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【人物专访】 爱德华·威滕(Edward Witten)

他文科出身,荣获数学最高奖菲尔兹。同行认为他是“爱因斯坦的后继者”,在“最聪明的在世物理学家”提名中,他获得了最多投票。 跨世纪天才却并不承认自己是天才,他坦承自己大部分时间都在困惑中度过。


科学网 2024-09-23

瘦高的爱德华·威滕(Edward Witten)拿着笔记本快步走进约定好的采访间,露出他标志性的微笑,身穿格子POLO衫配牛仔裤,他看上去远没有实际年龄73岁那么大。

爱德华·威滕身上有很多“标签”:

最强文科生——本科主修历史学和语言学,梦想成为记者或从政。曾加入前民主党总统候选人乔治·麦戈文(George McGover)的竞选团队,后来发现自己真正的天赋在于数学和物理,并通过潜心钻研成为弦理论和量子场论大师级科学家。

得数学大奖的物理学家——1981年,爱德华·威滕证明了广义相对论中的正能量定理;一年之后,他又发现了物理中的超对称与莫尔斯理论的巧妙联系;20世纪80年代末,他又开创性地提出了拓扑量子场论,用物理中的量子场论技术得到低维流形中的拓扑不变量。因为这些跨领域的卓越贡献,他于1990年获得了数学界最高奖菲尔兹奖,也是迄今为止唯一一位被授予菲尔兹奖的物理学家。

爱因斯坦的后继者——爱因斯坦广义相对论中的一个重要问题是正能量定理的证明。1981年,爱德华·威滕利用源于物理中经典超引力的思想,对正能量猜测给出了一个十分简洁而直观的物理证明。同行认为他是“爱因斯坦的后继者”,在“最聪明的在世物理学家”提名中,他获得了最多投票。

然而,对于这些“标签”,爱德华·威滕笑着让记者“别当真”(I don't take it seriously)。他坦承,自己大部分时间都在困惑中度过。而面对困惑,他会让自己休息,或者换一个简单但同样有趣的问题思考。他认为,我们大多数人应“灵活地确定目标,寻找机会,这样才会做得更好”。因为鲜有人能像数学家安德鲁·怀尔斯(Andrew Wiles)一样,8年什么也不做,只想证明费马大定理并取得成功。

爱德华·威滕确实是个天才科学家,但他也承认自己本科期间走了“弯路”。正是这段“弯路”,让他发现了自己在数学物理领域的天赋,而后不断尝试获得成就。

在他看来,没有所谓从事科学研究“最好的年龄”。他自认为在44岁左右取得了重大突破。爱德华·威滕还在持续不断地学习,45岁学网球、快70岁学钢琴……采访结束后,他快步走向了1公里外的会场,那里有一场关于几何分析与广义相对论研究的报告。

44岁取得突破,“我不会承认自己是天才”

《中国科学报》:你在历史、政治和理论物理等领域都有涉猎,是什么促使你做出跨界的选择?在探索不同领域的过程中,你是如何找到一生志业的?

爱德华·威滕:

你知道,很多时候,人在年轻的时候并没有意识到自己的天赋所在。如果我在本科时期就学习物理和数学,那会更容易些。但我很幸运做出改变。我发现在做那些事情上(文科)没有那么多天赋,这才使得我意识到自己更适合物理学。

《中国科学报》:你被大家认为是天才型学者,在你的人生中,有没有经历过迷茫、困惑时刻?你是如何应对和克服这些挑战的?

爱德华·威滕:

首先我不会承认自己是天才(笑)。我向你保证,我大部分时间都在困惑中度过,我想几乎所有研究者都是这样。要找到正确的问题很难。即使你找到了正确的问题,大多数时候你也不知道该怎么做。所以,大多数的情况是,早上来到办公室,一天结束了,什么都没发生。

在毫无进展时,我会暂停手头的研究,换一个稍微简单但同样有趣的问题。这也许会让我在无所事事的几个月后取得进展,也能帮助我更好地理解之前做的工作。就像2023年春天,我休息了一段时间。在那之后,我有了一个很有趣的想法。一旦被卡住了就休息,就是这样。

最近,我最感兴趣的是引力和量子力学之间的关系。然而,在过去的几个月里,我在这方面没有取得太多进展。所以我休息了一段时间,转而研究与弦理论在特定类型时空中的行为相关的课题。

《中国科学报》:许多人认为35岁是一个年龄门槛,你认为科学研究有所谓“最好的年龄”吗?

爱德华·威滕:

每个科学家的情况都不一样,就我而言,我在1994年和1995年做得最好,而当时我已经43、44岁了。

“每10年就有一个亲密的合作者”

《中国科学报》:你曾掀起了弦论的两次革命,请问是什么样的学术环境或个人特质帮助你取得了这样的成就?

