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Week40-Truth and Beauty

书名:莎士比亚、牛顿和贝多芬:不同的创造模式

作者:S.钱德拉塞卡(Subrahmanyan Chandrasekhar)

选读章节:

诺拉与爱德华·赖森讲座 (1975)| 莎士比亚、牛顿和贝多芬:不同的创造模式;

美与科学对美的探求;

附录-寻求秩序:钱德拉塞卡对黑洞、蓝天和科学创造力的思考

概览卡

1、本书反映我对科学研究的的动机和科学创造模式的一些观点」 2、有两条交错的线索:一条线索是关于在科学中对美的追求,另一条线索是关于艺术和科学中不同创造模式的起源(1975年讲演中明确提出)

  • 出处:前言

科学工作者 VS 艺术工作者

4个科学家:麦克韦斯、斯托克斯、爱因斯坦、瑞利

  • 出处:P56

金句卡1:科学家的创造力

  • 如果一位年过60的科学家喜欢对青年人的成就指手画脚,那很可能害多益烧。但是,如果你只做你所理解的事,那情况就可能不同了。(瑞利的儿子问父亲,当时瑞利67岁。一位自始至终稳定连贯地产出创造性科学成就的物理学家)
  • 出处:P59

人名卡:苏布拉马尼扬 · 钱德拉塞卡

S.钱德拉塞卡(Subrahmanyan Chandrasekhar,1910-1995)印度裔美籍物理学家、天体物理学家。 据钱德拉塞卡的自述,他12岁之前的教育是父母在家完成的。他的父亲是一位审计局的公务员,母亲也是一名知识分子,曾将亨利克·易卜生的剧作《玩偶之家》翻译成泰米尔语。1930年获得诺奖的印度物理学家钱德拉塞卡拉·文卡塔·拉曼(Chandrasekhara Venkata Raman, 1888-1970),则是钱德拉塞卡的舅舅(?)。

拉曼与钱德拉塞卡.jpg 1933年夏天获得剑桥大学的博士学位,并且在当年十月成为三一学院的研究员(三一学院就是牛顿19岁时入读剑桥的学员),他在这段时期认识了天文学家亚瑟·爱丁顿与爱德华·亚瑟·米尔恩。 1937年~1995年任教于芝加哥大学。

1983年因在星体结构和进化的研究而与另一位美国体物理学家威廉·福勒共同获诺贝尔物理学奖。

钱德拉塞卡兴趣广泛,年轻时曾学习过德语,并读遍自莎士比亚到托马斯·哈代时代的各种文学作品。

1952年至1971年担任天文物理期刊的总编辑。从1990年至1995年之间,他曾研读牛顿的《自然哲学的数学原理》,并在1995年出版了Newton's Principia for the Common Reader。

1995年因心脏衰竭去世于芝加哥。他一生中写了约400篇论文。

钱德拉塞卡在诺贝尔网站的个人小传中如此综述自己的科研心情:

And when after some years of study, I feel that I have accumulated a sufficient body of knowledge and achieved a view of my own, I have the urge to present my point of view, ab initio, in a coherent account with order, form, and structure.

1.44倍:钱德拉塞卡极限

一颗大质量的恒星不会停留在白矮星阶段,我们应该考虑其他的可能性。

当时的他几乎已说出现在黑洞的概念:恒星会持续塌缩,这颗星体积会越变越小、密度越来越大,直到......

1930 年 7 月 31 日,20岁的钱德拉从孟买上船,前往英国剑桥大学继续深造。在 3 个月的航程中,他随身携带着三本书:爱丁顿的《恒星内部结构》、康普顿的《X 射线和电子》,以及索末菲的《原子结构和光谱线》。

当时钱德拉塞卡手上有一篇福勒关于白矮星 「致密状态」 解释的论文。

根据费米 - 狄拉克统计,福勒解释道:

在这种致密状态下,电子会被 “压” 到它原来可活动空间小 10000 倍的 “格子” 中,被称为「电子简并态」。这种状态产生的 「简并压力」 非常大,大到可以抵抗引力的收缩。

福勒这一解释得到了当时主流科学界的认同,完美地揭开了白矮星为何拥有如此高密度的谜底。他不自觉地就拿起笔来,试图将爱因斯坦的相对论引入福勒的论文中,想要求出一个更加简洁的相对论推广。经过多次重复推演和计算后,钱德拉发现并不是所有恒星都能演化成白矮星,这是有一定质量极限的。

