尤金·保罗·维格纳(英语:Eugene Paul Wigner,1902年11月17日—1995年1月1日),原名维格纳·帕尔·耶诺(
匈牙利语:Wigner Pál Jenő),
匈牙利美国理论物理学家及数学家,1963年诺贝尔物理学奖得主,奠定了量子力学对称性的理论基础,在
原子核结构的研究上有重要贡献。
维格纳的科学成就和他的职务都得到了充分的认可和奖励,他获得过诸多奖项,1946年获得美国功绩奖章,1958年获
美国航空航天局费米奖,1960年获得原子和平奖,并且在1963年因为“对原子核和基本粒子理论的贡献,特别是对基本对称原理的发现和应用”获得
诺贝尔物理学奖。维格纳博士拥有富兰克林学会奖章、德国物理学会
马克斯•普朗克奖章、美国-
匈牙利研究基金会乔治·华盛顿奖(1964年)、美国-匈牙利医学协会Semmelweis奖章(1965年)和
国家科学奖章(1969年)。
维格纳曾获
威斯康星大学、
华盛顿大学、凯斯研究所、
加拿大阿尔伯塔大学、
芝加哥大学等多个大学
荣誉学位,是
美国物理学会(
美利坚大学 Physical Society)的前任副会长和会长、美国核协会(American Nuclear Society)的前董事会成员,是美国哲学学会、
美国数学学会、美国物理教师协会、
美国国家科学院、
美国艺术与科学院、荷兰皇家科学与文学院、
美国科学促进会、
奥地利科学院的会员。
人物生平
早年经历
尤金·维格纳,1902年11月17日出生在
匈牙利布达佩斯。由于他是一个有点体弱多病的孩子,他的父母安排他在家里进行
早期教育。后来他在布达佩斯著名的路德教会体育馆(
高中)度过了四年,在那里他和扬西·冯·诺依曼(Jancsi von Neumann)成为朋友和同学。维格纳在柏林的工业大学获得了
化学工程学位,他的论文(1925年)是在迈克尔·波兰尼的指导下写的,内容是关于化学反应的理论。维格纳的敏锐给
卡尔·波兰尼留下了深刻的印象,波兰尼推荐他担任物理学家理查德·贝克尔的助手。
发展阶段
在接下来的15年里,维格纳继续研究化学反应理论,并且使用了当时新兴的
量子力学。他与维克多·韦斯科普夫(Victor Weisskopf)就
原子光谱的线宽理论进行了相关的研究,并与格雷戈里·布雷特(Gregory Breit)一起研究了
核反应速率,他的工作重点是将
群论应用于研究原子、分子、
原子核和
晶体的
定态对称性。也正是在这一时期,维格纳从
德国来到了
美国。1930年到1933年,维格纳和
约翰·冯·诺依曼有一个共同的安排:他们每年花一个学期在柏林的工作岗位上,另一个学期则在
普林斯顿大学。维格纳在普林斯顿工作了三年后,去
威斯康星大学担任物理学教授。1938年秋天,他以特聘教授的身份回到了普林斯顿。他于1941年与玛丽安妮特惠勒结婚,是两个孩子的父亲,大卫和
玛莎拉蒂。他的儿子大卫在
加利福尼亚大学伯克利分校教数学。他的女儿玛莎在
芝加哥地区交通系统工作。
参与反战
1939年,维格纳和他的朋友
利奥·西拉德清楚地预见到第三帝国在盟国之前获得
核弹的灾难性后果,他们说服
阿尔伯特·爱因斯坦给富兰克林·罗斯福写了一封警告信,并且在
第二次世界大战期间(1942年至1945年),于
芝加哥大学(University of Chicago)参与
曼哈顿计划(Manhattan Project),旨在从
铀矿中分离出235和铀238,并制造
核反应堆去设计炸弹。维格纳积极参与核反应堆的
设计研究,大部分工作是在芝加哥大学数学系进行的,数学系的代号是冶金实验室。当他的生产反应堆的设计工作完成后,维格纳转向动力反应堆的设计。
