黑洞故事的英雄说：第一次遇见爱因斯坦，我才 22 岁

luyuanhong

黑洞故事的英雄说：第一次遇见爱因斯坦，我才 22 岁

来源：世界科学 2024 年 08 月 02 日 21:46 上海

他对物理学总是保有一种令人震惊的洞察力，而且没有什么理论物理学主题是他尚未深入思考过的。

——约翰·惠勒

约翰·阿奇博尔德·惠勒（John Archibald Wheeler）是美国物理开拓时期杰出的理论物理学家。他职业生涯的大部分时光都在普林斯顿大学度过，从事原子核结构、粒子理论、广义相对论及宇宙学等研究。

惠勒是广义相对论和量子引力研究领域领军人物，也是“黑洞”“量子泡沫”“中子慢化剂”“虫洞”“比特”等概念的首创者，还创造性地提出了“单电子宇宙”的假设。斯蒂芬·霍金称他为“黑洞故事的英雄”。

惠勒的代表作有《宇宙逍遥》（At Home in the Universe）、《约翰·惠勒自传》（Geons, Black Holes and Quantum Foam: A Life in Physics）等。
在美国文学经纪人约翰·布罗克曼（John Brockman）的邀请下，惠勒讲述了自己与爱因斯坦的人生交集，受到了对方怎样的影响，以及他眼中——爱因斯坦对科学、文化和人类想象力的深远影响。


爱因斯坦（左一）和惠勒（右一）

1933 年秋天第一次遇见爱因斯坦时，我才 22 岁，是一名初出茅庐的博士生。爱因斯坦那时 54 岁，是世界上最知名的科学家。那时的我年少轻狂，坚定地认为我对理论物理学的前沿领域——核物理、电子、正电子和光子的量子理论（配对理论，我们那时是这么称呼的）有着清晰的认识。那时我想研究前沿领域，清楚地注意到爱因斯坦有条研究路线必定会走入死胡同。

我们相遇的场合是爱因斯坦在普林斯顿大学的第一场演讲，当时他也是刚刚到达这里，在普林斯顿高等研究院就职。由于害怕引起大规模围观，这场演讲并没有对外部公开。当时普林斯顿大学一位之后成了我好朋友的教授尤金·维格纳（Eugene Wigner）致电纽约大学的格雷戈里·布赖特（Gregory Breit），并邀请他来参加讲座。我那时是布赖特的博士后，他邀请我一起去。于是，我们坐火车来到了普林斯顿，由于火车遭遇了一位农民的卡车（还好没什么大事）而稍有延误。到了普林斯顿大学后，霍华德·罗伯逊（Howard Robertson）将我们介绍给了爱因斯坦（我印象中是这样），之后听取了爱因斯坦关于统一场论的讲座。演讲结束后，我们常规地交流和讨论了一会儿，之后便回到了纽约。

令我印象深刻的是爱因斯坦清晰的表述能力和他对梦想的固执追求，而对于他的梦想本身——引力和电磁力统一场论，并没有什么印象。

爱因斯坦带着一种自嘲的幽默感表达对自己当前研究工作的怀疑。我那时被说服了，并一直认为如果物理世界真的存在统一场论，那么就一定不只有引力和电磁力，一定还包含量子实体，比如费米子。谁知道呢，可能弦理论才是正确的。

现在想来，那时的我虽然有些鲁莽，但并没有错。爱因斯坦的重要发现已经是过去式了，他试图统一引力和电磁力的努力不会有什么结果。然而，他对物理学总是保有一种令人震惊的洞察力，而且没有什么理论物理学主题是他尚未深入思考过的，这些都是非常值得我学习的。

北卡罗来纳大学的一次短期休假给了我第一次结识爱因斯坦的机会。在普林斯顿高等研究院学习的那几个月，也就是 1936 年 12 月到 1937 年 3 月，我开始感激爱因斯坦为我这位年轻的理论学家所提供的东西。我在这里第一次演讲时，仅仅是他的出现就让我备受鼓舞。那天我早早地到达演讲大厅时，爱因斯坦已经坐在那里了，他是第一位到达的观众。

