潮新闻客户端执笔屠晨昕任征斌周旭辉通讯员周炜
10月8日,2024年诺贝尔物理学奖揭晓。约翰·J·霍普菲尔德和杰弗里·E·辛顿,因在使用人工神经网络进行机器学习的基础性发现和发明受到表彰。
在诺奖的光环之外,还有一位热门候选人:世界顶尖物理学家迈克尔·贝里。已经陪跑超过20年的贝里教授,堪称诺奖物理学界的“村上春树”。他热衷于在理论物理大厦里“另辟蹊径”,在几何相位、奇点光学、量子混沌和渐进分析等“冷门”领域作出了开创性的贡献。
我们关注贝里教授,是因为在诺奖光环之外,还有更多人,为了人类更清晰地认识世界,在少有人走的道路上执着前行。也因为他与浙江有着不浅的缘分——这位出生于英国的物理学巨匠,已经3次来到浙江追逐钱塘江大潮。通过他的眼光,也让我们对于钱江潮背后的科学意义,有了新的理解。
10年三次来浙江赶潮
迈克尔·贝里,沃尔夫奖、狄拉克奖、复旦-中植科学奖获得者,美国国家科学院外籍院士、英国皇家学会院士、布里斯托大学荣誉退休教授,1996年就被英女王封为爵士……可说是荣誉满满。而他的科学之路,正是源于潮水。将近70年前,因为着迷于家乡英国弗里姆利那条塞文河的滚滚潮水,受其启发,贝里投身理论物理学研究。
痴迷于潮,怎能不来看“天下第一潮”?
在这过去的10年间,贝里三次来到浙江看潮。“潮汐只发生在世界上几十条河流上,罕有又吸引人。我看过很多国家的潮水,从密西西比河到塞纳河,从亚马孙河到布鲁斯托尔海峡……我想看看世界上最大的潮是怎么样的。”贝里教授说。不过10年前的第一次“追潮”,却留下了遗憾。当时,浙大一位教授陪同贝里去嘉兴海宁盐官观潮,为了找一个更合适的点位,两人错过了大潮。为此,他们驱车追潮上百公里,最终还是没能追上。
去年9月,在旅澳宁波籍物理学家周焕强邀请下,贝里终于见到了梦寐以求的钱江潮——他将其形容成“银龙”。那趟旅程,他在钱塘江边,连续三天三夜,看了六次钱江潮。
到了今年9月,在宁波参加学术活动的贝里教授,专程赶到杭州,盯上的正是农历八月十八前后的天文大潮。9月17日白天,他就乘车赶往最佳观潮点——海宁盐官观潮胜地,亲眼目睹了心目中的“中国龙”。
不巧的是,恰好台风“普拉桑”也来凑热闹,原定19日晚的夜间观潮被迫取消。
18日下午,当浙大方面提出观夜潮要不要推迟到20日,贝里教授却提出——当晚就去。不顾舟车劳顿、第二天还要做报告,他再次赶往盐官。这让大家有些吃惊:83岁的老爷子,精力居然如此旺盛。
那天,我们也随贝里一同赶往盐官。夜已深,盐官观潮点岸边却是人流如织、热闹非凡,许多探照灯在江面上来回扫动,一股子喜庆氛围,当地人似乎把夜潮当成过节。19日零点刚过,我们跟着贝里教授,终于见到了难得一见的钱塘江夜潮,从眼前滚滚逝去。
“就像塞文河,在你看到波浪之前,会听到它低沉的咆哮。格洛斯特附近的塞文河只有50米宽,钱塘江几乎有3公里宽,所以海浪更响,咆哮声可以听到整整20分钟,然后才能瞥见远处的一条细白线。”贝里这样描绘看到的潮水,“我们看到波浪逼近,撞在墙上反射出来,这幅景象令人敬畏。它在退去的时候被放大了,与仍在前进的潮汐相互干扰。”
“我喜欢在晚上看潮水。当它靠近的时候,我们可以观察到它的经过,伴随那遥远的、越来越大的轰鸣声,这种感觉很神奇。”凌晨1点多,坐在回程商务车的副驾,贝里依旧兴奋:“今天潮水特别大,我们听到涌潮的咆哮声,很久之后才看到它逼近。我看到了之前没有见过的潮水模式,这可以帮我完善理论。”
潮水背后的“十万个为什么”
结束了深夜追潮,在短短12个小时之后,这位出生于二战期间的老人,便出现在浙大紫金港校区求是大讲堂的讲台上,脸上丝毫没有倦意。
“当我看潮水时,我就会想弄明白它——为什么每天有两次潮汐而非一次?为什么都发生在地球面向月球的这一边?每年700多次潮汐中,为什么塞文河上的潮汐最多50次?既然太阳引力比月球强了近200倍,月球又为什么会起作用呢?”
