寇曼教授-科學人雜誌 Back to Top
形上集

寇曼教授

2007-12-01 高涌泉
這位20世紀下半葉最為人敬重的量子場論老師,長得像愛因斯坦,說話像伍迪艾倫。


又見大師殞落,美國哈佛大學物理教授希尼寇曼(Sidney Coleman)在11月18日過世了,享年70。他是20世紀下半葉最為人敬重的量子場論老師,好幾代的理論物理學生都是藉由他精彩的講義與論文才進入了壯麗的場論殿堂。量子場論是困難的學問,裡頭有種種微妙的概念,真能參透玄奧遊刃有餘的高手舉世不多,寇曼就是其中之一。他的同事、也是場論專家的溫伯格(Steven Weinberg,1979年諾貝爾獎得主)這麼說他:「寇曼是理論學家中的理論學家,他在意的不是如何解釋最新的實驗數據,而是要深刻了解理論的真正意義。我從寇曼那裡所學到的物理比從其他人所學到的還要多。」


量子場論的歷史就是粒子理論物理的歷史,有高潮也有低潮。1960年代是量子場論的黯淡期,因為大家相信儘管它已很成功地處理了電磁交互作用,卻無法拿來對付強交互作用。反之到了1970年代,由於規範對稱、自發對稱破壞與重整化群等概念成熟了,人們得以發展出高明的理論工具,順利建構起精準的弱作用與強作用理論。這是量子場論的黃金時期,也是寇曼意氣風發之際。他那時每年夏天會到義大利西西里島的艾瑞奇參加粒子物理夏季學校,演講最新的理論進展。寇曼的解說既生動又鞭辟入裡,他的講義每一公佈,立刻傳遍全世界。我還記得30年前,在台灣就已能從學長那裡拿到寇曼的講義影本。後來寇曼將這些講義結集成書,名為《對稱面面觀》(Aspects of Symmetry),是我上場論課時必向學生推薦的好書之一。


有人形容寇曼「長得像愛因斯坦,說話像伍迪艾倫」,也就是說他除了一臉聰明相之外,還非常機智風趣。他對任何人都非常親切,很受學生愛戴。物理學家之間流傳著寇曼的許多軼事,我舉兩例:一、寇曼是夜貓子,常常在中午過後才出現在辦公室,有次學校要排他教上午九點的課,他回說:「抱歉,我沒有辦法那麼晚還不睡。」二、有回溫伯格在例行午餐討論會上演講,寇曼到達時,演講已結束,他只聽到溫伯格在回答別人提問時說:「抱歉,我沒想過這問題,我不知道答案。」寇曼一聽馬上就邊走邊先說:「我知道答案,」然後走到椅子坐下來問:「問題是什麼?」接著不慌不忙地給了正確的答案。


寇曼沒有拿過諾貝爾獎,但是卻教出了諾貝爾獎得主:他的學生波利徹(H. David Politzer)在和他學習了規範場論與重整化群之後,決定算出楊振寧–密爾斯規範場論的交互作用強度如何隨著粒子間距離而變。波利徹發現如果距離減小,交互作用強度竟然不升反降,這項出人意料之外的性質被稱為「漸近自由」。除了波利徹,普林斯頓大學教授葛羅斯(David J. Gross)與其學生威爾切克(Frank Wilczek)也同時發現了這個結果。由於漸近自由可以解釋夸克的行為,波利徹等三人即為此共獲2004年諾貝爾物理獎。漸近自由發現之時,寇曼正休假在普林斯頓訪問,所以寇曼是三人工作的見證者,並也在旁無私地提供了協助。威爾切克在他的諾貝爾獎演講稿中說:「寇曼這麼聰明的人對於我們的計算表示興趣,實在是極大的鼓舞。」


我還是研究生時,寒暑假偶而會在學校見到寇曼,聽說他是因為母親住在柏克萊,所以常來加州柏克萊大學訪問。我當時對於三維規範場理論中所謂的「拓撲質量」極感興趣:這種質量項一方面具有拓撲性質,一方面可以由量子效應產生出來,是頗有意思的東西。我從其拓撲性質推測此種質量項不可能有高階量子修正,也做了低階(但已相當複雜)的計算去檢驗,結果跟預期相符。可是我無法證明這項推測就一般情形也成立。半年後我得知寇曼與他的學生希爾(B. Hill)證明出了我們的猜測,我那時的心情就和威爾切克講稿所說的類似:有寇曼這樣的人對於我們的計算表示興趣,實在是榮幸。


# 關鍵字:名家專欄物理形上集
更多文章
活動推薦更多
追蹤科學人