爱德华·威滕:

我很幸运能在正确的时间和地点与合适的人合作,尤其是我在1994年和1995年的工作,也就是你提到的弦论工作。部分是我和同事内森·塞伯格(Nathan Seiberg)合作完成的。我们研究的问题不是我一个人就能解决的,所以,我很幸运能找到合适的合作者。

我个人只是发现了一些不错的线索,但有时记者会夸大我的贡献,其实工作是由许多研究者共同完成的。我做研究将近半个世纪了,50年里有四五个亲密的合作者,这意味着大约每10年就有一个。

《中国科学报》:你与中国科学家有过许多合作经历,比如著名理论物理学者文小刚曾在你的指导下学习超弦理论。你对中国合作者的印象如何?

爱德华·威滕:

我和许多年轻有为的中国学者合作过,他们曾在美国普林斯顿大学学习过。

文小刚还是我的学生时,正在研究弦理论和粒子物理学。他所做的值得关注的工作是关于弦理论中的磁单极子。实际上,我们共同取得了分数电荷相关的发现。我认为这是一个有趣的结果。

后来文小刚去美国加州大学圣巴巴拉分校做博士后,那里有很多关于凝聚态物理与粒子物理关系的有趣研究。我认为他在凝聚态物理方面最重要的工作涉及拓扑场论,这也是我参与开创的一个方向。但我只在拓扑场论在凝聚态物理中的应用方面做了少部分研究,主要是小刚做的。

我认为文小刚是极其优秀的研究者,他是我最好的学生之一。

至于中国学者的共同特点,实际上,科学是普遍的,在很大程度上与特定的文化无关。与杰出的中国物理学家交流,就像与其他国家的杰出物理学家交流一样。我们相信,科学是人们继续合作的领域之一。

近年来,中国在理论物理领域的进步非常迅速,我相信用不了多久,中国将成为领域的领导者之一。

“唯一的办法就是去尝试”

《中国科学报》:不少人认为理论物理领域似乎进入了一段平台期,你怎么看?你觉得下一个突破口会是什么?

爱德华·威滕:

科学进步从来都不容易。它永远需要努力工作,也永远无法保证你能取得什么成就。我们不知道极限在哪里、不知道还能走多远。要想知道,唯一的办法就是去尝试。

至于下一个突破口,最近我被问过好几次这个问题。

我的其中一个想法与我一直提到的量子力学和引力的方向有关,它也许是最先可能取得突破的“黑马”——在时间依赖背景下的弦理论。不过,我们对此了解得并不多,现在我不得不承认,我已经琢磨了很久,但仍有待突破。

我认为科学研究最难的就是找到合适的问题。你必须找到一个既简单又有趣的问题,既能让你取得进展,又能让你在解决问题的过程中有所学习。而这样的问题很难找到。

很少有人像安德鲁·怀尔斯那样,8年来什么也不做,一心只想证明费马大定理,并最终取得了成功。但对我们大多数人来说,花8年时间沉迷于一件非常想做的工作,最终很可能一无所获。因此,我们大多数人必须更加灵活,在某一段时间做自己有能力做到的工作。

虽然有时候进步似乎并没有那么快,但如果你回顾过去几十年,就会发现确实发生了变化。

“年轻人要尽量保持开放态度”

《中国科学报》:在科研领域,是什么让你保持动力?

爱德华·威滕:

科学研究很艰苦,但我充满好奇和兴趣。我相信,对于那些在物理和数学研究领域取得成功的人来说,虽然偶尔会感到疲倦,但保持动力并不是问题。

我的导师戴维·格罗斯(David Gross)曾将科研比喻为登山。意思是说,偶尔我们会到达山顶,但在大部分时间里,我们都在一步一步走着。虽然没有发生质变,但乐在其中。

也许10年后你问我这个问题,我会告诉你“我太累了,没时间做研究了”。但现在,我还没有失去动力。

《中国科学报》:对于有志于从事物理学研究的年轻学者,你有什么建议或忠告?

爱德华·威滕:

年轻时就尽你所能去学习,并且要灵活。不要对你想解决的问题抱有太多先入之见,要对不同的机会持开放态度。有些人决心只解决一个问题,他们成功了。但大多数人,在大多数时候,如果能灵活地确定目标,寻找机会,会做得更好。年轻人需要应对不同的环境,对别人提出的你意想不到的新想法作出反应。

《中国科学报》:你在日常生活中有哪些兴趣爱好?

爱德华·威滕:

我从45岁开始打网球。大约四五年前,我开始学钢琴。其实过去我一直希望能学点音乐,但一直没有机会,现在我仍是个初学者。当然啦,我也喜欢和妻子一起照顾孙辈。我们有两个孙女,分别是14岁和11岁。在开启这次中国之旅前,我带她们去意大利南部待了几个星期。