約翰·惠勒

title: 生平.
title: 早年.
content: 1911年7月9日,惠勒出生在美国佛州杰克逊维尔的一个普通的图书馆员家庭里。他是家中的老大,下面有3个弟妹。4岁时,惠勒就对宇宙产生了浓厚的兴趣。一天他问母亲,“宇宙的尽头在哪里?在宇宙上我们能走多远?”母亲的回答当然不能满足他的好奇心。于是惠勒向书本请教,英国著名生物学家兼科普作家约翰·阿瑟·汤姆生的《科学大纲》曾让他爱不释手。好奇心常常让他忘乎所以,有一次为了弄清1.1万伏高压电是什么感觉,他还特意用手去碰高压电线。
title: 教育经历.
content: 约翰·阿奇博尔德·惠勒早年就读于巴尔的摩城市学院(Baltimore City College)和约翰斯·霍普金斯大学。1933年,21岁的他取得约翰·霍普金斯大学博士学位,指导老师为卡尔·赫兹费德(Karl Herzfeld)。随后,他在丹麦哥本哈根大学师从知名物理学家尼尔斯·玻尔一年,进行核物理研究,由此成为玻尔领导下的哥本哈根学派的一员。
title: 早期职业经历.
content: 1937年,惠勒提出了粒子相互作用的散射矩阵概念。  1938年至1976年期间,惠勒于普林斯顿大学任物理学教授,之后到德州大学奥斯汀分校任物理学教授,亦曾在北卡罗莱纳大学教堂山分校任教。肯尼斯·福特(Kenneth Ford)、理查·费曼、基普·索恩以及休·艾弗雷特三世都是他的学生。
title: 核子武器研究.
content: 1939年,第二次世界大战爆发前夕,惠勒与刚从欧洲抵达美国,与到普林斯顿大学任客座讲师的玻尔共同提出核分裂液滴模型理论。惠勒热衷于军事方面的科学研究。在二次大战期间,惠勒参与了曼哈顿计划。惠勒亦是爱因斯坦晚年的研究伙伴,惠勒曾试图完成爱因斯坦的统一场论。  1939年,他与奥格·波耳、前苏联的弗朗克尔一起提出重了原子核裂变的液滴模型理论。
title: 中后期研究经历.
content: 1957年,他与学生查尔斯·米斯纳开始发展“几何动力学”,把万有引力、电磁场、质量和电荷都当作弯曲的空虚空间的性质来解说,企图把物理学完全几何化。1965年获得“阿尔伯特·爱因斯坦奖”。1967年,惠勒于一项会议中提出了「黑洞」一词,以取代从前的「重力完全塌缩的星球」,取名原因是连光都会被黑洞所吸收。此外,「虫洞」或称「蛀孔」一词亦由惠勒所提出。1969年惠勒在纽约的一次会议上使用“黑洞 ”一词,从此传播世界。1968年12月2日,时任美国总统林登·约翰逊向惠勒颁发“原子能委员会恩利克·费米”奖。
title: “黑洞”一词的由来.
content: 惠勒在一个问题上将爱因斯坦理论向前大大推进了。曼哈顿计划负责人罗伯特·奥本海默曾在1939年与一名学生称对于爱因斯坦的方程序做出了一个大胆预言:一颗足够重量的死恒星将会崩裂,它制造出极密的堆积,以致光都无法穿越。这颗恒星会一直分裂下去,而宇宙空间则会像个黑斗篷一样将其包裹。在这个堆积中心,空间会无尽地弯曲,物质无穷密集,形成一种既密实又单一的矛盾景象,也就是现在说的物质为零的“黑洞中心”。惠勒最先是反对这个结论的。1958年在比利时的一场会议中,他与奥本海默对峙。惠勒认为这个崩溃理论未能很好地解释类似恒星中物质的命运,他反驳说,物质怎么可能竟然发展到无物质呢。毕竟,物理法则怎么可能发展到违背自己以达到“无物理”的地步呢?但是很快,当解释这颗崩裂行星的内部和外部的数学公式出现时,他与其他一些学者都被说服了。1969年在纽约的一次会议上,为了说服场下听众,他灵机一动,冒出了“黑洞”这个词,以描述这些恒星可怕而充满戏剧性的命运。“黑洞”一词从此流传开来。  在惠勒1999年的自传中,他写道:“黑洞教育我们空间可以像纸一样被揉捏成一个无穷小的点,小到时间会像火焰一样被熄灭,而我们之前所以为的'神圣'不可变的物理法则也再不是那样了。”
title: 退休与晚年生活.
