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Science | 撇开好莱坞电影不谈,奥本海默到底是个多么优秀的物理学家?

Science | 撇开好莱坞电影不谈,奥本海默到底是个多么优秀的物理学家?

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本文由《生命科学前沿》公众号编译

历史学家说,原子弹设计师“不是爱因斯坦”,但他在黑洞研究方面做了诺贝尔级的工作

本周,备受期待的电影《奥本海默》将在影院上映,著名电影人克里斯托弗-诺兰(Christopher Nolan)将在影片中讲述这位在二战期间领导曼哈顿计划研制出第一颗原子弹的理论物理学家的故事。

罗伯特-奥本海默(J. Robert Oppenheimer)逝世于 1967 年,他是著名的魅力型领导者、雄辩的公共知识分子。为了了解科学家奥本海默,《Science》杂志采访了物理学家、霍夫斯特拉大学名誉历史学家大卫-C-卡西迪(David C. Cassidy)。卡西迪撰写或编辑了 10 本书籍,其中包括《罗伯特-奥本海默与美国世纪》(J. Robert Oppenheimer and the American Century)。

以下内容的长度和清晰度经过编辑。

问:奥本海默的名字出现在量子力学和黑洞理论的早期应用中。他是一位多么优秀的物理学家?

答:他不是爱因斯坦。他甚至达不到海森堡、保利、薛定谔、狄拉克这些 20 年代量子革命领军人物的水平。其中一个原因是他的出生日期。他出生于 1904 年,比海森堡小 3 岁,比泡利小 4 岁。这几年的时间足以让他赶上量子革命的第二波浪潮,落后于主要的发现浪潮,也就是科学哲学家——托马斯-库恩(Thomas Kuhn)所说的 "补缺行动",即新理论的应用。

问:他因 "玻恩-奥本海默近似 "而闻名,该近似有助于将量子力学从原子扩展到分子。

答:这是他被引用最多的论文之一。那是他 1927 年在哥廷根(德国,与马克斯-博恩(Max Born)一起攻读博士学位)写的。同年,海森堡提出了不确定性原理。玻尔和海森堡提出了量子力学的哥本哈根解释。因此,奥本海默在这里做的是一个应用,但却是一个很好的应用,因为它帮助引入了量子微扰论的方法。

问:甚至与他同时代的一些人也说他是个业余爱好者。就原始技能而言,他有多厉害?

答:他有技术,也有才华。但他不够专注。他并不像那些伟大的物理学家那样,绝对专注于物理学。这只是他众多爱好中的一个。在从事物理学研究的同时,他还阅读了大量的文学和语言书籍。此外,在美国,研究物理学的经验主义方式占主导地位。因此,理论家的工作就是帮助实验者理解他们的数据。随着物理学和实验的转变,他的兴趣也在转变。

他的主要贡献之一与观测只有微弱的联系,那就是黑洞。这是一个不幸的情况。1939年,他和学生哈特兰德-斯奈德(Hartland Snyder)发表了一篇预测恒星坍缩可能形成黑洞的论文,结果整件事都被忽略了。由于战争爆发,他们无法继续研究。直到 20 世纪 60 年代,[物理学家约翰-]惠勒(John Wheeler)重新提出了这个问题。直到 20 世纪 90 年代,黑洞才有了任何实验证据。我想,如果当时奥本海默还活着,他一定会获得诺贝尔奖。

问:奥本海默是一位理论家,他是如何指挥曼哈顿计划这一巨大实验的?
答:不像他将要管理的许多人,奥本海默没有任何管理经验。没有获得过诺贝尔奖。最糟糕的是,他的政治背景令人怀疑。首先,是因为奥本海默对物理学的掌握以及向他解释物理学的能力。还因为奥本海默受到其他物理学家的高度尊重,但最主要的原因是格罗夫斯知道,奥本海默会因为他的政治背景而长期处于弱势地位。
问:欧内斯特-劳伦斯——回旋加速器的发明者是一个实验家相对保守没有政治包袱 但格罗夫斯对他的印象并不好。为什么?
答:要想成为曼哈顿计划的主任,你必须对原子弹的理论了如指掌。另一件事是劳伦斯给人的印象是他是自己人。这是一个军事项目,格罗夫斯希望他手下的人能够接受成为指挥系统的一部分。格罗夫斯怀疑他觉得劳伦斯做不到这一点。
问:奥本海默对原子弹的设计有具体的技术贡献吗?
答:在一个非常重要的方面。1942 年,罗斯福总统下令为原子弹制定一项速成计划。阿瑟-康普顿(Arthur Compton)挑选奥本海默领导加利福尼亚大学伯克利分校的一个理论小组,负责制定所有细节--他们需要什么,怎么做。该小组将结果交给康普顿,曼哈顿计划就此诞生。
当科学家们到达新墨西哥州洛斯阿拉莫斯]的实验室时,奥本海默最亲密的助手罗伯特-塞伯为他们举办了一系列讲座,介绍根据这项研究,原子弹将如何工作。因此,是奥本海默和他的小组为这个项目建立了整个理论体系。
问:那么,用现代的说法,他领导了该项目的概念设计。
答:那个理论小组还继续研究聚变弹,勘测最终会成为氢弹的领域。但这一工作直到战后才被搁置。
问:奥本海默失去安全许可的部分原因是他反对研制氢弹。他经常被描绘成一个悲剧人物,因为太天真而无法在政治上为自己辩护。您认为他是悲剧还是天真?
答:我不认为他天真,因为他知道自己不堪一击。他也知道,只要他反对这枚炸弹,他们就可能会找他麻烦。当然,他非常失望。但是,正如许多作家指出的那样,他并不像麦卡锡主义的一些受害者那样悲惨,比如他自己的哥哥和嫂子。他们和他的许多学生一样遭到了追捕。
奥本海默没有丢掉工作。他没有被列入黑名单。他没有被迫移民。正如物理学家和历史学家亚伯拉罕-派斯所说 "他失去的只是他渴望的权力感" 他不再是内部人士,但他仍然是备受推崇的文化人物,是美国科学的代言人。
参考文献:doi: 10.1126/science.adj8107
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