“硬”两种成分:软成分是电子、正电子这些常见粒子,贝特和海特勒在1934年就用公式解释清楚了;可硬成分的穿透力实在离谱,按当时的理论根本说不通。
1937年,安德森等人发现了一种质量介于电子和质子之间的“重电子”,本以为找到了答案,可新的问题又来了,1939年 Nordheim 等人发现,要是这东西真是汤川秀树预言的核力传递粒子,早该被大气层吸收了,低海拔地区根本不可能观测到。
海森堡、泡利这些顶尖学者试了各种招,全都铩羽而归,甚至有人发出“谁订购了这个粒子”的困惑感叹。
就在整个学界陷入迷茫的时候,彭桓武来了。
他和搭档海特勒跳出了传统理论的条条框框,借鉴量子电动力学里的辐射跃迁理论,硬生生闯出了一条新路。
他们发现,介子辐射后会再吸收的“辐射阻尼效应”,虽然只是理论里的二阶微扰项,就像机器里不起眼的小零件,可作用却比所有人预想的大得多。
更牛的是,他们建立的 Heitler-Peng积分方程,居然已经有了后来大名鼎鼎的 Dyson-Schwinger方程的雏形,直接超越了当时主流的研究方法。
有意思的是,这个来自中国学者的理论,很快就震动了整个物理学界。
量子力学大师泡利在1946年出版的《核力的介子理论》里,专门开辟一章介绍这个辐射阻尼理论,还把它改成了更易推广的S矩阵自洽形式。
这一步可不是小事,它为后来量子场论的重整化理论铺好了关键的第一块砖,让困扰学界的发散问题有了破解的方向。
介子场论的突破,没过多久就用到了宇宙线的难题上。
彭桓武和海特勒、汉密尔顿三人联手,提出了著名的 HHP理论,一下子就把宇宙线“硬成分”的谜题给解开了。
他们提出了一个“赝标量介子和矢量介子二重态”的思路,简单说就是把两种不同性质的介子结合起来分析,既能解释高海拔地区介子是怎么产生的,又能精准算出低海拔地区的观测数据。
这里面最关键的是p + p → p + n + π过程的计算,这可是个超级难题,涉及到三个粒子的运动轨迹和能量变化,也就是物理学上说的“三体相空间”。
但彭桓武他们硬是啃下了这块硬骨头,首次算出了这个过程的能谱分布、空间分布还有随海拔变化的规律,结果跟当时的实验数据对得上,严丝合缝。
这个成果一出来,立马在国际物理学界火了。
学者Jannoy在自己的论文里专门把这个理论命名为HHP理论,用三个人名字的首字母命名,让彭桓武这个中国学者的名字,牢牢刻在了国际粒子物理的版图上。
更重要的是,这个理论为后来的重大发现埋下了伏笔,1947年,真正的π介子在宇宙线中被找到,人们才恍然大悟,当年安德森发现的“重电子”其实是不参与强相互作用的μ子,这也印证了HHP理论的核心猜想。
从另一个角度看,HHP理论的价值可不止于解开一个谜题。
后来施温格提出量子电动力学重整化方案时,开篇第二句话就明确提到了彭桓武和海特勒的早期贡献;贝特计算兰姆移位这个重大突破,用的也是他们的理论技巧。
直到今天,在宇宙射线簇射效应的研究中,彭桓武他们用的方法依然是最简洁有效的途径,在天体物理等领域还在广泛应用。
1947年,彭桓武在都柏林已经当上了教授,这可是当时欧洲首位中国教授,待遇优渥、前途无量。
但他一听说国内的情况,二话不说就放弃了这一切,毅然决定回国。
要知道,那时候国内局势动荡,他回来之后根本没法继续介子场论的研究,等于要放弃自己正处于巅峰的学术事业。
纪念会上,不少学者提起这个选择都感慨不已,让在场的青年学者深受触动。
说白了,彭桓武的科研风格真的影响了一代人。
他常说,做研究要“抓住关键,可忽略者果断略去”,这种抓重点、不纠缠细枝末节的思路,在后来“两弹”研制中发挥了大作用。
当时的理论设计工作千头万绪,他总能在纷繁复杂的问题中找到核心,带领团队高效推进。
而且他还特别注重学术民主,鼓励大家平等讨论甚至争论,这种宝贵经验后来也被带到了理论物理所。
他教学生的方式更是独树一帜。
据学生张肇西回忆,彭桓武讲授四年级理论物理讨论课,居然从甲烷(CH₄)的正四面体结构说起,一步步串联起晶体对称性、群论、理论力学、统计物理、量子化学还有多体物理等好几门课。
他会教大家怎么选独立坐标,怎么算分子的振动频率,再到怎么用统计物理计算比热曲线,最后还用价键理论解释结构。
一堂课下来,学生们的眼界直接被打开,这种融会贯通的本事,至今还被学生们津津乐道。
更让人欣慰的是,彭桓武的学术脉络一直没断。
他的学生周光召在1960年代和南部阳一郎一起,发现了“轴矢量流部分守恒”,把介子场论推向了成熟,完成了他未竟的事业。
如今南开大学的团队在微扰场论研究中,还在沿用他当年的方法论。
纪念会上有学者说,彭老留下的不仅是实打实的理论成果,更是“科研报国”的精神内核。
他当年在欧洲破解物理难题,为中国人争了气;回国后又挑起重担,为国家筑牢硬核实力,这种“敢啃硬骨头、心向咱祖国”的劲头,正是现在最该传承的。
彭桓武这辈科学家,是真的“又有脑又有心”。
在国外,他们用顶尖成果震住了傲慢的西方学界,让世界知道中国人在基础科学领域照样能领跑;回国后,他们放下个人名利,哪里需要就往哪里去,哪怕要从零开始。
彭桓武的理论过了这么多年还在发光发热,他的治学精神更是滋养了一代代科研人。
说白了,比起那些转瞬即逝的流量明星,彭桓武这样能撑起国家硬核实力、为民族争气的学者,才是咱们该追的真偶像!这种又爱国又能打的科学家精神,必须一代接一代传下去。
来源:苏子科学资讯
