肯尼斯·威尔逊
美国物理学家
肯尼斯·威尔逊(英文名:Kenneth Geddes Wilson,1936年6月8日—2013年6月15日),出生于美国马萨诸塞州的沃尔瑟姆。美国物理学家,1982年诺贝尔物理学奖美国国家科学院院士,美国艺术与科学院院士,美国哲学学会院士。
1956年,肯尼斯·威尔逊获得哈佛大学数学学士。1961年,获得加州理工学院帕萨迪纳分校物理学博士学位。1963年,肯尼斯·威尔逊加入康奈尔大学,后来成为康奈尔大学科学与工程理论与模拟中心主任,该中心现名为康奈尔高级计算中心。1971年,肯尼斯·威尔逊在美国《物理学评论》上发表了两篇论文《重整化群和临界现象:Ⅰ和Ⅱ》,引起了世界物理学界的强烈反响。1973年,荣获美国物理学会丹尼·海涅曼数学物理奖。1980年,荣获沃尔夫基金会物理学奖。1982年,因关于相变相关临界现象的理论,荣获诺贝尔物理学奖。1987年,肯尼斯·威尔逊加入了俄亥俄州立大学,创立了物理教育研究小组,专注于物理和科学教育。2013年6月15日,肯尼斯·威尔逊因淋巴瘤并发症在美国缅因州去世,享年77岁。
肯尼斯·威尔逊在物理学领域取得了显著成就,特别是在临界现象的解释和晶格规范理论的发展上。他提出的重正化群方法不仅成功预测了不同物理系统在临界点附近的普适行为,还为处理强相互作用的计算提供了一种新途径,使得原本无法用电脑解决的问题得以在电脑上实现,进而加深了科学家对强子内夸克禁闭现象的理解。此外,肯尼斯·威尔逊还阐明了晶格中的手征性对称,这是基本粒子相互作用中一个至关重要的特征。
人物生平
早年经历
肯尼斯·威尔逊1936年出生于美国马萨诸塞州的沃尔瑟姆,他的父亲E·布莱特·威尔逊 (E. Bright Wilson Jr)是哈佛大学化学系的教师;母亲威尔逊. 艾米莉. 白金汉( Emily Buckingham Wilson)在结婚前读了一年的物理学研究生。他母亲的祖父是麻省理工学院机械工程教授;另一位外祖父是一名律师,曾担任田纳西州众议院议长。
求学生涯
幼时,肯尼斯在马萨诸塞州伍兹霍尔的韦尔斯利两年读完了二、三、四年级,五到八年级在马萨诸塞州剑桥的林荫山学校就读,九年级在英国牛津的莫德林学院就读,十到十二年级在宾夕法尼亚州东部的乔治学校就读(跳过十一年级)。
1952年,16岁的肯尼斯·威尔逊进入哈佛大学主修数学,但同时也学了许多物理课程,几个暑假都参加课题组研究。他的研究生阶段在加州理工学院度过,其中有两年是在核物理实验室里工作,并跟随默里·盖尔曼做博士论文。1954年和1956年获得普特南奖学金。肯尼斯·威尔在其父亲建议下进入加州理工学院研究生院,师从诺贝尔奖得主粒子物理学家默里·盖尔曼。在加州理工学院,肯尼斯·威尔逊和物理系一位名叫马休斯的助教很谈得来,马休斯教他使用学院的计算机。有一个暑假他参加通用原子能公司,从事等离子体工作。第二年回到哈佛大学,当一名临时工作人员,然后再回到加州理工学院完成博士论文,于1961年获得理学博士学位。
个人生活
1963年,肯尼斯·威尔逊加入了康奈尔大学,担任物理学教授。肯尼斯·威尔逊表示,他之所以选择康奈尔大学,其中一个原因是纽约州伊萨卡的一场舞会。因为在这场舞会上,他遇到了在康奈尔大学计算机中心工作的艾莉森·布朗。随后在1982年两人结婚。
晚年生活
