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弗里曼·戴森

弗里曼·戴森

弗里曼·戴森（Freeman Dyson，1923年12月15日—2020年2月28日），美籍英裔数学物理学家，普林斯顿高等研究院教授，伦敦皇家自然知识促进学会院士。

戴森1923年出生于英国伯克郡，自幼对科学和数学充满热情。1936年，戴森进入温彻斯特学院，后续在剑桥大学跟随数学家戈弗雷·哈代深入研究数学，并分别在1945-1946年间在闽科夫斯基猜想和阿尔法贝塔猜想领域取得重要成果，成为剑桥大学三一学院研究员。第二次世界大战后，戴森赴美，在康奈尔大学师从贝特和理查德·费曼，证明了变分法方法和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，开拓了他在物理学界的地位。1951年，戴森成为康奈尔大学教授并在美国定居，后续担任普林斯顿高等研究院教授。1959年，他提出了戴森球构想，并在1998年的《全方位的无限》中提出戴森树的构想。2020年2月28日，戴森在新泽西州普林斯顿大学的一家医院跌倒后去世。

戴森于1956年发表的《自旋波》论文受到学界好评。戴森一生获得许多奖项，如伦敦皇家学会休斯奖（Hughes Medal）等。戴森编写了《宇宙波澜》等书籍，亦有颇具影响的《生命起源》等书籍。因其杰出成就，戴森获得了 1996 年的享有“诗人科学家”美誉的托马斯奖（Lewis Thomas Prize）。

人物生平

早年经历

1923年12月15日，戴森在英国伯克郡出生。他的父亲是作曲家，后被封为架子鼓。他的母亲是律师。在40岁时生下爱丽丝·戴森 (Alice Dyson) ，43时生下戴森，之后一直以社会工作者为职。小时候的戴森就表现出了对科学和数学极大的兴趣。

教育历程

1936年，戴森通过竞争激烈的考试升入了他父亲所执教的温彻斯特学院，1941年9月，戴森进入剑桥大学，后来在剑桥大学三一学院追随数学家戈弗雷·哈代研究数学。由于当时英国处于非常时期，所有大学都安排尽可能短的课程以使学生尽快投入战争，很多学生甚至学习一年就离校从军了。戴森比较幸运，在剑桥当了两年学生，直至1941年毕业后才服兵役。

科研经历

1946年服役结束以后，凭借其出色的数学成就，戴森成为剑桥三一学院的研究员。而且在剑桥有他要找的老师尼古拉斯·克默尔（Nicholas Kemmer）。1947年9月，戴森入学康奈尔师从贝特（Hans Albrecht Bethe）。在康奈尔，只有戴森一个人懂量子场论，戴森一方面跟导师贝特与聪明的年轻教员理查德·费曼（Richard Phillips Feynman）学习物理学的许多领域，一方面在处理量子场论的问题时又成为他们的老师。戴森带去的技巧可以计算一些原子过程，而得到的数据又能够为实验证实，因此他立即得到了师友的青睐。1949年，戴森证明了量子电动力学两种公式的等价性：他证明了施温格（Julian Schwinger）和朝永振一郎（Sinitiro Tomonaga）发展的变分法方法和费曼的路径积分表述。他是继费曼图的创造者之后的第一个欣赏费曼图的人。戴森说服罗伯特·奥本海默，说费曼的新理论与施温格和朝永的理论一样有效。

1951年他任康奈尔大学教授，1952年，当选为伦敦皇家自然知识促进学会院士。1953年后一直任普林斯顿高等研究院教授。 1957-1961年间，戴森参加了美国的猎户座计划（Project Orion），这一计划意图探索通过可控核爆炸推动航天器的可能性。不过，随着《部分禁止核试验条约》的签订，猎户座计划宣告终结。戴森于1994年从高等研究院退休。戴森提出了人称戴森球的结构，是把太阳或恒星包围尽可能利用阳光的计划。他还提议建造戴森树，这是一种能在彗星上生长的基因工程植物。

