他是超引力创始人之一,也是“我见过的最好的老师”-深度-知识分子

他是超引力创始人之一,也是“我见过的最好的老师”

2019/08/09
导读
他就像是灯塔,一直给我继续努力的勇气。

Peter van Nieuwenhuizen是荷兰物理学家,荷兰皇家艺术与科学学院院士,美国石溪大学的杰出教授。他因与Sergio Ferrara、Daniel  Freedman共同提出超引力而知名。当地时间2019年8月6日,基础物理特别突破奖被授予这三位超引力理论的提出者,他们将共享300万美元奖金。

媒体报道和官方介绍中Peter van Nieuwenhuizen成果累累,光环,研究的理论深不可测曾经的学生颜文斌看来Peter是一个更鲜活的形象,有幽默风趣,也有严肃认真,有追求梦想的万丈豪情,偶尔也会有一丝寂寞寥落。

撰文 | 颜文斌


Peter van Nieuwenhuizen教授自1975年在石溪工作至今,是石溪物理系最受欢迎的老师之一。对每一个杨振宁理论物理研究所(杨所)毕业的学生来说,Peter可能是除了导师以外影响最大的老师了,每个学生都会感念他所传授的知识、表现出对研究的热爱和严谨的治学精神。


如果在网上搜索Peter van Nieuwenhuizen,会得到这样的结果:

For constructing supergravity, the first supersymmetric extension of Einstein's theory of general relativity, and for their central role in its subsequent development Peter van Nieuwenhuizen, Sergio Ferrara and Daniel Z. Freedman received in 1993 the Dirac medal from the International Centre for Theoretical Physics in Trieste (Italy), in 2006 the Dannie Heineman Prize for Mathematical Physics of the American Physical Society and in 2016 the Ettore Majorana Medal from EMFCSC,Erice. In 2019 the three were awarded a special Breakthrough Prize in Fundamental Physics of $3 million for the discovery.

He is a fellow of the American Physical Society, and a corresponding member of the Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences since 1994, and of the Austrian Academy of Sciences. He was made a Knight in the Order of the Dutch Lion in 2004, and Honorary professor of the Technical University of Vienna (Austria) in 2005.


不过,这段描述,近似于成果的总结和光环的展示。我所接触的Peter,却是一个更鲜活的形象,有幽默风趣,也有严肃认真,有追求梦想的万丈豪情,偶尔也会有一丝寂寞寥落。

“范大叔”的群论课

最早听到Peter的名字,是刚到石溪第一次选课前。指导的老师(也是后来成为我博士导师的Leonardo Rastelli教授)向我强烈推荐Peter的群论课。他当时说:“我建议你一定要选群论课,因为这门课是由Peter van Nieuwenhuizen开的,错过了的话以后很难有机会的。”不过,Peter的荷兰名字从一个意大利人嘴里说出来之后在传到我这个中国人耳朵里,就变成一段完全无法理解的发音组合了。不过,鉴于Leonardo严肃认真的态度,我还是退掉了原定的粒子物理,选择了群论。按照小说的语言似乎可以描述为:命运的齿轮开始转动了。


不过Peter的姓还是折磨了我们这些中国学生很久。因为处于中国人的习惯,我们习惯用姓来称呼老师(当然,叫Peter的老师在我们系一抓一大把也是一个原因)。不过Peter的姓对于中国学生显然是个巨大的折磨。由于没有人能够很顺利的读/写出他的全名,在中国新生之间,一般简他为“范大叔”或者“范老师”。后来得师兄指点,他的姓就是“牛文慧曾”,顿时豁然开朗。

第一次上他的课,由于听力很渣的缘故,非常不适应Peter的荷兰口音,而且也不太能看得懂他的书写,有些字母不太能辨认的出来。不过因为在国内学过群论的缘故,他的课还是可以跟上,并没有造成太大的麻烦。只是第一节课就感受到了他的认真。群论的第一节课当然是讲什么是群,也就是群的定义。他提到群论里面单位元素和逆的存在只要定义了左乘的就可以推出右乘的,随后开始给我们在黑板上证明。这个性质在很多的面向物理系学生的群论书上都会提到,但是我很少看到这些书上会给出证明,而且有些书上会直接把条件给成左右都存在。但是Peter不愿意这么做,在他看来,既然是在讲数学课,哪怕是给物理系的学生讲数学课,还是要让课程更严格一些。