荣誉与晚年
1946年至1947年,他成为克林顿实验室(Clinton Laboratories)的研发主任。维格纳和他的同事阿尔文·温伯格(Alvin Weinberg)将他们的知识和经验收集在论文《中子链式反应堆的物理理论(1958)》中。在接下来的30年里,维格纳担任联邦政府核事务顾问。从1952年到1957年,他是美国原子能委员会总顾问委员会的成员,1959年再次被任命为该委员会成员,并在该委员会任职至1964年。维格纳的科学成就和他的职务都得到了充分的认可和奖励,包括1946年颁发的
美国功绩奖章,1958年获
美国航空航天局费米奖,1960年获得原子和平奖,并且在1963年因为“对
原子核和基本粒子理论的贡献,特别是对基本对称原理的发现和应用”获得
诺贝尔物理学奖。维格纳博士拥有富兰克林学会奖章、德国物理学会
马克斯•普朗克奖章、美国-
匈牙利研究基金会乔治·华盛顿奖(1964年)、美国-匈牙利医学协会Semmelweis奖章(1965年)和
国家科学奖章(1969年)。
维格纳曾获
威斯康星大学、
美国华盛顿大学、凯斯研究所、
加拿大阿尔伯塔大学、
芝加哥大学等多个大学
荣誉学位。维格纳是
美国物理学会(American Physical Society)的前任副会长和会长,美国核协会(American Nuclear Society)的前董事会成员,是美国哲学学会、
美国数学学会、
美国物理教师协会、
美国国家科学院、
美国艺术与科学院、荷兰皇家科学与文学院、
美国科学促进会、
奥地利科学院的会员,也是
哥廷根市科学促进会的通讯会员和
伦敦皇家自然知识促进学会的外籍会员。
维格纳于1971年退休。1990年,他获得了美国核学会首届尤金·P·维格纳反应堆物理学家奖。1992年,以九十岁的高龄,与
传记作家安德鲁·史詹顿合作出版了传记《乱世学人——维格纳自传》(The Recollections of Eugene P. Wigner)。1995年1月1日,尤金·维格纳逝世。
主要成果
维格纳建立了
量子力学中对称性的理论基础,1927年提出维格纳D-矩阵,并且和数学家
赫尔曼·外尔将数学中的
群论带进了量子力学。维格纳发现简并态的存在同量子系统对称性的不可约表示有关,他还研究不变性和对称性基本原理(特别是它们在量子力学中作用)、化学反应的速率理论、金属结构、金属内聚力理论、
核连锁反应及其利用问题等,阐明了分子的缔合与
离解机制,与恩里克·
恩里科·费米一起研制出第一座原子反应堆,并与卡尔·埃卡特发明维格纳——埃卡特
定理。
原子核结构和碰撞理论
维格纳从事原子核结构和碰撞理论研究,提出原子核吸收
中子的理论,提出支配核子中
质子和中子相互作用的原理,并因此获得1963年
诺贝尔物理学奖。
1933年,尤金·维格纳发现,当核子之间的距离很大时,将它们结合在一起的力非常弱,但当核子彼此靠近时,如在原子核中,将它们结合在一起的力非常强。维格纳还描述了核子和
核力的几个特征,包括两个核子之间的力是相同的,无论它们是质子还是中子。
维格纳——塞茨原胞
维格纳——塞茨原胞,是
固体物理学中的一个概念,是晶体原胞的一种,简称WS原胞。以一个格点为原点,作原点与其他格点连接的中
鱼面(或中垂线),由这些中垂面(或中垂线)所围成的最小体积(或面积)即是维格纳一塞茨
原胞。它是
晶体体积的最小重复单元,每个原胞只包含1个格点,其体积与固体物理学原胞体积相同,第一
布里渊区即为倒格子中的维格纳-塞茨原胞。
宇称守恒定律
1927年,维格纳首先用对称性成功地分析了
