十大物理学家

序 言

史蒂文·温伯格

这是一张相当不错的名单。或许有点“盎格鲁中心主义”（Anglocentric）。没人会想着把牛顿（Newton）或者麦克斯韦（Maxwell）从十大物理学家中剔去，而我想要保留卢瑟福（Rutherford）和法拉第（Faraday）。但为什么有狄拉克（Dirac）而没有维尔纳·海森堡（Werner Heisenberg）或者埃尔温·薛定谔（Erwin Schrödinger）？我会在现在这个名单上剔去两个名字（我不会说他们是谁），留下狄拉克，再加上海森堡和薛定谔。我还会加上克里斯蒂安·惠更斯（Christian Huygens）和路德维希·玻尔兹曼（Ludwig Boltzmann）。是的，我知道这成了十二大物理学家，但物理学有足够的理由在一张十大名单上列出一打名字。我和我的妻子时常会玩历史十佳电影排名的游戏，到最后却发现我们经常会涵括大约一百部电影。

任何一张这样的名单都会促使人们反思科学和艺术的区别。科学是一种需要积累的事业，不会为先锋们留下什么空间。我们根据以往的科学家对我们现今认知的贡献来评价他们。有一千多年，自然哲学家言及的“物理学”都意指为亚里士多德的物理学。但我们当前的物理学并没有亚里士多德的丝毫贡献（还不如说正好相反），如果要把他放进十大物理学家里面，就是疯了。与之相反的是，我们尊敬J. M. W.特纳（J. M. W. Turner）不是因为他是印象派（Impressionism）的先驱，而是因为他画出了美丽的作品。而将荷马（Homer）或者萨福（Sappho）放到十大诗人里面一点都不足为奇。在一张十大（或者十二大）天才物理学家的名单里，我们可以追溯人类在理解世界的进程中留下的历史。

——史蒂文·温伯格（Steven Weinberg）

[美国理论物理学家，他和谢尔登·格兰肖（Sheldon Glashow）及阿卜杜勒·萨拉姆（Abdus Salam）一起，因为对基本粒子间的统一弱相互作用和电磁相互作用理论的贡献获得了1979年的诺贝尔物理学奖。温伯格先后在康奈尔大学（Corner）获得学士学位、普林斯顿大学（Princeton）获得博士学位。之后在哥伦比亚大学（Columbia）、加州大学伯克利（Berkeley）分校、麻省理工学院（MIT）、哈佛大学（Harvard）工作，最近是在奥斯丁（Austin）的德克萨斯大学（University of Texas）工作。]

引 言

没有什么比排名更受我们的喜爱了。众多报纸和电视台发现他们策划的大型、廉价的排名游戏总能让人们产生兴趣点。媒体们用百佳古典音乐、死前必读的二十本书或者十佳酒店来轰炸我们。读者和观众也喜爱它们。推荐理由和潜在争议混杂在一起产生的吸引力让人很难去拒绝。我们都会想：为什么他们选了这个？为什么他们落下了那个？

如果要给物品排名，你可以轻易地尝试不同的选择并不断的自我检验自己是否认同，但如果涉及到人物，情况就会更加微妙。给富豪排名没有问题，但如果考虑到学术成就，就非常不同了。怎样才能从人类历史上全部的物理学家中选出一个绝对的前十名——就像2013年《观察家报》（Observer）所做的一样？某些人物很难被忽略——牛顿（Newton）和爱因斯坦（Einstein）涌入脑海——但在稍微不那么著名的水平上，将有足够多的人够资格填补剩下的位置。

更糟糕的是，最伟大的物理学家并不一定是最著名的。例如，一些人可能会惊讶地发现史蒂文·霍金（Stephen Hawking）不在其中。毫无疑问，他是尚在世的最有名的物理学家。大众投票很有可能会把他置于前十名的高位上——然而他没有出现在我们的名单上。这并不是因为我们认为他的工作不重要，而是因为另外有一大批物理学家也没有入选——任何熟知该领域的人都会把他们置于霍金之上。