钱德拉塞卡风格

我的动机不是为了解决一个单一的问题,我需要的是对整个领域有一种透视的看法。

在天体物理学领域里,一般人认为40岁的理论家都已经远远超过了作出重要发现的黄金年龄,但年已63岁的钱德拉塞卡依然会强迫自己放弃已经驾轻就熟的课题。 每当他投入工作时,他就会坐在一张非常整齐、清洁的书桌前,寻觅数学的秩序;而且每天至少工作12小时,一周工作7天。如此勤奋工作约10年左右,当他得到了「某种见解」以后才罢休——也就是说,直到宇宙的某一个方面已经完全约化为一组方程时才罢休。然后,把他研究的结果写在一本书里,就不再注意这个研究课题,而去寻找天体物理学领域里另一个完全不同的课题,重新埋头研究下去。这种研究风格被人们称为「钱德拉风格」。

关于工作风格,钱德拉塞卡自己是怎么看的呢?

我追求科学的方式给我带来不幸的事实是,它扭曲了我的个性。我不得不放弃生活中其他一些兴趣,例如文学、音乐、旅游等等。我把所有的时间都奉献给了科学事业。我想精读莎士比亚所有的剧本,一个字也不漏,一行也不漏。但我总是没有时间去读。如果我能满足我的兴趣,我将成为另样的一个人,这点我十分清楚。我不知道,能不能用遗憾这个词表达我的这种感觉。但人迟早总会习惯这些损失,人总不会跟自己过不去,他总得跟自己妥协。要把事物整理得有条有理,那总是要花费一定的时间的。

科学小八卦:和爱丁顿的相爱相杀

2017年10月18日,我打开 Google 的首页,目光被可爱的「星球天平大战」Doodle 吸引。点开一看,才知道这是为了纪念印度裔天文物理学家苏布拉马尼扬 ·钱德拉塞卡逝世。由此,我重新拾起两个月前翻阅过的《 Truth And Beauty:不同的创造模式》,再度温习这位孤独科学家的一生。

20 出头的杨振宁和李政道在芝加哥大学参加了一个天体物理学高级研讨班。整个教室只有三个人。除了杨、李两位学生外,第三人就是老师钱德拉塞卡博士。后来,两位学生都功成名就,这位老师却依然被遗忘。尽管钱德拉塞卡在20岁就提出了足够分量的理论——恒星都能演化成白矮星,存在一定质量极限的——这个被称为「钱德拉塞卡极限」的概念,历经半个世纪的打压、漠视,直至两鬓斑白的 73 岁,钱德拉才终于接过诺贝尔的奖座。

钱德拉塞卡一生的孤独,乃至每十年就转换一个新课题的研究风格,与一个名字无不关联:亚瑟 · 爱丁顿。

他们的友谊,还被拍成了电影《爱因斯坦与爱丁顿》

爱丁顿(左)与钱德拉塞卡(右).png

尽管历经多年抗争,钱德拉塞卡选择了原谅当年高傲的爱丁顿。爱丁顿去世后,……

爱丁顿的赞美之词将使我那时在科学界的地位有根本的改变,我会在天文学界里大有名气。但我的确不知道,在那种诱惑的魔力面前我会怎么样。有多少年轻人在功成名就之后,还能长久保持青春活力呢?即使是20年代里对量子力学作过伟大贡献的科学家——我指的是狄拉克、海森堡、福勒——即使是麦克斯韦和爱因斯坦,也未能始终如一。

——《钱德拉塞卡对黑洞、蓝天和科学创造力的思考》

人名卡2:维尔纳·海森堡

维尔纳·海森堡(Werner Heisenberg,1901-1976),德国物理学家,量子力学创始人之一,哥本哈根学派代表性人物。 海森堡的名字一直都和他的量子力学理论联系在一起。这一理论发表时他年仅23岁,他也因为提出这一理论及其应用(尤其是氢的自旋异构体发现),获得了1932年的诺贝尔物理学奖。 1953年成为洪堡基金会的主席。 他对物理学的主要贡献是给出了量子力学的矩阵形式(矩阵力学),提出了「不确定性原理」(又称「海森堡不确定性原理」)和S矩阵理论等。 海森堡爱好经典音乐,是个出色的钢琴手,1937年与伊丽莎白·徐赫(Elisabeth Schophauer)结婚,生有7个孩子,居住在慕尼黑。海森堡在1976年2月1日因癌症于家中逝世。

