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弗里曼·戴森
数学物理学家,普林斯顿高等研究院教授
出生 1923年12月15日
国籍 美国
职业 教授
知名于 发表《自旋波》论文
知名作品全方位的无限
《武器与希望》
宇宙波澜
《太阳、基因组与互联网:科学革命的工具》
想象中的世界》。

弗里曼·戴森Freeman Dyson,1923年12月15日-),美籍英裔数学物理学家普林斯顿高等研究院教授。戴森早年在剑桥大学追随著名的数学家G.H. 哈代研究数学,二战后来到了美国康奈尔大学,跟随汉斯·贝特教授。他证明了施温格朝永振一郎发展的变分法方法和费曼的路径积分法的等价性,为量子电动力学的建立做出了决定性的贡献。1951年他任康奈尔大学教授,1953年后一直任普林斯顿高等研究院教授。戴森还以在核武器政策和外星智能方面的工作而闻名。他著有许多普及性读物。

人物生平

他弗里曼· 戴森1923年12月15日生于英国。母亲雅特琪(M.L. Atkey)是律师,在40岁生下爱丽丝·戴森(Alice Dyson),43岁生下弗里曼·戴森,之后一直以社会工作者为职。父亲乔治·戴森(George Dyson)是音乐家,曾任教于英国历史悠久的温彻斯特学院,后来迁升为伦敦皇家音乐学院院长。乔治对科学很有兴趣,书架上有很多科学书籍,如怀特海(A. N. Whitehead)、爱丁顿(A. S. Eddington)、金斯(J. Jeans)、霍格本(L.Hogben)和霍尔丹(J. B. S. Haldane)的作品。这使得戴森在很小时就接触到科学。

求学于第二次世界大战时期,那个时候物资短缺,纸张供给不足,学校没有办法印制试卷,学生没有考试的压力。然而弗里曼的高中生活并不是无拘无束,因为脑子特别灵光,他遭遇了来自同学的嫉妒甚至肢体暴力。从中学升入牛津大学后,大二那年,19岁的弗里曼被征招为空军工作。当时,协约国和同盟国都采取了空袭作战的策略,相互轰炸。弗里曼的工作就是,通过计算,为最高效的轰炸飞行编队建模。

战时分配给自己的紧急任务,弗雷曼成功完成。战后,他前往美国继续学习物理学。

1947年至美国康乃尔大学研究,1951年正式定居美国,1953年成为普林斯顿高等研究物理学教授至今。戴森教授不仅是位优秀的理论物理学者,更是一位关心人类命运、向往无限宇宙的睿智哲人。他一生优游数学、粒子物理、固态物理、核子工程、生命科学、天文学领域,志在探索未知的世界。戴森教授早年为量子电动力学的巨擘,与诺贝尔物理奖擦肩而过。1956年发表的《自旋波》论文受到无数引用,堪称物理学史上的重量级论文之一。戴森称,“自旋波”或许是他一生最重要的贡献。戴森教授于普林斯顿高等研究院服务四十年。[1]

个人荣誉

因为卓越的学术成就,他先后获得了伦敦皇家学会休斯奖(Hughes Medal)、德国物理学会普朗克奖(Max Planck Medal)、欧本海默纪念奖、以色列海法理工学院的哈维奖(Harvey Prize)等多项殊荣。

他是美国物理学会会员和美国国家科学院院士,以及伦敦皇家学会会员。 2000 年获得坦普顿宗教进步奖[2]

相关著作

  1. 宇宙波澜》 (1979)
  2. 《武器与希望》 (1984)
  3. 全方位的无限》 (1988)
  4. 《生命的起源》 (1986,第二版1999 年)
  5. 《太阳、基因组与互联网:科学革命的工具》(1999)
  6. 《反叛的科学家》 (2006)
  7. 一面多彩的镜子:论生命在宇宙中的地位》(2010)

主要作品

《宇宙波澜》——科技与人类前途的自省

量子电动力学的第一代巨擘戴森,不仅是一位优秀的大科学家,更是位关心人类命运、向往无限宇宙的睿智哲人。本书是他从事科学工作五十年以来的回忆,他把科学生活比作个人灵魂的航程,浪漫而生动地记述了许多著名科学家如欧本海默费曼泰勒等人的风范与成就,原子炉、生命科技以及太空探索的研究历程与争议,同时对科技发展与人类前途有深刻的省思。