后来渐渐从师兄那里知道Peter是超引力的创始人之一,是现在石溪物理系最牛的教授云云。不过,那时候对这些还是没有太直观的认识,超引力对我来说也还属于很遥远的东西。不过,当时确实感到Peter是我见过的最好的老师。他讲课的时候,一方面注重概念的细节还有证明,另一方面例子也非常非常的多,基本上每讲一个新的东西,就会给出一个例子向我们演示这个新东西的应用。甚至在后来讲简单李群的时候,先给我们按照Cartan的标准分类,把A,B,C,D,E,F,G7种半单李群的常见表示分别算了一遍。之后才讲李群表示的一般方法。因为我们已经见过了7次这些方法的应用,所以在学到一般理论的时候,大家对这些东西感到异常的亲切。

不过,Peter当时也花很大精力讲了一些东西,但我们却不知道是干什么用的。他花了好几个星期讲Dirac的gamma矩阵,还把这些矩阵在2,3,4一直到10维11维时候的性质全都列出一遍。他还花了一节课讲E8李群。这东西又难又复杂,以至于有同学在期末考试结束后跟他说,这东西太难太陌生,既然同类里面讲了E6,E8就不用讲了。Peter当时挺尴尬的说,E8是他最早引入物理学的。但是之后的课程和研究中用到这些东西的时候,我真心感谢他当年打下的扎实基础。

“表演大师”

Peter讲课并不止是细致,他上课的时候倒像是个表演大师在舞台上演出。讲课声情并茂,经常会用各种夸张的表情和手势配合自己的语言,同时还会给我们透露各种有趣的八卦。


有一次因为讲了太多群论里具体的表示,他说,数学家会批评他讲的东西太具体,不够抽象,但事实是“mathematicians always say abstractly”,实际上他们在自己办公室里面做的东西和他在黑板上做的是一样的,只不过要拿到发表的时候会把具体的例子全都擦掉,然后继续“say abstractly”。他有时候会调侃别人:“A lot of people said that these formulas are well-known, however, these formulas are only well-known to those who know them well”。

还有一次,提到宇宙学常数的正负号,他说他这一辈子见这个正负号变过很多次了,所以他不会轻易相信任何有关的结果了。

有一学期弦论课,他用了5节课讲完了bosonic string,创下了记录,他得意的称自己是个“Tachyon”(一种假想的超光速粒子),还说自己就像是赶着马跑的牛仔,同时还把两根手指伸到嘴里吹口哨——可是,他忘了自己的手刚刚拿过粉笔的!于是我们接下来就看到他吐着舌头露出很微妙的表情。

奇怪的考试

Peter执坳的坚持使用一种奇怪的考试方式。他把学生三个三个分成一组,然后对每一组学生化三个小时口试他们。后来为了照顾有些学生不适应口试,又增加了一个小时笔试环节。每到期末之前,他就会拿出一张写满日期的纸,让我们选择合适的两天作为考试的时间,然后他再开始协调学生之间的冲突。有时候,好几个学生会选择同一天,这时候他会当堂抛硬币来决定哪个倒霉鬼被分配到另外的日子。


通常整个考试的过程会花掉他一周的时间。口试的时候,他现会让每个学生讲自己学的最熟悉最透彻的东西。然后就会一边翻自己的讲义,一边轮流让下面三个学生讲这个是什么,那个是什么,如果某个学生没答上来,他会问下一个学生知不知道该怎么回答。不过他对学生倒是非常宽容,口试的时候他会默认学生不会回答,所以如果学生回答上来了,他就会表现得非常非常高兴。这种考试的过程,倒是更像教学的延伸,有时候大家会在考试的过程中理解很多平时学习没有理解的东西。

超引力

群论课让我认识了Peter,但是真正和他熟悉起来,还是通过后来的超对称与超引力。在群论课的时候,Peter就给他下学期的超对称与超引力做了预告。他说,超引力就是在Stony Brook被发明的,可是30年来,居然从来没有人在Stony Brook讲过超引力,ridiculous。众人狂汗不止:老师,超引力是你发明的,你不讲,石溪哪个人敢讲啊。


后来超对称与超引力终于在石溪第一次开出来了。上课的第一天,Peter就跟我们说:“超对称是LHC上要寻找的东西,如果找到了,那我当然很高兴,但是如果没找到,那恐怕我这半年的课就是在浪费你们的时间了。”我们自然是笑。他随后又说,因为超对称里面计算技巧很多,而且很多技巧都是在研究里面很需要的,所以他这学期不仅要教给我们什么是超对称,也要实际向我们演示里面的各种计算,让我们能够对这个方向的研究方法有更直观的认识。而且为了能让我们真正熟悉这个领域,他还要给我们布置作业(他以前上课是从来不给作业的)。

超对称是我第一次接触到70年代后理论物理中形式化的工作。人们期望从一个新的、更广泛的对称性原则出发来完全决定新理论的形式,解决标准模型中存在的各种问题。但是所付出的代价就是把标准模型中的粒子数目翻了一倍,每一个粒子都有它对应的超对称伙伴,现在在LHC上就在努力寻找已知粒子的超对称伙伴。