海森堡之谜

如果说玻尔-爱因斯坦之争是二十世纪科学史上最有名的辩论,那么海森堡在二战中的角色恐怕就是二十世纪科学史上最大的谜题。 纳粹德国为什么没能造出原子弹?战争甫一爆发,德国就展开了原子弹的研究计划。那时是1939年,全世界只有德国一家在进行这样一个原子能的军事应用项目。德国占领着世界上最大的铀矿(在捷克斯洛伐克),拥有世界上最强大的化学工业,还有世界上最好的科学家:劳厄(1914年诺贝尔物理奖)、波特(Bothe,获1954诺贝尔物理奖)、盖革(盖革计数器的发明者,他进行了α散射实验)、魏扎克(Karl von Weizsacker)、巴格(Erich Bagge)、迪布纳(Kurt Diebner)、格拉赫(Walther Gerlach)、沃兹(Karl Wirtz)……当然,他们还有定海神针海森堡,这位20世纪最伟大的物理学家之一。所有的这些科学家都参与了希特勒的原子弹计划,成为「铀俱乐部」的成员之一,海森堡是这个计划的总负责人。 海森堡本人提供的一种说法称,他其实并不信任希特勒政权,因此在尽力拖延纳粹德国的研究计划。但曼哈顿计划(美国陆军部研制原子弹计划)重要领导人古德施密特等一些人对这种说法嗤之以鼻,他认为恰恰是海森堡的无能导致纳粹德国的核武器计划失败。 1944年5月3日,也就是希特勒夫妇自杀后的第四天,盟军到海森堡家中抓住了这个「第一目标」。这位科学家倒是表现得颇有风度,他礼貌地介绍自己的妻子和孩子们,并问那些美国大兵,他们觉得德国的风景如何。到了5月7日,德国便投降了。

Heisenberg.jpg

金句卡2:关于美

  • 美是各部分之间以及各部分与整体之间固有的和谐。—— 海森堡 ,《精确科学中美的意义》

20170721-Week40-莎士比亚、牛顿和贝多芬-海森堡谈「美」.png

  • 数学是美的原型。—— 开普勒(Johannes Kepler,1571-1630) 。 在《世界的和谐》中,他尝试用音乐解释自然世界的比例,特别是天文学与占星学方面。「和谐」的中心是「天体音乐」,而毕达哥拉斯、托勒密以及开普勒之前的许多人都对天体音乐进行过研究。

从科学到诗歌

雪莱(Percy Bysshe Shelley ,1792-1822) 在《诗的辩护》(1821)里,对科学耕耘所说的话:

科学已经扩大了人们统辖外在世界的王国的范围,但是,由于缺少诗的才能,这些科学的研究反而按比例地限制了内在世界的领域;而且人既然已经使用自然力做奴隶,但是人自身反而依然是一个奴隶。 毋庸置疑,从功利这种狭义的意义上说,提倡功利的人们在社会上也有他们应尽的义务。他们追随诗人的足迹,把诗人的种种创作中的素描抄写的日常生活的书本上。他们让出空间,他们给予时间。

20170721-雪莱,为诗辩护.png

诗歌卡

雪莱的《西风颂》,雪莱「三大頌」詩歌中的一首,寫於1819年。 「如果冬天來了,春天還會遠嗎? 」

雪萊(1792—1822),19世紀英國著名浪漫主義詩人。出生在一個古老而保守的貴族家庭。少年時在皇家的伊頓公學就讀。1810年入牛津大學學習,開始追求民主自由。1811年,詩人因為寫作哲學論文推理上帝的不存在,宣傳無神論,被學校開除;也因此得罪父親,離家獨居。1812年,詩人又偕同新婚的妻子赴愛爾蘭參加那兒人們反抗英國統治的鬥爭,遭到英國統治階級的忌恨。1814年,詩人與妻子離婚,與瑪麗小姐結合。英國當局趁機對詩人大加誹謗中傷,詩人憤然離開祖國,旅居意大利。1822年7月8日,詩人出海航行遭遇暴風雨,溺水而亡。詩人一生創作了大量優秀的抒情詩及政治詩,《致雲雀》、《西風頌》、《自由頌》、《解放了的普羅米修斯》、 《暴政的假面遊行》等詩傳唱不衰。


20170722@NIANG Coffee