Maker of Patterns By Freeman Dyson〈從量子力學到太空文明——思索人類未來的人〉

科學棋談

〈從量子力學到太空文明——思索人類未來的人〉

普林斯頓高等研究院，少數頂尖學者方能受邀進駐的學術殿堂。在這裡不須教書、不須產出論文，完全不受俗務干擾，只須專心思考；愛因斯坦、馮·紐曼、哥德爾、狄拉克、包立、李政道與楊振寧、……等大破大立的科學巨擘都曾在此駐足。在這柏拉圖天空的繁星之中，卻有一位連博士學位都沒有，而且不像其他學者來來去去，他一待就超過一甲子，直到2020年過世為止。

這位與眾不同的科學家就是今天恰逢百歲冥誕的戴森（Freeman Dyson）。他於1923年12月15日出生在英格蘭一個人口不到萬人的小鎮，自小嶄露數學天份，四歲時就曾試圖計算太陽有多少原子；他姊姊記得年幼的他總是被百科全書包圍著，不時埋首在紙上做計算。

戴森於1941年進入劍橋大學三一學院，但因第二次世界大戰戰情吃緊，他也加入空軍擔任分析師，直到戰爭結束後才重返校園取得大學文憑。1947年，戴森到美國康乃爾大學留學，跟著德裔物理學家貝特（Hans Bethe）做研究。戴森就是在這裡認識了大他五歲，卻已經擔任教授的費曼，兩人從此成為至交。

當時物理學家想要結合量子力學與狹義相對論，建立量子電動力學，以便正確描述光與帶電粒子間的交互作用，但是在計算過程中卻會產生無限大的數值，顯然與實際不符。為了解決這個問題，費曼在1948年發展出費曼圖來表述路徑積分，成功透過重整化抵消無限大。但是這種圖解的方式與傳統數學大相逕庭，令當代的物理學家感到愕然而難以接受；當時唯一的知音就只有戴森。

在此同時，哈佛大學教授施溫格（Julian S. Schwinger）與日本的朝永振一郎教授也各自以正統方法，發表重整化的方程式，只不過相當複雜。戴森很快看出他們的方程式和費曼圖可互相對應，兩者其實是一體的兩面，他於1949年發表論文，闡述兩者的連結，為量子電動力學的完備性補上臨門一腳。

最後費曼、施溫格與朝永振一郎三人共同獲頒1965年的諾貝爾物理學獎。施溫格與楊振寧都為戴森沒有得獎而大抱不平，但戴森自己倒是不以為意，他說：「如果你想贏得諾貝爾獎，就應該長期專注於某個深刻而重要的問題，至少十年不放。這可不是我的風格。」

是的，戴森在普林斯頓高等研究院中猶顯得風格迴異。院長歐本海默於1953年提供他終身職時，大概以為聘到一位量子力學的理論物理學家，不料三年後他就和氫彈之父泰勒一起合作，為通用動力公司設計絕對安全的核反應爐 TRIGA (因為溫度上升時，所使用的鈾氫鋯核燃料的反應速率反而會下降)。至今這種反應爐仍在世界各地的醫院、大學和研究機構使用中（我國清華大學校園內的核反應爐也是這型）。

1957年，戴森乾脆請假一年，跑去參加民間發起的獵戶座計畫，幫忙設計以核能為動力的火箭，用來探索太空。不過這計畫後來因為1963年的《部分禁止核試驗條約》國際公約而終止；戴森自己正是推動這項公約的主要人物之一，因為他見到美蘇的核武競賽越演越烈，寧可放棄核能的發展。

但戴森從未放棄探索宇宙的熱情。他除了寫過中子星、脈衝星等天文物理的論文，他還拋出許多極具創意的點子，例如在彗星上種植基因改造的樹(「戴森樹」，Dyson Tree)；只有一公斤重、可利用星塵為材料進行自我複製的自動機(「星雞」，Astrochicken) 適合漫長的太空旅行；還有將整個恆星包圍起來的「戴森球」(Dyson Sphere)，如此便可汲取恆星的所有熱輻射做為能源，供人類進行大規模的太空移民。

戴森曾引用哲學家柏林（Isaiah Berlin）的比喻，將偉大的科學家分成兩種：狐狸與刺蝟。他說：

「狐狸對每件事都感興趣，總是輕易地從一個問題跳到另一個問題。刺蝟只對少數他們認為是基本的問題感興趣，而且會花上數年或數十年的時間在同一個問題上。偉大發現大多是刺蝟找到的，多數小發現則是狐狸找到的。科學需要刺蝟也需要狐狸才能健康成長，刺蝟深入挖掘事物的本質，狐狸則探索我們這神奇宇宙的複雜細節。愛因斯坦是隻刺蝟，費曼則是隻狐狸。」

戴森當然也是狐狸，而且是隻眺望未來、思索人類文明何去何從的狐狸。

按：本文改寫自收錄於《 #科學史上的今天》的〈科學需要刺蝟，也需要狐狸〉

所有心情：

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Amazon.com: Maker of Patterns: An Autobiography Through Letters ...

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Both recalling his life story and recounting many of the major advances in twentieth-century science, a renowned physicist shares his autobiography through letters. Having penned hundreds of letters to his family over four decades, Freeman Dyson has framed them with the reflections made by a man now in his nineties.

‘Maker of Patterns’ Review: Numbers and Letters
A great scientist traces the patterns he’s found in his youthful correspondence.
By
Ray MonkMarch 22, 2018 5:26 p.m. ET

In the preface to “Maker of Patterns: An Autobiography Through Letters,” he writes that, in contrast, “letters are valuable witnesses to history because they are written without hindsight.” “When I compare my memories with the letters,” he continues, “I see that I not only forget things, I also remember things that ...

The physicist and mathematician Freeman Dyson is an interesting man, and, at the age of 94, he no doubt has a fascinating story to tell about his long and productive life. This book, however, does not contain that story—at least, not all of it and not in the form that many of us would have wished. For one thing, it ends in 1978, 40 years ago, and Mr. Dyson has done a great deal since. For another, the book consists not of his recollections of his life, but rather largely of letters that he wrote to his parents between the ages of 17 and 54. In other words, it is not the long-awaited fleshing-out of the autobiographical...

Maker of Patterns: An Autobiography through Letters | Institute for ...

▶ 43:48

https://www.ias.edu/ideas/2018/dyson/video-maker-patterns

Uploaded by Institute for Advanced Study

On April 13, 2018, the Institute gathered in celebration of Professor Emeritus Freeman Dyson's Maker of ...