伟大物理学家之一、诺奖得主史蒂文·温伯格：如何用研究改变世界选自quantamagazine作者：NimaArka

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作者：NimaArkani-Hamed
机器之心编译
编辑：陈萍
温伯格的贡献将永远光耀物理世界。
2021年7月24日（北京时间），当代最伟大的物理学家之一史蒂文?温伯格（StevenWeinberg）教授在美国逝世，享年88岁。温伯格因提出电弱统一理论获得了1979年诺贝尔物理学奖。以此为基础，基础物理学被彻底改变了，他是量子场论的大师，能把复杂的理论以全新的方式重构并解释，其独特的思想以及诸多著作影响了几代物理学者，并将持续给予后来者灵感。

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1977年，温伯格在美国物理学会会议上，他在粒子物理学方面的工作重新定义了我们对宇宙的理解。
温伯格是当代最伟大的物理学家之一
统一和对称的主题推动了温伯格的研究，并成就了他在电弱统一理论方面的重大突破，该理论揭示了宇宙中四种基本力中的两种力之间存在的隐藏的统一。一般来说，电磁力和弱力似乎完全不同：我们在日常生活中将电磁波视为光，而负责放射性的弱力则在亚核尺度上起作用。温伯格意识到，在非常高的能量下，这两种力应该是交织在一起的，这被称为杨-米尔斯理论，该理论的方程有一种特殊的性质——规范对称（gaugesymmetry）。
但是这种基本的共性被所谓的希格斯机制掩盖，该机制为基本粒子如电子、W粒子、Z粒子（介导短程弱相互作用）生成质量，同时使长程光子的质量为零。 1967年希格斯为实现这一愿景对提出的模型做出了许多详细的预测，并在20世纪70年代和80年代的实验中得到了证实，并在2012年有研究发现了希格斯粒子。 1979年，温伯格与另外两位物理学家谢尔登·格拉肖（SheldonGlashow）和阿卜杜勒·萨拉姆（AbdusSalam）一起获得了诺贝尔物理学奖，它是粒子物理学标准模型的支柱。

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1979年温伯格获得诺贝尔物理学奖，他的学生表示祝贺。
温伯格更关心自然法则的一般属性而不是特定模型。他有一种明确无误的风格，即对问题从一般原则开始讨论，并发展出系统的论据链，一步一步逐步进行，这对他来说似乎是不可避免的过程。他也热爱数学，并将其用作描述世界的工具。温伯格提出了一些简单而深刻的问题，例如：为什么用量子场论来描述自然？为什么关于基本粒子及其相互作用的性质的描述如此之少?
面对这些问题，温伯格从不同的角度重新构想了量子场论，以狭义相对论、量子力学和粒子概念为起点。在他的早期工作中，他研究了由无质量粒子、光子和引力子介导的长程力，如电磁力和引力。像所有基本粒子一样，这些粒子具有内在角动量或自旋，以量化单位表示：光子自旋为1 ，引力子自旋为2 。
温伯格的研究表明：狭义相对论和量子力学对无质量粒子的相互作用施加了惊人的限制。自旋1粒子必须由方程具有规范对称性的理论来描述，而自旋2粒子必须具有引力子的特性，并且对所有粒子具有普遍的耦合强度。这为爱因斯坦假设的等效原理提供了更深层次的推导，等效原理也是爱因斯坦发展广义相对论的起点。
温伯格另一个里程碑式的贡献是他提出了「有效场论」的概念，改变了我们对量子场论描述世界的理解。温伯格认为，量子力学和局域性的原理（即在时空中相距足够远的实验不应相互影响），保证了在某种能量尺度上可接近的粒子之间的相互作用一定能够由一个简单的「有效」量子场论来描述，该理论只涉及这些粒子。粒子间的主要相互作用是由有限数量的相互作用强度给出的，而在更高能量下的未知物理学中的相互作用则被系统地编码在一个较小相互作用的无限集中。
最重要的是，温伯格是一个伟大的统一者。他不喜欢将引力视为时空曲率，因为这一观点使引力在定义所有其他现象发生的领域时是一个特例，这也阻止了研究人员看到引力与宇宙之间更深层次的联系。这促使温伯格在他的著作《引力和宇宙学——广义相对论的原理和应用》中，用粒子物理学的方法阐述了广义相对论。他还意识到，粒子物理学和宇宙学这两个看似不同的领域必须统一起来，因为在大爆炸后不久，基本粒子之间的高能碰撞在早期的宇宙炎热、密集的条件下无处不在。温伯格提供了必要的理论工具，开启了早期宇宙学探索的黄金时代。