content: 1976年,惠勒从普林斯顿大学退休,来到了得克萨斯大学,同时,他开始思考曾经让爱因斯坦和玻尔都感到迷惑的一个问题:如何用量子结构的奇怪法则来观察现实。“量子革命”的基础是海森堡1927年提出的“不确定原理”,这个原理给认识自然物质加了很多限制,比如它认为即使在理论上,人们也是不可能同时知道亚原子粒子的速度和位置的。在这种条件下,如果不去观察的话,亚原子粒子及其运动就会处于一片惠勒称之为“巨大的烟雾龙”(great smoky dragon)的粒子云状态中,模糊不清。这个想法曾让爱因斯坦很沮丧,他甚至有一次问惠勒:“如果人们都不去看月亮的话,那月亮还会不会在天上?”  不过,惠勒却在思考,量子不确定原则是否能运用于整个宇宙和历史,这点是否是认识所有存在物质的关键。“我们不再满足于仅仅观察粒子,或引力场,或几何,甚至时空,”他在1981年的中写道,“今天我们对物理的要求是,要了解存在本身。”1983年,他提出了“参与宇宙”观点。1997年,惠勒因为在量子理论上的创新研究,获得了物理学沃尔夫奖。  2008年4月13日,惠勒因患肺炎医治无效,在位于其新泽西的家中逝世,享年97岁。他是哥本哈根学派里最后一位去世的人,这意味着哥本哈根学派时代的彻底终结。
title: 研究工作.
content: 惠勒具有超人的物理学直觉,能够从简单的类比,来获得深邃的洞察。“类比引发洞察”,这是他的方法论夫子自道。其深邃在于,这些类比经他一说,似乎极为平常。  为了解释宇宙中大质量超巨星坍缩时产生的现象,惠勒创造了“黑洞”这个相当简洁、贴切、概括性的词汇。此外,惠勒还在核裂变研究领域获得创造性成果,选定铀-235作为制造原子弹的原料,是第一位从事原子弹理论研究的美国人。他曾从事氢弹研制工作,在统一场研究中有相当成就。惠勒在量子理论和相对论研究上成就巨大,他还创造了诸如“虫洞”和“量子泡沫”等词汇,并且成为物理学中的重要术语。
title: 学生培养与教育工作.
content: 与惠勒科学上的成就齐名的是他在科学教育上的成就。惠勒先后任普林斯顿和得克萨斯大学奥斯丁分校的教授。他给物理理论教育铺设了道路,给学生提出一个又一个启迪智慧的问题。作为一位出色的教育家,惠勒对于教育有特殊的理解。“大学里为什么要有学生?”惠勒说,“那是因为老师有不懂的东西, 需要学生来帮助解答。”即使在获得巨大声名之后,他也甘愿去教大学一年级。原因很简单,他认为年轻人的想法是最重要的。年轻人也更接受他创造出的看似违背传统的一些新词:黑洞、虫洞、量子泡沫、多重宇宙......惠勒一再表示和年轻人合作的重要性,他的几乎所有著作都是与学生合著的。  惠勒的学生、麻省理工学院的宇宙学家马克思·特格马特说:“对我来说,他是一个巨人,是仍在世的物理超级英雄。”在惠勒的领导下,普林斯顿大学已经成为美国相对论研究界的领军机构。艾弗雷特也是惠勒的学生。他在惠勒指导下做的博士论文提出,与宇宙平行的量子结构正在无止境地分裂著。惠勒称这个想法为“多世界”,而这个理论也成为了无数宇宙学家和科幻小说作者的最爱。
title: 科学哲学.