1988年,肯尼斯·威尔逊加入俄州立大学哥伦布分校。肯尼斯·威尔逊在俄亥俄州立大学的支持下,发起了一项创新的教学改进计划,并在俄亥俄州全州范围内实施,旨在改善公立学校的科学和数学方面的教学,该计划由美国国家科学基金会和俄亥俄州共同资助。肯尼斯·威尔逊在1991年至1996年期间担任该计划的联合首席研究员,并为这些领域的教师组织了暑期培训。此外,肯尼斯·威尔逊投入大量时间和精力对教育改革进行进一步研究,并参与旨在为这些问题提供新见解的倡议。他发表了多篇论文,与贝内特·戴维斯合著了《重新设计教育》一书,该书于1994年出版。 他于1997年至2003年担任教育改进基金会主席;于1995年至2000年担任魏茨曼科学研究学院理事会成员;并于1996年和1998年赞助了俄亥俄州立大学代达罗斯作家会议。
在学术方面,肯尼斯·威尔逊与俄州立大学的教员与博士、研究生共同研究量子色动力学,并在1993 年被美国物理学会授予阿内苏尔·拉赫曼奖。
肯尼斯·威尔逊加于2008年12月从俄亥俄州立大学退休。
2013年6月15日,肯尼斯·威尔逊因淋巴瘤并发症在美国缅因州去世,享年77岁。
科学研究
1962年,肯尼斯·威尔逊来到欧洲核子研究中心(CERN),参加亨利·肯德尔和布约肯的小组,研究场论和粒子物理学,他的兴趣在于用重正化群方法来处理强相互作用的模型。1971年,他把重正化群的方法用于统计物理学中的临界现象的研究,建立起二级相变理论。在这个理论中,准确地计算了低温下热容对温度的线性关系式中的系数。
1969-1970年在斯坦福线性加速器中心(SLAC)工作。1971年,他把重正化群的方法用于统计物理学中的临界现象的研究,建立起二级相变理论。在这个理论中,准确地计算了低温下热容对温度的线性关系式中的系数。1972年春季在普林斯顿高级研究所工作,1976 年秋季作为费尔柴尔德学者在加州理工学院工作,1979-1980年在IBM苏黎世实验室工作。
1975年,肯尼斯·威尔逊当选为美国国家科学院院士,1975年当选为美国艺术与科学院院士,1984年当选为美国哲学学会院士。
1985年,肯尼斯·威尔逊被任命为康奈尔大学科学与工程理论与模拟中心(现在被称为康奈尔理论中心)的主任。
1987年,肯尼斯·威尔逊加入了俄亥俄州立大学,创立了物理教育研究小组,专注于物理和科学教育
获诺贝尔奖
1982 年,肯尼斯·威尔逊因其开发了通用且易处理的重正化群方法而获得诺贝尔物理学奖,该方法可以同时处理截然不同的长度尺度。这些问题包括物理学中一些最困难和最重要的问题,其中包括临界点和相变
主要成果
威尔逊在物理学领域的工作包括提出一个全面的尺度理论:一个系统的基本性质和作用力如何随测量尺度的不同而变化。他设计了一种通用的 "分而治之 "策略,通过对重正化群理论的新颖理解,分别考虑每个尺度,然后抽象出相邻尺度之间的联系,从而计算相变是如何发生的。这为统计物理学中的临界现象和相变领域提供了深刻的见解,使精确计算成为可能。 他利用重正化解决了固体物理中的一个重要问题,即定量描述近藤效应。他扩展了这些关于缩放的见解,回答了量子场论和算子乘积展开的性质以及重正化群的物理意义等基本问题。他还率先利用晶格规理理解了夸克在强子内部的约束,并开创了一种方法,允许在计算机上进行以前预示的强耦合计算。在这种晶格上,他进一步揭示了手性对称性--基本粒子相互作用的一个重要特征。
相变理论
对于“相转变”问题的研究差不多已有百年的历史了。早在1881年,荷兰人范德·瓦耳斯所创立的“状态方程”,就使得从统计力学的角度去认识由气体状态转变成液体状态成为可能。由于“状态方程”的贡献,范德瓦尔斯而获得了1910年颁布的诺贝尔物理学奖。其后,许多科学家对“状态方程”继续进行深入且拓宽性的研究。苏联科学家列夫·达维多维奇·朗道提出一种与分子场理论具有同等价值,而且可以包容范德瓦耳斯理论的理论。