《全方位的无限:生命为何如此复杂》

戴森教授是科学界的通人,他以高超的智能和过人的勇气,跨越科学的门槛,思索宇宙与人类心智的紧密关联。全书分成两大部分,第一部“生命为什么如此复杂”,作者在书中探索生命的多样和一致、复杂和单纯,一步步带领读者开启生命起源的奥秘,进而推想人类的终极未来。第二部“核子冬天到又见蝴蝶”,检讨在科技高度发展的现代,人类道德伦理的困境,从军力平衡、核武发展、星球大战计划,谈到国际政治更涉及二十一世纪的人类命运。戴森教授以如同观察蝴蝶自蛹之生、以致翩然起舞的精彩历程,将诸多观点形诸笔墨,叫人大为叹服。

《想象的未来》

一九七九年,戴森在《宇宙波澜》中,透过个人传记的手法,表达自己对人类处境的关怀;一九八八年,戴森在《全方位的无限》中,探讨多样的生命,并进一步深思人类、科技与道德之间的互动。在这本书中作者以他贯有的流畅思绪、优美文笔,旁征博引并充满想象力地预期人类的未来。本书透过文学以及科幻小说的色彩,戴森点出明日科学的命运,预测未来科技的邪恶与美好,以十年、百年、千年、甚至是无限长的时光为尺子,衡量人类的演化历程。同时,他呼吁科技必须与道德齐头并进。戴森想象中的未来,就像搭乘时光机器漫游无垠的宇宙,展现在人类面前的是绚丽多彩的世界。

个人轶事

弗里曼·戴森小时候并不是只对数理化感兴趣,而是非常喜好阅读文学作品。没有早年打下的文科基础,他的《宇宙波澜》在茫茫书海中必定是波澜不惊,而不会成为畅销书,他的《全方位的无限》的销路也必定相当有限。弗里曼.戴森的书几乎每一本都好看,且不说他思考的深度,单是他的典雅文字就充满了魅力。他的《宇宙波澜》、《全方位的无限》、《太阳、基因组与互联网》、《想象中的世界》已有中文译本。此外,他还写了《从爱罗斯到盖娅》、《生命起源》、《武器与希望》,等等。 他和许多博学的作家一样,在书的每章最前面均引用一段与本章主题有关的名人名言。如果没有“读书破万卷”的功力,就做不到“引用如有神”。

猎户座计划

1957年,苏联在拜科努尔航空基地成功发射了人造卫星Sputnik,刺激了美国的神经,美苏两国的太空竞赛由此展开。1958年,美国开始投入猎户座项目,主持人便是弗里曼。这个项目的目的是建造出核动力的太空飞行器用以火星殖民,而项目背后是弗里曼等科学家对于地球资源枯竭的担忧、对于寻找地外宜居星球的渴望。

太空旅行需要大量资源,因此我们总在寻找新的能量资源。物理学家特德-泰勒和弗里曼-戴森提出了“猎户计划”,使用一系列原子弹爆炸实现宇宙飞船的推进力,这种原子能驱动概念并非首次提出,之前1958年数学家斯塔尼斯拉夫-乌拉姆曾提出过。[3]

科学家打算造一艘像远洋客轮般庞大、至少可以搭载40名宇航员的巨无霸太空船,用数万枚小型核弹作动力,将其送往火星、木星或土星。

"猎户座"太空船的工作原理是∶让太空船携带数千枚小型核弹,当飞船需要动力时,宇航员就从船尾释放出一颗核弹,接着再释放出一些由含氢塑胶制成的固体圆盘,当飞船驶出一定距离,核弹将在飞船后面爆炸,蒸发掉塑胶圆盘,将其转化成高热的等离子浆。这些等离子将会向四面八方冲击扩散,其中一些将会追上太空船,撞击太空船尾部巨大的金属推进盘,从而推动太空船高速行驶。事实上,这些等离子的推动力将非常猛烈,它们将会使飞船产生令人难以承受的加速度,因此,太空船上将设计一个震波吸收系统,冲撞到金属推进盘上的能量可以被储存起来,并逐渐被释放出去。 由于不清楚太空飞船的硕大推进盘是否会被核爆炸后产生的高温等离子融化或腐蚀,科学家用氦离子发生器进行了摹拟测试发现,瞬间高温的等离子只会对金属推进盘表面产生轻微的腐蚀,甚至可以忽略不计,没必要设计专门的冷却系统,并且普通的铝和钢就足以成为制造金属推进盘的耐久材料。