我因为一开始想做粒子物理,之前看到的相关文献只注重跟高能现象学有关的内容。但是Peter并不只希望我们知道某几个模型就完事,他希望我们能够从更深刻的角度理解超对称,能够明白超对称代数本身的性质、表示。Peter不仅希望我们知道什么样的模型是超对称的,他更希望我们能够学会怎么去自己构造超对称模型使其能够拥有我们所需要的粒子。因此这门课大部分的时间里,Peter都在教给我们各种工具,反倒是很少提到跟现实有关的模型。

我不清楚别的同学怎么看待Peter的思路,我倒是很喜欢他的原则。我觉得,了解MSSM是怎么回事有的是机会,但是能有一个在这个领域工作了多年的老师来讲解他对于这个领域本身的理解是一件非常难得的事情。总之,那一学期我过的非常愉快,学期中我看了一下Weinberg量子场论第三卷:supersymmetry,我发现这是我头一次能轻松愉快的看Weinberg的书。

Peter是一个非常勤奋的人。他自己也像我们承认他没有他师弟Gerard ’t Hooft(1999年诺贝尔奖得主)那么高的天份,很多时候并不能很巧妙的解决一些问题。他所依靠的,只是他的认真和努力。

他讲他们当年做出超引力的故事,为了证明他们找到的模型拥有局域的超对称,他们每天都铺开一张巨大的纸开始计算。最后还是发现他们需要证明两千多个系数是0,无奈之下只好求助与Brookhaven National Lab的一台大型机。他当时都认为这个模型肯定完蛋了,每当机器吐出的纸带上写着0的时候,他就觉得下一个出来的数一定不是0了,当最终得到两千多个0的时候,他都不太敢相信自己的眼睛了。当然,在他们的文章发表之后,其他人发现了这个模型更简单的表述方式,他在讲课的时候也就不用再向我们演示两千多个系数是0了。

不过,Peter毕竟年纪大了,他属于过去一个充满了理想主义的时代,现在的人们渐渐不太能够理解他那种风格了。甚至一些理论所的老师也觉得他的思维方式太形式化了。Peter自己有时候也会流露出意思感伤。他也讲过,在超引力诞生之后,有很多人反对,尤其是他的导师写信问他为什么放了这么个怪物出来。我想,没法得到导师的理解对他的打击一定很大。他把自己的一生都献给了这方面的研究,超对称对他来说是特别的。

在最后一节课上,也许是因为想到自己以后再没有机会讲这门课,他很感伤的说:“很多人反对超对称的概念,认为把粒子数目增加一倍是很ugly的。其实Dirac当年引入反粒子就已经把粒子数增加过一倍了,所以让我们看实验吧,如果实验否定了超对称,那我无话可说,但是如果实验肯定了超对称,那么就让反对的人shut up。”这个乐观幽默的老人在那一瞬还是露出了寂寞的表情。在那一刻,我感到也许他以前所说的“浪费时间”并不仅仅是个玩笑。


(图源:news.stonybrook.edu)


读博士的时间里,我又跟Peter学习了很多门课程。Peter给我的,并不仅仅是好几本厚厚的的笔记,还有无数点点滴滴的回忆。我希望通过这些很琐碎回忆,能够让大家看到一个物理学家真实的一面。他并不是遥不可及的神,而是我们身边活生生的人。他也需要辛苦的努力才能得到他想要的一切,他也会因为自己的工作不被人理解而感到失落,他也会真心的羡慕和尊重那些能做出更好的工作的人,可是他也不会因此就去放弃自己的努力。他是一个可以和你一起在海滩上晒太阳的朋友,可以和你一起讨论未来选择的长辈,可以一起在图书馆用一些老古董的技巧重新去验证一些已知的结论的老师。

有一些大师就像光芒四射的太阳,他们的出现掩盖了同时代所有人的光芒,人们对他们只能仰视;有一些大师就像是灯塔,他们的光芒吸引着人们向他们的方向继续努力。对我来说,Peter就是这样的灯塔,一直在给我继续努力的勇气……


本文最初于2008年10月25日(Peter van Nieuwenhuizen的70岁生日前一天),发表在作者个人博客gaugephoenix.wordpress.com。时隔11年,作者对内容进行修订后授权“赛先生”发表。



文章头图及封面图片来源:news.stonybrook.edu

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1 条评论
评论
  • 2019/08/09

    确实是一位值得尊敬的科学家

《赛先生》微信公众号创刊于2014年7月,创始人为饶毅、鲁白、谢宇三位学者,成为国内首个由知名科学家创办并担任主编的科学传播新媒体平台,共同致力于让科学文化在中国本土扎根。
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