进入20世纪60年代,由于实验设备的完善、精度的提高,计算机的不断更新和摄动计算的发展,与古央的分子场理论不同的临界指数被许多科学家逐个发现。为了说明这一现象,各国许多科研工作者开始进行用统计理论去说明的尝试。比如,1965年美国的怀登、英国的多姆和亨特、前苏联的巴德辛斯基和鲍克罗夫斯基、日本的铃木增雄等科学家都围绕朗道理论进行过研究。1966年,卡登夫提出了一个与古典分子场理论不同的理论,即包容新实验结果和数值计算结果的一项综合理论。然而在这一理论中,有两个基本临界指数被当成了未知数遗留了下来。因为一般临界指数经过运算可以找到答案。唯有从相转变体系的相互作用来求得这两个未知的临界指数,却使众多的科学家望而却步。进而,整个科学界尤其是物理学界因此而翘足引领。
上世纪60年代初,物理学界对临界现象的研究,一直苦于无计可施。威尔逊到康奈尔大学后不久,曾经尝试运用重整群的方法来解释磁体的物理临界现象。他把这一方法运用于解决临界现象问题的研究之中,首先把计划解决散问题分成一连串比较简单的问题,然后逐步解决这些简单的问题。最后把已解决的这些简单问题再合成,这样便解决了整个问题。威尔逊通过对理论物理学的“重整化分组理论”作了必要的改进以后,形成了自己的理论,最后于1971年,以题为《重整群和临界现象:Ⅰ和Ⅱ》的两篇论文发表在美国《物理学评论B》杂志上,公布了近代“相转变临界现象”的理论。
主要论文与著作
主要论文
《重整化群和临界现象:Ⅰ和Ⅱ》(《Renormalization Group and Critical Phenomena. I.》《Renormalization Group and Critical Phenomena. II》)
1971年,肯尼斯·威尔逊通过对理论物理学的“重整化分组理论”作了必要的改进以后,以题为《重整群和临界现象:Ⅰ和Ⅱ》的两篇论文发表在美国《物理学评论B》杂志上,公布了近代“相转变临界现象”的理论。
主要著作
《重新设计教育》(Redesigning Education)
《重新设计教育》(霍尔特出版社)是1994年由肯尼斯·威尔逊与贝内特·戴维斯合著。《重新设计教育》一书中提出,要实现教育改革,必须颠覆传统的教育假设,并借鉴科学、工业和课程设计的经验,以及教育专业记者的视角。
荣誉与奖项
人物评价
“威尔逊的理论方法代表一种新的理论,它圆满地解决了相变临界现象这个理论问题,但它似乎还具有解决其他一些重要的、迄今尚未解决的问题的巨大潜力。”—瑞典皇家科学院 评
“自 20 世纪 70 年代初以来,威尔逊提出的工具和概念已成为粒子物理学、场论和凝聚态物理学的基础。这些概念包括不动点、随尺度变化的耦合、物理性质随空间维度的变化、通过异常维度描述耦合、由于相变而导致的性质定性变化以及激发的拓扑描述。”—物理学家利奥·卡丹诺夫评
“肯·威尔逊是极少数改变了我们思维方式的物理学家之一,他改变的不仅仅是特定现象,而是大量不同现象。”—诺贝尔奖获得者、德克萨斯大学物理学家和天文学家斯蒂文·温伯格
“他在计算和网络方面也领先于他的时代几十年”—物理学和信息科学教授保罗·金斯帕格
人物关系
目录
概述
人物生平
早年经历
求学生涯
个人生活
晚年生活
科学研究
获诺贝尔奖
主要成果
相变理论
主要论文与著作
主要论文
《重整化群和临界现象:Ⅰ和Ⅱ》(《Renormalization Group and Critical Phenomena. I.》《Renormalization Group and Critical Phenomena. II》)
主要著作
《重新设计教育》(Redesigning Education)
荣誉与奖项
人物评价
人物关系
参考资料