1938 年进入普林斯顿大学之后，我开始定期地约访爱因斯坦。通常我们会在爱因斯坦位于美世街 112 号的家中的二楼书房见面，而非研究院。他总是很慈祥，带点儿固执，无忧无虑且乐于助人。虽然我们变得亲近且友好，但从未成为亲密的朋友。在年龄、声誉、文化背景和世界观方面，我们俩之间存在着无法弥合的差异。然而在余生里，爱因斯坦一直是我最重要的导师和决策咨询人。

1939 年 1 月，尼尔斯·玻尔（Niels Bohr）从丹麦起航，到普林斯顿待了几个月。他和爱因斯坦可以再次进行他们已经非常著名的关于量子理论的“辩论”（其实是友好的讨论）。然而就在玻尔刚要起航回国时，他收到了核裂变的信息，于是改变了这一行程。我想说的是，对自己在阻止这些讨论发生的事情中所扮演的角色，我感到很内疚。玻尔和爱因斯坦都喜欢既轻松惬意又能延续过去的主题的“辩论”。不过那年冬天和来年早春，玻尔选择和我一起专注地研究核裂变。即使玻尔的办公室就在爱因斯坦位于普林斯顿大学费恩大厅的办公室隔壁，他们俩也很少在一起。直到研究院位于城镇另一头的第一座大楼在 1939 年完工前，爱因斯坦和研究院其他同事都居住在大学校园里。

不久之后，一个偶然的机会让我加入了爱因斯坦的量子“辩论”。1941 年，我的一位天赋异禀的研究生理查德·费曼（Richard Feynman）想出了一个量子理论的路径积分方法（我将其改名为“历史求和法”），于是，我安排了一次跟爱因斯坦的会面，激动地冲进他的办公室跟他说这个方法，想知道他的回应。费曼的方法提供了一种基本原理，可以用来解释量子力学的概率特征问题，而这个问题一直困扰着爱因斯坦。如果一个粒子能一次沿着所有路径到达目的地（虚拟路径）——这也是历史求和法的本质，那么我们就不需要再考虑粒子如何“决定”该走哪条路的深奥问题。我解释了这个想法并说道：“关于这种解释量子力学的新方法，你不觉得这是完全可行的吗？”

爱因斯坦不为所动。“我仍然不相信上帝会掷骰子。”他回答道。正如爱因斯坦自己所形容的，他就像头骡子一样倔。没有什么能动摇他的坚定信念：量子力学在核心问题上存在缺陷。

第二次有机会向爱因斯坦咨询关于我跟费曼的研究课题，是在 20 世纪 40 年代后期，也就是在我从第二次世界大战的武器研究工作回来之后。当时费曼正在普林斯顿大学访问，和我一起去了美世街。这次的谈论主题是经典物理学，爱因斯坦对量子力学的敏感反应没有影响到这次讨论。我和费曼决定将电磁理论中的“场”去掉，结果我们欣喜地发现，整个理论确实可以用“超距作用”理论来解释，而无须用到场，只要我们接受了“超前”作用的事实，也就是结果先于原因发生。我们的研究还得出了一个有趣结论，在一个粒子非常少的世界，时间可以随意前进或倒流，使得未来影响过去成为常态；然而相反的是，我们的世界充满了无数粒子，远距离上的所有辐射吸收者的联合作用抑制了时间倒流的效应，这才产生了我们所观测到的只朝一个方向流逝的时间。

和爱因斯坦讨论这个是很自然的一件事。他点头表示同意和理解。他相信，电磁学的基本定律不包含时间向前流逝而非向后倒流的偏向。他说，观测到的时间单向流动源于统计，这是因为宇宙中有大量粒子的相互作用。这就是爱因斯坦惊人直觉的最佳体现。我和费曼历经了漫长的计算才有所发现，而爱因斯坦仅凭猜想就得出了结果。

幸好早先与爱因斯坦有过一次对话，我早在 1909 年就知道了爱因斯坦当年和瑞士物理学家沃尔特·里茨（Walter Ritz）联合发表了一篇论文。这是一篇非比寻常的论文，原因有两方面：第一，它提出了观点，而非展示成果；第二，两位作者并未达成一致。在这篇论文中，里茨认为自然的不可逆状态（时间的单向流动）是自然本身的基础法则；而爱因斯坦的观点则相反，“不可逆状态完全依赖于概率考量”。我和费曼 40 年后所做的研究验证了爱因斯坦的观点。

本文选自《我的爱因斯坦》