“猎户座”太空船将从美国内华达州杰克斯平地核测试地点被发射升空,整个太空船有60层楼高,外型有点像颗子弹头,太空船尾部的推进盘直径将达41米,发射平台将由8个高达76米的发射塔组成。当太空船被发射升空后,太空船尾部每隔10秒钟就要爆炸一颗相当于2万吨TNT能量的小型原子弹。1963年8月,猎户座计划遭受到重大打击:美国、英国和苏联签署了禁止大气层核试验的条约。猎户座就当前的国际法而言是违法的。然而这一计划还没有被立即宣布死亡,它仍然可能被认为是和平利用太空的计划而获得许可,虽然这的确减少了猎户座计划的政治资本。1965年,美国空军要求NASA一起投资“猎户座计划”,NASA却以资金已全部投入“阿波罗计划”为由加以拒绝,美国空军随即宣布终结对“猎户座计划”所有投资,历史7年之久的“猎户座计划”正式死亡,此时,美国政府已对这项匪夷所思的秘密太空计划白白投入了成百上千万美元。

用史无前例的方式创造面向未来的作品,瓦格纳的奋斗有果,弗里曼在猎户座项目上的努力以失败告终。

戴森球

戴森球是一种设想中的巨型人造结构,由弗里曼·戴森先生提出。这样一个“球体”是由环绕太阳的卫星所构成,完全包围恒星并且获得其绝大多数或全部的能量输出。戴森认为这样的结构是在宇宙中长期存在并且能源需求不断上升的文明的逻辑必然,并且他建议搜寻这样的人造天体结构以便找到外星超级文明。

从那时起,各种各样的设计,包括建造人工天体或一系列这样的结构以便包围太阳,便不断地由一些狂想的工程学家或科幻小说所提出,并冠以“戴森球”之名。这些后续的设想没有仅仅在从太阳能收集站上止步-许多工程设计还包括建设人类殖民地和工业基地。

概念的起源

戴森球概念源自于美国物理学家兼数学家弗里曼。戴森的思维试验,他认为:每个人类技术文明对能源的需求是恒定地增长着,如果人类文明能够延续足够长的时间,那必然有一天他的能源需求会膨胀到要利用太阳的全部能源输出。他认为此时就有必要建立环绕太阳的壳状轨道结构以便用来收集由太阳输出的全部能源。戴森没有从细节上叙述如何建立这样一个结构,而只是集中描述能源收集的问题。戴森据信是第一个正式从学术上提出戴森球概念的学者,他的论文见于1959年《科学》杂志上的《人工恒星红外辐射源的搜寻》。但是戴森球的概念是由1937年的科幻小说《造星者》所影响,并且有可能受到了曾经研究过相关方面的I.D.Bernal和Raymond Z.Gallun著作哦影响。

可行性

当有人认为这些设计-特别是那些以戴森壳为基础的蓝图是不切实际的时候,现代轨道环绕卫星或太阳帆技术已经得到发展并能进行一定的实际应用,并不需要任何主要的理论上的突破,而这种技术却是可以用来建造戴森球结构。当代太空飞船和卫星的应用可以看作为朝向建造戴森群的小小的第一步。然而,建设戴森球需要极其巨大数量的人造卫星和太空飞船,而当前人类却远远没有制造如此数量的人造卫星和太空飞船工业生产能力,这是戴森球最大的生产力的瓶颈!有可能在这样一个建设工程中会有很多目前无法预见的工艺问题,而当前人类对工业自动化的理解和应用是远远不够来建造和维护这样一个自维护系统。

经过几十年科学家们的研究和设想,现在戴森球有了许多变体的设想,比如戴森云、戴森泡、戴森壳戴森网络等等。这些设想有的是封闭式的,可以获取太阳的全部能量,有的是多层次结构的,不完全封闭,能够获取太阳大部分能量等等。[4]

科学界对这个旷世巨大工程的可行性颇有争议。有的认为这项工程在100年内就能启动,有的认为这在短期内是一个不可能的事情。现在科学界普遍认为在200年左右,人类文明将达到一型母星级文明,这个时候就可以开始实施戴森球的计划。

戴森球理论是一种思想实验假设。但这个假设已经得到科学界的广泛认知。

相关影片

 

参考资料