贝里教授与在座师生分享了塞文河的潮水怎样吸引他、启发他,怎样让他的脑海里产生了“十万个为什么”,又绘声绘色地讲述了在钱塘江两次观潮的经历和体悟。他详细解释了潮汐涌潮的多种类型,以及地月引力引发潮汐的机制。
紧接着,他以《一千零一夜》中辛巴达被巨鸟抓着下坠的失重体验来比喻爱因斯坦的等效原理,深入剖析了波状涌潮的物理机制。他提取出一个极简模型,来描述波状涌潮最基本物理特性,提醒大家要善于捕捉物理学纷繁现象背后的普遍性。
而贝里接下来的话,让我们对钱江潮,更是有了一次全新的认识。这是一个穿越时空、涉及宇宙最本源的视角——
“物理学的第一次统一是由艾萨克·牛顿完成的,他认识到了引力的普遍性。让月球在其轨道上运行、使地球保持其位置、让我们立足大地的力,与产生潮汐的力是同一种力。当我们并肩站在岸边,等待涌潮到来,看到统一性的三个方面同时在眼前展开——这是一件何等美好之事。”贝里说。
物理学家为什么热衷于追潮?贝里的这段话,或许就是答案。“物理学,就是要追寻不同现象背后统一的规律。”浙江大学王大伟教授向我们补充解释道,贝里醉心于此,他能够从这种追寻的过程中获得巨大的满足感。
在冷门赛道上执着前行
在滔滔不绝地发言时,贝里时常眯上眼睛,似乎沉浸于另外一个平行世界。我们忍不住问他:为什么83岁还能保持如此旺盛的精力?他的答案是:多思考,保持好奇心,尝试新事物。
年轻学子如何成为真正的科学家?在讲座渐入高潮的互动环节,贝里教授对于这个话题可谓“身体力行”。
他早早地走到台下,在每一名同学起立提问时,他都会走到提问者跟前,专注地倾听中国年轻学子们用英语说的每一个单词,并耐心做出解答。从涌潮现象的成因到数学模型的应用,从理论研究的挑战到实验探索的乐趣,贝里的解答既专业又生动,赢得阵阵掌声。
一脸稚嫩的浙大工科试验班信息大类新生丁宁,问了一个“水的盐度是不是潮水成因之一”的问题。贝里教授用数学模型来刻画生活中的现象,这一点给他留下了很深的印象。“平时课本上的微积分习题只是解个方程式,没啥实际意义。教授则是以水的深度和时间作为参数,列出微积分表达式,描绘出波形和时间的关系。”丁宁告诉我们,这一点对于他未来的研究很有启发。
“人们问我,你会给年轻科研人员什么建议?我给的建议是:不要接受建议。”贝里强调,“我是认真的,不开玩笑。”大约60年前,当他开始工作时,同事们对他说:你必须在《物理评论快报》上发表文章,你必须去美国做博士后,必须拿到资助等等。然而,贝里从未照做过,他只是投身于自己感兴趣的理论物理领域,而这种研究恰恰不太受欢迎。
追潮,是贝里的执着,这种执着,也正是贝里在科研上的突出特点。他从来不会因为哪一项研究领域足够“热门”,而改变自己的方向。就像科学家们公认的:贝里教授总是倾向于避开拥挤的主流——譬如量子霍尔效应、暗物质、暗能量、弦理论、高温超导等——以敏锐的好奇心和科学直觉,选择人迹罕至的道路,并为广泛的领域带来了极大影响。
当贝里40多岁时,已是硕果累累,他所在的布里斯托尔大学物理系想让他当系主任。“但是我并不想做那些事,于是我申请了皇家学会的研究教授职位,并幸运地得到了它。”这意味着,他放弃了终身教职,选择了每五年必须申请一次的皇家学会教职。
早在20年前,贝里就退休了,有一笔不错的养老金。“我仍然在工作,有一个办公室,继续研究自己钟爱的理论物理。”
邀请他来浙大的王大伟教授说:“他最著名的物理学发现,业界都叫做‘贝里相位’,但是他提到这个,都是说‘相位’或者说‘几何相位’。他还说,这只是个小工作。”
有一次,贝里教授出访别国进行学术交流,被当地记者问到,诺贝尔物理学奖啥时候能轮到自己国家的科学家?他的回答是:“如果你们总是追热门的话,那就永远拿不到。”
犀利直白,就是这位物理学大师的风格。
闲得蛋疼,垃圾蚊帐