原子光谱,提出了宇称的概念。1937年,维格纳基于核的
自旋、
同位旋,引入超多重结构,建立了宇称守恒定律——有许多个粒子组成的体系,不论经过相互作用发生什么变化,它的总宇称始终保持不变。目前知道仅仅在
强相互作用下适用,弱相互作用下宇称不守恒由
杨振宁和
李政道发现,
吴健雄通过实验验证。
量子电动力学
1928年,约当和维格纳引入了
电子场的概念,给出了
保罗·狄拉克的电子相对论量子力学
方程的全新解释,并仿照狄拉克的
电磁场量子化方式,建立了电子场的量子化理论,称量子电动力学。
维格纳定理
维格纳定理是由尤金·维格纳在1931年证明的,这个定理是
量子力学的数学表述的奠基石。这个
定理描述的是系统的对称性(物理学),例如旋转,平移或者CPT这些操作是如何改变
希尔伯特空间上的态。
维格纳轴原子核模型
维格纳发现在放射作用(即维格纳效应)下固体改变其大小,提出了维格纳轴原子核模型。维格纳在研究多
粒子系统相互作用问题(
多体问题)时,对这个复杂的物理问题做了简化处理——他忽略单个粒子相互作用,认为粒子之间的作用是
相等的,集中处理整个系统的平均统计行为。维格纳使用数字网格(矩阵)实现了这个设想,这些数字指定了粒子如何相互作用。他用随机数填充矩阵,他希望这种简化能使他继续进行计算,并且最后仍然能够产生有用的铀核描述参数。他发现他可以从
随机矩阵中抽取特定的模式,模式包含特征值。这是他提出维格纳铀原子核模型的理论依据。
维格纳铀
原子核模型中粒子都被紧紧地束缚在原子核这一很小的区域,所以每个粒子都和其他粒子发生相互作用,即没有考虑任何空间结构,粒子在原子核内近似
均匀分布。这种没有考虑粒子间距的物理模型叫做“平均场”模型。
预言金属氢
1935年,尤金·维格纳和物理学家希拉德·亨廷顿(美国斯坦福大学教授)预测,氢在25GPa的高压下,氢会转变成一个氢原子分配一个
电子,且电子可以自由移动的金属状态——金属氢,类似
碱金属。
主要论文与著作
荣誉奖项
以上资料来源:
社会职务
维格纳是
美国物理学会(American Physical Society)的前任副会长和会长,美国核协会(American Nuclear Society)的前董事会成员,是美国哲学学会、
美国数学学会、
美国物理教师协会、
美国国家科学院、
美国艺术与科学院、荷兰皇家科学与文学院、
美国科学促进会、
奥地利科学院的会员,也是
哥廷根市科学促进会的通讯会员和
伦敦皇家自然知识促进学会的外籍会员。
人物评价
“他总是善于作出正确的判断,且深信物理学的任务应该是,提供一幅生动逼真的图像来描绘我们的世界。维格纳一生流离于
欧洲和美洲,亲身经历了
第二次世界大战的惨痛。他热爱
匈牙利文化、憎恶纳粹和
阿道夫·希特勒、期盼和平、追求科学。他与
阿尔伯特·爱因斯坦、
保罗·狄拉克、
恩里科·费米、
约翰·冯·诺依曼、西拉德、特勒(1908-2003年,美籍匈牙利裔、
氢弹之父)是多年好友,与人亲善,友好相处。他意识到了希特勒崛起的可怕后果,与爱因斯坦和西拉德一起推动了美国政府上马“曼哈顿工程”,并在这项工作中做出了巨大的贡献。他是一位师长,是一位朋友,是一位值得敬佩的人。”
——石锋著 《榜样的力量之物理风云 对世界影响巨大的100位物理学家 中》
“维格纳是个很喜欢思考的人,他是个很好的物理学家,从研究的角度看,我喜欢他,他是很早提出宇称,也是最早搞
群论和对称在物理学的应用。而我也是搞这个,但比他晚,所以我对他很佩服。他个人做人在很多地方我也是很佩服的。但是在政治或对社会的主张上我们有根本的区别。”