弗里曼·戴森：科學(xué)家中的“青蛙”

在著名的物理學(xué)家中，弗里曼·戴森經(jīng)常被描述為一個(gè)不安分的角色。他最早對(duì)量子理論做出了重大貢獻(xiàn)，但他不像其他人一輩子株守一隅，而是像青蛙一樣，不停地從一個(gè)領(lǐng)域跳到另一個(gè)領(lǐng)域（有時(shí)跨度還相當(dāng)大），而且在每個(gè)領(lǐng)域里都特立獨(dú)行，有所建樹。這種全才型的科學(xué)家在當(dāng)今是越來越罕見了。

做一名物理學(xué)家

戴森于1923年出生在英國。他自小就是個(gè)數(shù)學(xué)神童。戴森后來曾開玩笑說，他在搖籃時(shí)就理解了無窮級(jí)數(shù)的概念。他還很早就對(duì)科學(xué)產(chǎn)生了興趣，貪婪地閱讀科普（科幻）書籍。8歲那年，他模仿凡爾納，寫了一本有關(guān)月球探險(xiǎn)的科幻小說。

在當(dāng)時(shí)的英國，在小學(xué)和中學(xué)階段，科學(xué)這門課程都不受重視。為了滿足旺盛的求知欲，小戴森就和幾個(gè)同學(xué)創(chuàng)建了一個(gè)科學(xué)社團(tuán)。社團(tuán)成員定期閱讀有關(guān)的科學(xué)書籍，并相互解釋各種科學(xué)概念。所以，中學(xué)畢業(yè)時(shí)，戴森的科學(xué)素養(yǎng)已相當(dāng)出色。

完成高中學(xué)業(yè)后，戴森進(jìn)了劍橋大學(xué)學(xué)數(shù)學(xué)。他只用了兩年時(shí)間就畢業(yè)了。

當(dāng)時(shí)正值二戰(zhàn)。離開劍橋大學(xué)后，戴森到皇家空軍轟炸機(jī)司令部工作。他的任務(wù)是負(fù)責(zé)用數(shù)學(xué)來計(jì)劃更有效的轟炸，譬如計(jì)算轟炸機(jī)以何種密集隊(duì)形能把相互碰撞的概率降到最低。

戴森長期以來一直在數(shù)學(xué)和物理學(xué)之間徘徊，還在轟炸機(jī)司令部的時(shí)候，他就給自己設(shè)定了一個(gè)挑戰(zhàn)，即證明數(shù)論的一個(gè)猜想：如果成功，就去成為一名數(shù)學(xué)家；如果失敗，將從事物理學(xué)研究。結(jié)果是失敗。于是1946年戴森回到劍橋大學(xué)，繼續(xù)攻讀物理。

物理學(xué)中嶄露頭角

由于當(dāng)時(shí)劍橋大學(xué)沒有合適的物理學(xué)導(dǎo)師，1947年，戴森到美國康奈爾大學(xué)，在理論物理學(xué)家漢斯·貝特的指導(dǎo)下攻讀博士學(xué)位。

就在第二年暑假，戴森在美國旅行時(shí)，解決了理論物理學(xué)中的一個(gè)緊迫問題。

當(dāng)時(shí)，康奈爾大學(xué)的年輕教授費(fèi)曼發(fā)明了一種新方法來描述電子和光子的行為，即著名的費(fèi)曼圖。但是與此同時(shí)，另外兩位物理學(xué)家朱利安·施溫格和朝永振一郎，也各自找到一種非常不同的方法。這兩種方法都能滿足量子力學(xué)和狹義相對(duì)論的要求，但到底哪一個(gè)是正確的呢？這個(gè)問題一時(shí)讓高手云集的粒子物理學(xué)領(lǐng)域陷入僵局。

戴森此前也一直在琢磨這個(gè)問題。在那次旅行中，有一天坐在巴士上，他頭腦里靈光一閃：這兩種方法在數(shù)學(xué)上是等價(jià)的！他很快將這個(gè)想法寫成了論文。戴森的證明，促成了現(xiàn)代物理學(xué)的最偉大成就之一——量子電動(dòng)力學(xué)（描述電磁現(xiàn)象的量子理論）的誕生。費(fèi)曼、施溫格和朝永振一郎憑此在1965年獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。有人說，戴森也完全有資格獲獎(jiǎng)，只因?yàn)樵摢?jiǎng)項(xiàng)一次最多只能頒給三個(gè)人，他才被刷了下來。

但戴森本人并不在意。他說，如果一個(gè)人想贏得諾貝爾獎(jiǎng)，應(yīng)該長期集中注意力，深耕一個(gè)領(lǐng)域，并堅(jiān)持10年以上，但那不是他的風(fēng)格。

在美國待了兩年后，戴森連博士學(xué)位也懶得拿，就回到了英國。此后，他一輩子都沒獲得過正式的博士學(xué)位，但全世界名牌大學(xué)的榮譽(yù)博士帽卻爭(zhēng)先恐后地戴到他頭上，所以人們還是叫他戴森博士。

不久，戴森又回到了美國，先是被康奈爾大學(xué)聘為教授，但他發(fā)現(xiàn)自己不適合教學(xué)。1953年，他被聘為美國普林斯頓高級(jí)研究所的終身教授。最初，他還繼續(xù)物理學(xué)研究，但幾年后，他覺得是時(shí)候跳到另一個(gè)池子了。

戴森的太空夢(mèng)

20世紀(jì)50年代，戴森加入了新成立的美國通用原子能公司，這是一家開發(fā)民用核技術(shù)的公司。他在保留研究所教職的同時(shí)，利用暑假為該公司工作。