content: 他强调观察的意义,我们观察到什么,(部分地)取决于我们用什么方式提问。由此类比,我们所见到的世界,也是由于观察而成为存在的。进一步,惠勒提出了参与的宇宙(participatory universe)这个概念,指出宇宙是一个自激回路,现在的观察,参与乃至创造了宇宙之诞生。于是有“万物源于比特”(有生于微)的理念。纯粹的客观的观察是不可能的,观察者必然成为参与者。而我们现在是看到的宇宙,或者实在,正是来自于古往今来的无数观察-参与行为。这些思想沿着物理学的逻辑步步深入,一直推到似乎荒谬得难以接受的程度。这种思想方式已经成为惠勒的方法论。  从物理学结构上,惠勒构造了一个变易性的阶梯。这个阶梯的最下层是最古老的弹性定律,弹性定律假设密度是不变的常量。而在我们能够产生足够的压力之后,密度就成为变量。化学价曾被认为是原子的固有属性,可以用来为原子排序,于是有门捷列夫的元素周期表。但是原子核嬗变使这一条也发生了变化。每一条物理定律,都在某种物理条件的极端状态下被突破,被超越。依此类推,惠勒认为,一切定律都具有变易性(mutality),都不可能是不朽的,而宇宙本身也有生有灭。  2000年,量子理论问世一百周年,惠勒写了一篇文章《量子何为?——量子物理的荣耀与耻辱》表示纪念。他说:这就是普朗克之后一百年的量子物理,全部化学、生物学、计算机技术、天文学和宇宙学的理论基础。然而,如此值得自豪的基础,却仍不能知道其自身基础。我们可以相信,我确实相信,对于“量子何为”这个问题的回答也将被证明是对“存在何为”这个问题的回答。
title: 延迟性实验.
content: 惠勒最有代表性的思想实验是1979年在纪念爱因斯坦100周年诞辰学术研讨会上提出的延迟选择实验。据此,他给出了一个颠覆我们通常时间次序的结论:“我们此时此刻作出的决定,对于我们有足够理由说,它对已经发生了的事件产生了不可逃避的影响。”此时的决定,影响了,甚至决定了光子的过去。最绝的是,这个思想实验不但具有可操作性,而且可以在宇宙尺度上操作。借此,惠勒反复强调:“没有一个基本量子现像是一个现象,直到它是一个被记录(观察)的现象”;“并没有一个过去预先存在着,除非它被现在所记录”。于是,惠勒把哥本哈根学派的整体论从空间拓展到了时间。  惠勒反对说有一个外在于我们的客观实在存在“在哪儿”。作为物理学家,惠勒喜欢使用图示、模型和故事来说明他的观点。他经常利用这个R来代表实在(Reality),他指出:“实在是由一些观察的铁柱及其间的理论和想像构成的。”然而,他又指出,先定义术语,再繁衍理论,这是不可能的;先有实在,再有观察者的观察,也是不可能的。因为理论、概念、定律和测量方法是不可分离、同时呈现的。因而,即使被观察的铁柱本身,也是与理论相关的。这样一来,我们所看到的实在图景,几乎完全是我们的建构。
title: 惠勒的大烟龙.
content: 20世纪70年代时,惠勒曾用只见首尾、不见身躯的大烟龙(great smoky dragon)来比喻量子测量过程的不确定性。龙的尾部代表粒子的原本存在形式,龙的头部代表测量到的情况。他强调在量子力学中,是测量决定了现象,而不是现象决定了测量结果,所以笼罩在龙身上的烟雾无法去除。
title: 社会及文化思想.
content: 而最能集中体现惠勒作为哲人科学家思想的则是其文集《宇宙逍遥》。这个译名是戈革先生的建议。该书包括六个部分,共24篇文章。其中第一部分“科学的微笑”和第六部分“超越黑洞”讨论的都是物理学基础问题以及实在本性问题,这是其思想最为尖锐和艰深的部分。第二个部分“热忱与士气”篇幅较短,其中谈到了教育问题,谈到了对大学精神的理解(《普林斯顿的合作精神》)。第三个部分“玻尔和爱因斯坦”中的六篇文章都与这两位大师有关,涉及了物理学史上的若干重大问题,也谈到了科学家的社会责任、科学的社会意义等问题。
title: 个人生活.
content: 惠勒爱好游泳,还喜欢在树林中工作,就算闲暇时间他也在思考物理问题。九十多岁时,居住在新泽西州的惠勒仍坚持每星期乘公共汽车到普林斯顿两次,喜欢与年轻人打成一片。他说,自己在与年轻人的交往中得到了新的信息。  在仅仅约会3次之后,他就迎娶了自己的老友詹妮特·海格纳(Janette Hegner)。结婚满一年时,他又撇家舍业坐船来到欧洲,进入哥本哈根大学成为尼尔斯·玻尔的新同事。
title: 逸闻.
