尤金·维格纳

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。

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，去威斯康辛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。他的儿子大卫在加州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武器的灾难性后果，他们说服阿尔伯特·爱因斯坦给罗斯福总统写了一封警告信，并且在二战期间(1942年至1945年)，于芝加哥大学(University of Chicago)参与曼哈顿计划(Manhattan Project)，旨在从铀矿石中分离出铀[yóu]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。当他的钚[bù]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。

维格纳像

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年获美国航天局恩里科·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)。维格纳曾获威斯康辛大学、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。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，也是哥廷根科学促进会的通讯会员和英国皇家学会的外籍会员。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解离机制，与恩里克·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垂面（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

维格纳曾获威斯康辛大学、华盛顿大学、凯斯研究所、加拿大阿尔伯塔大学、芝加哥大学、科尔比学院、宾夕法尼亚大学、叶史瓦大学、蒂尔学院、圣母大学、柏林工业大学、斯沃斯莫尔学院、鲁汶大学、里昂大学、伊利诺伊大学、西顿霍尔大学、天主教大学和洛克菲勒大学的荣誉学位。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，也是哥廷根科学促进会的通讯会员和英国皇家学会的外籍会员。

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、憎恶纳粹和希特勒、期盼和平、追求科学。他与爱因斯坦、狄拉克、费米、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。” ——杨振宁 《物理》2021年第9期

参考资料

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