逝世

2020年2月28日，戴森于在新泽西州普林斯顿大学附近的一家医院因跌倒后引发的并发症去世。享年96岁。

科研成果

理论物理

戴森在量子场论方面证明色散关系，在S矩阵理论方面导出了S矩阵公式，即戴森公式。1948年，为了把量子电动力学中的发散分类，他发展了正则变换的方法，即戴森变换。并在次年，引入量子电动力学的重正化概念作为S矩阵的基本性质。

戴森开发了一种基于V矩阵的数学方法，该方法已成为更一般的场论以及凝聚态物理学的多体问题的基础。

戴森与雷纳德（Lenard）的著作中，他证明了物质的稳定性，即电子和正原子核之间的吸引力不会导致物质坍缩。在另一个领域，关于散射振幅的分析，他获得了散射问题色散理论方法的基础结果。

数学领域

戴森在拓扑学和数论等多个领域进行了有价值的研究，并发表了关于囚徒困境的重要分析。1945-1946年是戴森在数学上的黄金年代，除了在西格尔猜想方面取得部分进展以外，他还对另外两个数论问题——闵科夫斯基猜想(Minkowskis coniecure)与阿尔法:贝塔猜想（thea-BConjecture）做出了重要贡献。

假想

戴森树

在1998年出版的《全方位的无限》中，戴森推测人工智慧和生物基因技术有可能大量培育出廉价的“太空鸡”，即大小和智力都像鸡，但翅膀可吸收太阳能和其他恒星的能量，有能力飞出太阳系，有自我维生、知觉探测和通讯功能，将成为人类的助手。除了动物，还有植物。戴森树就是一种可以在彗星或地外星球上生长的基因工程植物。带着这类动植物，人类将开启星际航行和太空移民，抵达类地行星，成为多星球生物。戴森预测，人类的智能有可能会传播到宇宙极远处。到那时，时空的意义将不再是问题。因为只要有智慧生命在思考，时空就有意义，宇宙就有意义。

戴森球

1959年，戴森提出戴森球构想。1960年，戴森在论文《寻找人造恒星红外辐射源》（Search for Artificial Stellar Source of Infra-Red 放射线）中设想了一个由松散的太阳能收集器或环绕太阳独立轨道的卫星云组成的生物圈形式。戴森推测，这种结构将是技术文明不断升级的能源需求的逻辑结果，也是其长期生存的必要条件。在天文搜索中检测到的这种球体的特征可能是外星生命的指标。戴森球的原理是利用主星释放的巨大能量为地球供能，它是地球能源问题的一个解决方案，它还能够为生命提供生存空间，促进人类进行宇宙探测。

在许多设计中，戴森球概念经常被理解为一个环绕太阳的人工物质球体。于是，弗里曼·戴森特别澄清，环绕母星的壳层并非一个整体（因为这在力学上是不可能的），他所设想的是一个由松散的太阳能收集器或环绕太阳独立轨道的卫星云组成的生物圈形式。

1966年，弗里曼·戴森详细阐述了“戴森球”想法背后的工程，表明在太空中建造大型刚性结构（量级达106公里）是没有物理障碍的，这种结构可以非常轻。原则上，行星可以被解构为足够的材料，用以建造一个厚度量级为米的球体。

主要著作

社会职务

荣誉

人物评价

自然科学院査尔斯·西蒙尼教授（ Charles Simonyi ）指出："戴森在物理和数学的许多领域做出了巨大的贡献。他的贡献是如此的广泛，以至于几乎没有人能够对其进行充分的总结。量子电动力学、量子统计力学、数字的Diophantine近似和随机矩阵系综仅仅是Freeman在最高水平上贡献的几个领域。但实际上，他几乎处处都留下了他的印记。"

原子遗产基金会评价戴森：“弗里曼·戴森是普林斯顿高等研究院受人尊敬的数学家和理论物理学家。他在量子电动力学、固体物理学、天文学和核工程方面做出了重大贡献。”