戴森的第一個(gè)貢獻(xiàn)是幫助設(shè)計(jì)了一個(gè)小型安全的裂變反應(yīng)堆，用于科學(xué)研究和核醫(yī)學(xué)。該反應(yīng)堆可以快速關(guān)閉，無需人力或機(jī)械干預(yù)。這種反應(yīng)堆在世界各地相繼建造了66座，其中一些至今還在運(yùn)行。

然而，戴森在通用原子能公司最感興趣的是獵戶座項(xiàng)目，其目的是建造一艘核動(dòng)力載人宇宙飛船。最初的計(jì)劃是建造一艘4000噸的宇宙飛船，由2600枚核彈驅(qū)動(dòng)。當(dāng)時(shí)的想法是，在飛船下方引爆一枚核彈，利用核彈爆炸產(chǎn)生的巨大沖擊波將其送上天。在飛船回落之前，從飛船上投下另一枚核彈并引爆，如此反復(fù)。雖然這樣的計(jì)劃在今天聽來異想天開，但當(dāng)時(shí)他們卻十分認(rèn)真地對(duì)待。

戴森和他的同事必須回答的主要問題是：這樣的宇宙飛船能否在不把自己炸成碎片的情況下飛行？如果飛船沒問題，那么如何保護(hù)船員免受核輻射的沖擊？

戴森和他的同事設(shè)計(jì)了一個(gè)理論上能解決上述兩個(gè)問題的飛船模型。通用原子能公司甚至建造了一個(gè)直徑為1米的原型，并在1959年使用常規(guī)爆炸進(jìn)行了測(cè)試。他們打算在1970年前把飛船送到土星。但獵戶座項(xiàng)目在1965年就被終止了，一個(gè)主要原因是1963年幾個(gè)核大國通過了禁止在外層空間核試驗(yàn)條約，這使得引爆核彈測(cè)試該飛船模型變得不可能。

但戴森的太空夢(mèng)并沒有終止。今天，我們大多數(shù)人之所以知道戴森這個(gè)名字，是因?yàn)樗岢龅牧硪粋€(gè)著名設(shè)想“戴森球”的緣故。

戴森是在1960年提出這個(gè)想法的。當(dāng)時(shí)他在思考一個(gè)技術(shù)先進(jìn)的文明的演變。他估計(jì)，這樣一個(gè)文明隨著發(fā)展，其能源消耗會(huì)越來越大，直到超過其星球所接受的恒星輻射。戴森受他讀過的一個(gè)科幻故事的啟發(fā)，提出這樣的文明可以用一個(gè)圍繞其母恒星的巨型太空設(shè)施來收集能源，以滿足自身發(fā)展的需求。他推測(cè)，未來的地球人也將走到這一步，屆時(shí)可以通過拆解木星并重新組裝其碎片來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

戴森球的想法很受尋找地外智慧生命的天文學(xué)家的重視。因?yàn)榇魃虻拇嬖趯?huì)使我們所觀察的恒星光譜往紅外端移動(dòng)，而這是可以從地球上很容易觀察到的。

科學(xué)上的反派角色

現(xiàn)在，戴森這只“青蛙”又跳到了生命起源問題的“池子”里。

我們知道，生命的最重要的兩個(gè)特征，一個(gè)是能新陳代謝，另一個(gè)是能自我復(fù)制。那么，最早的生命先具備哪個(gè)特征呢？傳統(tǒng)上，大家都認(rèn)為自我復(fù)制優(yōu)先。戴森是提出“代謝第一”假說的第一人。這個(gè)假說不需要生命分子一開始就能準(zhǔn)確地自我復(fù)制，而是著眼于解釋對(duì)生命至關(guān)重要的化學(xué)反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)如何出現(xiàn)，并隨著時(shí)間的推移如何增加其復(fù)雜性。

很有諷刺意味的是，像戴森這樣一個(gè)以其工作的準(zhǔn)確、嚴(yán)謹(jǐn)而聞名的科學(xué)家，卻并不認(rèn)為準(zhǔn)確性是自然界所固有的。

這不是偶然的。事實(shí)上，戴森稱自己為科學(xué)上的反派角色，并警告人們不要把數(shù)學(xué)上的抽象概念與終極真理混為一談。他對(duì)任何數(shù)學(xué)模型都抱著不信任的態(tài)度。早年，他曾對(duì)核戰(zhàn)爭(zhēng)可能導(dǎo)致核冬天的預(yù)測(cè)提出質(zhì)疑。后來，他又對(duì)氣候模型表示懷疑，這導(dǎo)致他在氣候變化問題上與科學(xué)界的共識(shí)相左。他還對(duì)物理學(xué)中“萬有理論”的必要性持懷疑態(tài)度，認(rèn)為自然是復(fù)雜的。

戴森一生最關(guān)注的是多樣性的重要性。他把保護(hù)和促進(jìn)多樣性視為一項(xiàng)原則。在他自己的人際關(guān)系中，戴森總是非常樂意與持不同意見的人做朋友。事實(shí)上，在普林斯頓高級(jí)研究所流行著這樣一個(gè)“戴森定理”：如果你想讓戴森同意你的觀點(diǎn)，就不妨讓不同意你觀點(diǎn)的人在他面前說你的“壞話”。

戴森的思想一直燃燒到最后。當(dāng)他88歲時(shí)，還撰寫了一篇關(guān)于囚徒困境的論文，這是一個(gè)對(duì)理解人類行為和進(jìn)化的本質(zhì)非常重要的數(shù)學(xué)概念。

弗里曼·戴森于2020年2月28日去世，享年96歲。

（劉誼人摘自《大科技》2023年第8期）