对于这样一张名单牵涉到的紧张状况，一个很好的例证是我们在创作本书时听到的这样的问题：“你为什么没把特斯拉（Tesla）放进去？”答案很简单：不能放。尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）没被放入原始名单，而且很难想见他可以进入，因为特斯拉不是一名物理学家。特斯拉从一开始就是一名电气工程师，他在交流电的开发上面迈出了重大的一步，并发明了卓越的交流电动机、高压发电机、无线电控制设备及更多的东西。但他对20世纪的物理学所知甚少。关键在于，尽管某些个人在大众的想象中占有一席之地，但这并不意味着他们够格加入这样一张富有声望的名单。

那么，谁够格呢？让我们再看一看这张完整的名单，它发表在2013年5月12日的《观察家报》罗宾·麦凯（Robin McKie）所写的一篇文章上——他是《观察家报》的科技编辑。

1 艾萨克·牛顿 (1643—1727)

2 尼尔斯·玻尔 (1885—1962)

3 伽利略·伽利雷 (1564—1642)

4 阿尔伯特·爱因斯坦 (1879—1955)

5 詹姆斯·克拉克·麦克斯韦 (1831—1879)

6 迈克尔·法拉第 (1791—1867)

7 玛丽·居里 (1867—1934)

8 理查德·费曼 (1918—1988)

9 欧内斯特·卢瑟福 (1871—1937)

10 保罗·狄拉克 (1902—1984)

如果要更好地理解为什么这些人物能进入这张名单，我们就需要了解一下物理学的本质及其融入更普遍科学世界的方式。我们可以将自然科学视作一个金字塔，物理学（与数学携手）组成了地基——即最基础的一层。化学吸收了物理学中原子和分子的概念，并在更大的尺度上研究它们的行为，生物学结合了化学和物理学的工作层面，研究独特的复杂现象，即生命。

这一名单上的男人和女人们在促进我们对于这些基础的理解方面做出了真正的进展。没有物理学——没有这些物理学家的工作（以及其他很多人）——我们现今所知的科学就不会存在，现代世界所依存的技术也不会存在。直到19世纪，科学在工业中的角色仍微不足道。但是，随着机械化的投入使用，物理学就出人头地了——而且它现在还是万物的核心，从智能手机中复杂巧妙的电子技术到冰箱的简单工作原理都离不开它的身影。

正如史蒂文·温伯格在前言中澄清的一样，这一名单并不是唯一可能的选择。麦凯做了一些有趣的决定，最有争议的一个方面就是把尼尔斯·玻尔放在了第二位。很少有人会争论伽利略、牛顿和爱因斯坦的巨大贡献，但玻尔的工作更加微妙，他给了我们第一个可行的原子模型，他还是量子理论发展过程中的首席架构师（如果不是最大的贡献者）。但在整个人类历史上，他能排到第二名？真的可以吗？

阅读这篇原文下面的评论很有意思。撇开对特斯拉被忽略的惊讶反应不谈，许多人指出名单缺少20世纪其他大腕的名字，特别是量子物理学的奠基者们。而且还有一种热烈的请求——不无理由——请求纳入阿基米德（Archimedes）。我们将在终章回顾这一名单的排序，并讨论谁应该或者谁不应该在其上。

一个可以用来筛选20世纪早期以来潜在候选者的指南是诺贝尔奖。当瑞典出生的发明家和炸药大亨阿尔弗雷德·诺贝尔（Alfred Nobel）将他大部分的资产作为奖金颁给那些“在前一年为人类作出巨大贡献”的人时，他不仅仅震惊和伤害了他的家人，他还创造了一个新的机制：宣扬多个领域里那些重大的进展，特别是——对于我们而言的——物理学。

尽管我们不得不在尚无诺贝尔奖参考的基础上选出名单上早期的名字——第一个物理学奖于1901年才被颁布[给了发现X射线的威廉·伦琴（Wilhelm Röntgen）]，但从那时起，诺贝尔奖就是杰出的标志。当然，也存在一些问题。这个奖的限制是只能同时颁给最多三个获奖者，且他们在颁奖时必须在世。对于科学研究牵涉到的越来越大的团队来说，这引发了问题——而且研究成果和颁奖时间常发生的滞后也导致了部分潜在的接受者活不到颁奖典礼举行的时候。

