编者按:今天是世界著名的物理学家费米教授诞辰100周年纪念日,意大利与美国多处将举行纪念会议。我们荣幸地收到了杨振宁教授为纪念费米教授撰写的纪念文章。为了表达我们对人类科学巨人的崇敬,现将纪念文章全文发表。
力能加害而不屑,
最显能为而不为,
能动他人己如石,
坚定冷静不为移;
如彼允宜得天厚,
自然丰赐不浪掷;
如彼诚彼美颜后,
他人糜耗为美役。
(引自莎士比亚十四行诗)
恩芮科·费米是20世纪所有伟大的物理学家中最受尊敬和崇拜者之一。他之所以受尊敬和崇拜,是因为他在理论物理和实验物理两方面的贡献,是因为在他领导下的工作为人类发现了强大的新能源,而更重要的是因为他的个性:他永远可靠和可信任;他永远脚踏实地。他的能力极强,却不滥用影响,也不哗众取宠,或巧语贬人。我一直认为他是一个标准的儒家君子。
费米最早在物理学中的兴趣似乎在广义相对论方面。1923年左右他开始深入探讨统计力学中的“吉布斯佯谬”和“绝对熵常数”。然后,正如西格里所写的:
当他读了泡利关于不相容原理的文章后,立即意识到他已掌握了理想气体理论的全部要素。这个理论能在绝对温度零度时满足能斯脱原则,提供低密度高温度极限时绝对熵的正确的萨库尔-特罗德公式。这个理论没有形形色色的任意假设,而这些假设是以前统计力学中求正确的熵值时必须引入的。
这项研究导出了他的第一项不朽的工作,导出了“费米分布”、“费米球”、“费米液体”、“费米子”等等概念。
按照费米研究风格的特点,在做出了这个理论方面的贡献以后,接着他就把此理论用到重原子的结构,导出了现在通称的托马斯-费米方法。对于这个方法中的微分方程,费米用一个小而原始的手持计算器求出了其数值解。此项计算也许花了他一个星期。E·马约拉纳是一位计算速度极快而又不轻信人言的人。他决定来验证费米的结果。他把方程式转换为里卡蒂方程再求其数值解。所得结果和费米得到的完全符合。
费米喜欢用计算器。不论是小的还是大的计算器他都喜欢用。我们这些在芝加哥的研究生们都看到了这个特点,而且都很信服。显然在事业的早期,他就已爱上了计算器。这个爱好一直延续到他的晚年。
费米下一个主要贡献是在量子电动力学方面,他成功地排除了纵向场,得到了库仑相互作用。1946-1954年间在芝加哥的学生们都知道他对这个工作极为自豪(可是在今天,65岁以下的理论物理学家似乎已经很少有人知道费米的这一贡献了)。这一工作又是极有费米风格的:他看穿了复杂的形式场论,看到了其基本内含——谐振子的集合,进而化问题为一个简单的薛定谔式方程。这项工作1929年4月他第一次在巴黎提出,1930年夏在安阿堡有名的夏季研讨会中再次提出来。50年代后期,G·乌伦贝克曾告诉我,在费米的这项工作以前,没有人真正了解量子电动力学。这个工作使得费米成为世界上少数几个顶尖的场论物理学家之一。
现在我跳过费米1930年在超精细结构理论中绝妙的工作来讲他的β-衰变理论。按照西格里的讲法,费米终其一生都认为这个理论是他在理论物理学中最重要的贡献。我曾读过西格里在这方面的评论,但是感到迷惑不解。70年代的一天,我和E·维格纳在洛克菲勒大学咖啡室中曾有过下面一段谈话:
杨:你认为费米在理论物理中最重要的贡献是什么?
维:β-衰变理论。
杨:怎么会呢?它已被更基本的概念所取代。当然,他的β-衰变理论是很重要的贡献,它支配了整个领域40多年。它把当时无法了解的部分置之一旁,而专注于当时能计算的部分。结果是美妙的,并且和实验结果相符。可是它不是永恒的。相反,费米分布才是永恒的。
维:不然,不然,你不了解它在当时的影响。冯·诺埃曼和我以及其他人曾经对β-衰变探讨过很长时间,我们就是不知道在原子核中怎么会产生一个电子出来。
杨:不是费米用了二次量子化的ψ后大家才知道怎么做的吗?
维:是的。
杨:可是是你和约当首先发明二次量子化的ψ。
维:对的,对的,可是我们从来没有想到过它能用在现实的物理理论里。
我不拟再继续讲费米此后的贡献,也不拟讲他和学生们的关系。后者,我在以前已经写过。我只讲两个关于费米的故事。
琼·希顿(寒春)是第二次世界大战中费米在洛斯阿拉莫斯的助手之一,战后成为芝加哥大学的研究生。当我1946年后期开始为萨姆·阿立松工作时她也在这个实验室当研究生。1948年春她去了中国,和她的男朋友欧文·恩斯特(阳早)结婚,并定居中国,从事农业(她的经历是一个应该写下来的很有意思的故事。我希望她能很快做这件事)。1971年夏我第一次访问新中国,这是在尼克松访问中国之前半年。我偶然在昔阳县大寨的招待所中遇到了她。大寨是当时农业公社的一个模范典型。我们当然又惊又喜,共同回忆了在芝加哥的那些日子:我在实验室里是怎样地笨拙;我是怎样在无意中几乎使她受到致命的电击;我怎样教了她几句中文;我怎样借了一部汽车开车送她去拉萨拉车站,开始她去中国的漫长的旅程等等。她问我还记不记得在她离开前费米夫妇为她举行的告别会,这我记得。她又问我记不记得那天晚上他们送她的照相机,这我不记得了。然后她说在告别会前几天,她觉得应该告诉费米她打算去中国共产党控制区。考虑几天以后她终于告诉了费米。费米说什么呢?“他没有反对,对此我永生感激。”我知道她的这句话的份量,回到石溪后我立刻给在芝加哥的费米夫人打了电话,告诉她我在大寨遇到琼的全部 过程。几年以后,琼自己到了芝加哥,有机会访问了费米夫人和她的女儿乃拉·费米。
现在引述我的选集(1983)第48页中的一段话作为结束:
不论是作为一位物理学家还是作为一个人,费米深为所有的人所崇敬。我相信,他之所以使人肃然起敬是因为他是一个扎实的人。他的所有表现无不散发出他的这种品格的魅力。50年代早期,美国原子能委员会极重要的顾问委员会的主席J·R·奥本海默告诉我,他曾试图劝说费米在任期满后继续留在顾问委员会中。费米不愿意。奥本海默坚持。最后费米说道:“你知道,我不相信我自己在这些政治问题方面的见解总是正确的。”(题目为本报编辑所加)