content: 作为20世纪最重要的物理学成就,量子论和相对论在其基本理念上存在着严重的冲突,至今没有统一起来。作为哥本哈根学派的一员,惠勒对量子力学有深刻的理解,也作出了重要的贡献。但对于相对论,尤其是广义相对论,则知之不多。于是,1950年代,惠勒在普林斯顿开了一门讨论班课程,广义相对论。惠勒又有惊人之语曰:要想了解一个新的领域,就去开一门这个领域的课程。后来又说:要想了解一个新的领域,就写一本关于那个领域的书。这就是他与2位弟子查尔斯·米斯纳和基普·索恩合写的大部头著作《引力论》。  惠勒喜欢做一些惊世骇俗或是趣味恶俗的事情。他提议的“黑洞无毛定理”就是一例。
title: 著作.
content: 惠勒出版的物理专业著作很多,但是翻译成中文的只有在台湾出版的《引力论》。这本1973年的《引力论》是广义相对论的名著,厚达1000多页,书中却充满了智慧和易读的语言,甚至还布满边栏和个人的物理素描和卡通插图。因为太畅销,这本书再版了好几次。  在2000年前,能够集中表现惠勒思想的中文文献只有2种。一是《物理学和质朴性:惠勒演讲集》,这是惠勒在1981年访问中国时,在北京、合肥和上海发表的学术演讲。此书直接用中文出版,没有其它语种的版本。中国学者了解惠勒,大多始于此书。一是《科学和艺术中的结构》,这也是一部演讲集。1979年在德国的克龙贝格城,二十几位世界科学、哲学和艺术领域的一流人士聚在一起,就“科学与艺术中的结构”进行了专题讨论。会议共有四个专题发言,前3个发言者分别是心理学家、生物学家和小说家,惠勒是第4个。与会者皆一时俊杰,包括国内熟悉的科学哲学家卡尔·波普尔,艺术史家贡布里希,以及3位诺贝尔奖得主。这2种文献综合起来,大体上已经包含了惠勒就实在问题和科学走向问题的基本思想。
title: 评价.
content: 惠勒是美国著名的物理学家、科学哲学家和物理教育家。与其同时代的物理学家相比,他的名气远远不如他的博士后合作导师尼尔斯·玻尔,他的同事爱因斯坦,也远远不如他的顽童学生理查·费曼。在史蒂芬·霍金走红全球之后,很多人都知道了“黑洞”这种奇怪的天体。但是很少有人知道,“黑洞”这个名字出自惠勒之手。  2001年,在惠勒的90岁大寿上,弗里曼·戴森称赞惠勒说,他是解码核裂变的“工艺大师”,也是一名诗人。“诗性的惠勒是名预言家,就像摩西站在山顶上往下望,知道他的人民将有一点和他一样。”惠勒则如此自我评价:“如果在物理上我有一点觉得更有义务,那就是如何把各个事物联系起来。我希望自己有一定的辨别能力。我愿意去任何地方,与任何人交谈,问任何能够促进进步的问题。”“我承认,我是一名乐观主义者,尤其乐于相信某一天所有的真相都会解开。那么多的年轻人都被迫去钻研一个领域,而无法承担解开真理的这个任务,只有我这样的老学究才可以,真的出洋相也能承受。如果我不做,那谁来做?”
title: 传记.
content: 2000年,惠勒传记《真子、黑洞和量子泡沫》中译本由台湾商周出版社出版。2004年,此译本之简体字本由中国汕头大学出版社出版。这部传记为惠勒与其学生福特合著。

Summary: 约翰·阿奇博尔德·惠勒(英语:John Archibald Wheeler,1911年-7月9日-2008年-4月13日),出生于美国佛罗里达州杰克逊维尔,美国理论物理学家,广义相对论领域的重要学者和宗师。

John Archibald Wheeler: John Archibald Wheeler (9. července 1911 Jacksonville, USA – 13. dubna 2008) byl americký fyzik, který se zabýval teorií relativity a relativistickou astrofyzikou.