此外，虽然物理学界许多著名的人物都成为了诺贝尔获奖者的一员，但浏览获奖者的名单，你会看到许多鲜为人知的名字。问问任何一个人（包括物理学家在内），尼尔斯·古斯塔夫·达伦（Nils Gustaf Dalén）工作的重要性，你会得到一个茫然的表情。这并不令人惊讶，因为尼尔斯·古斯塔夫·达伦发明了“用于灯塔和浮标的自动控制气体照明器”，故而在1912年获得了诺贝尔物理学奖。但事实上，特斯拉比达伦更有资格获得诺贝尔奖，而诺贝尔物理委员会冒险进入技术领域总是令人担忧（例如，因激光获得诺贝尔奖的三个获奖者不包括专利持有人或者建造第一个可行激光器的人）。甚至在纯物理学领域也有争议，比如脉冲星的发现者乔斯琳·贝尔（Jocelyn Bell）被忽略了，而她的老板得到了奖。不过，大部分人都同意诺贝尔奖为寻找十大物理学家的现代成员提供了一个良好的起点。

我们最开始的思路是以与《观察家报》相反的顺序来探索这一名单，一直往上追溯，将金牌献给艾萨克·牛顿。但这又产生了一个新的困惑，这可能意味着要从保罗·狄拉克开始。然而狄拉克的工作是建立在他之前的一切知识的基础上。所以，如果我们要明智地探索为什么这些人物取得了这些荣誉，以时间顺序来检视这十位物理学家则更为科学。

这意味着我们会以一个和牛顿一样被人熟知的名字来展开对这个名单的探索。一个与想象力紧密相连的名字慢慢浮出水面——伽利略。无论是比萨斜塔上扔铁球还是反抗教会坚持的“地心说”，无不展现了他那惊人的想象力。

《十大物理学家》由布莱恩?克莱格和罗德里?埃文斯二人联合创作。

罗德里?埃文斯，英国物理学家，红外天文学物理学教授。英国伦敦帝国学院物理学学士、卡迪夫大学天文物理学博士。他在美国托莱多大学、索思摩学院任教，并在现代天文物理学的发祥地芝加哥大学耶基斯天文台完成博士后工作。

布莱恩?克莱格，英国理论物理学家，英国科普作家之一。他的著作曾被选进英国的《泰晤士报》杂志的周榜，赢得国际视觉传播协会号角奖，并被译为多国语言在全世界范围内出版发行。曾出版图书《量子纠缠》、《量子时代》、《万有引力》、《超感官知觉》等。

000 □序言

000 □引言

000 □1 伽利略·伽利雷

000 □2 艾萨克·牛顿

000 □3 迈克尔·法拉第

000 □4 詹姆斯·克拉克·麦克斯韦

000 □5 玛丽·居里

000 □6 欧内斯特·卢瑟福

000 □7 阿尔伯特·爱因斯坦

000 □8 尼尔斯·玻尔

000 □9 保罗·狄拉克

000 □10 理查德·费曼

000 □11 选哪张名单？

000 □主要人物表

000 □专业术语表

000 □致谢

《十大物理学家》是一本风格平实、引入入胜的物理学科普书。作者从2013年《观察家报》的一张“历史十大物理学家”名单入手，由古至今介绍了物理学史上十位重要的科学家。从现代科学的开创者伽利略到驯服了量子力学的“老顽童”费曼，这十位伟大的物理学家以他们的天才能力改变了人类对宇宙的认识。作者通过娓娓道来的叙述，揭开了伟大科学家的神秘面纱，让我们认识到他们也有普通人的一面。同时，作者用易懂易读的语言，对十位物理学家的科学贡献进行了解读，让读者领略到物理学家的深刻思想。本书具有较强的科学性与历史性，可作为物理学专业的拓展资料。

《十大物理学家》名为介绍十位物理学家，实则以物理学家生平传记为线索，阐述了整栋现代物理学大厦的建造过程。正是先辈的前赴后继才有后人结出的累累硕果。没有伽利略的实验动摇亚里士多德派自然哲学的根基，就没有牛顿的三大力学定律和万有引力定律；没有法拉第的电磁发现，就没有麦克斯韦方程的惊才绝艳；没有玻尔集大成的量子理论，也就没有后来的狄拉克方程、费曼QED理论的惊人成就。