約翰·阿奇博爾德·惠勒
約翰·阿奇博爾德·惠勒
約翰·阿奇博爾德·惠勒（John Archibald Wheeler，1911年7月9日—2008年4月13日），美國物理學家、物理學思想家和物理學教育家。
1911年7月9日，約翰·阿奇博爾德·惠勒出生在美國的佛羅里達州；1933年獲得約翰斯·霍普金斯大學博士學位後來到丹麥哥本哈根，在尼爾斯·波爾指導下從事核物理研究；1937年惠勒提出了粒子相互作用的散射矩陣概念；1939年與尼爾斯·波爾、前蘇聯的弗朗克爾一起提出重了原子核裂變的液滴模型理論；1957年與米斯納開始發展“幾何動力學”；1965年獲得愛因斯坦科學獎；1969年惠勒在紐約的一次會議上首次使用“黑洞”一詞；1968年獲得原子能委員會恩利克·費米獎；1982年獲得玻爾國際金質獎；1983年他提出了參與宇宙觀點；1993年，獲Matteucci Medal；1997年獲得沃爾夫獎；2008年4月13日，因患肺炎醫治無效，在位於其新澤西的家中逝世，享年97歲。
惠勒的主要研究領域為量子理論、相對論研究。
1911年7月9日，約翰·阿奇博爾德·惠勒出生在美國佛州的傑克遜維爾一個圖書館員家庭里，他是家中的老大，下面有3個弟妹。
1915年，4歲時，惠勒就對宇宙產生了濃厚的興趣，一天他問母親，“宇宙的盡頭在哪裡？在宇宙上我們能走多遠？”母親的回答當然不能滿足他的好奇心。於是惠勒向書本請教，英國著名生物學家兼科普作家約翰·阿瑟·湯姆生的《科學大綱》曾讓他愛不釋手。好奇心常常讓他忘乎所以，有一次為了弄清1.1萬伏高壓電是什麼感覺，他還特意用手去碰高壓電線。早年就讀於巴爾的摩學院（Baltimore City College ）
1933年獲，約翰斯·霍普金斯大學（Johns Hopkins University）博士學位，他來到丹麥哥本哈根，在丹麥哥本哈根大學著名物理學家丹麥尼·波爾指導下從事核物理研究，此後在普林斯頓大學和得克薩斯大學教書。曾參與美國“曼哈頓”計劃。
1937年，惠勒提出了粒子相互作用的散射矩陣概念。
1939年，他與丹麥尼·波爾、前蘇聯的弗朗克爾一起提出重了原子核裂變的液滴模型理論。在50年代或更早的時期，那時的廣義相對論大體上還是數學的一個分支，把它引進物理學主要就歸功於惠勒。
1957年，他與米斯納開始發展“幾何動力學”，把萬有引力、電磁場、質量、電荷都當作彎曲的空虛空間的性質來解說，企圖把物理學完全幾何化。
1965年，獲得“愛因斯坦獎”。
1969年，惠勒在紐約的一次會議上使用“黑洞”一詞，從此傳播世界。
1982年，獲“玻爾國際金質獎章”等。
1983年，他提出了參與宇宙觀點。
1993年，獲Matteucci Medal。
1997年，惠勒因為在量子理論上的創新研究，獲得了數學界的“諾貝爾獎”———沃爾夫獎。
2008年4月13日，因患肺炎醫治無效，在位於其新澤西的家中逝世，享年97歲，這意味著哥本哈根時代的徹底終結。
為了解釋宇宙中大質量超巨星坍縮時產生的現象，惠勒創造了“黑洞”這個相當簡潔、貼切、概括性的辭彙。此外，惠勒還在核裂變研究領域獲得創造性成果，選定鈾－235作為製造原子彈的原料，是第一位從事原子彈理論研究的美國人。他曾從事氫彈研製工作，在統一場研究中有相當成就。惠勒在量子理論和相對論研究上成就巨大，他還創造了諸如“蟲洞”和“量子泡沫”等辭彙，並且成為物理學中的重要術語。
惠勒除愛好游泳外，他還喜歡在樹林中工作，就算閑暇時間他也在思考物理問題。九十多歲時，居住在新澤西的惠勒仍堅持每星期乘公共汽車到普林斯頓兩次，喜歡與年輕人打成一片。他說，自己在與年輕人的交往中得到了新的信息。
原子彈 遺憾沒能提早製成
儘管終其一生都在美國最頂級的大學里進行研究和教學活動，但約翰·惠勒的出身卻很貧寒。21歲時，他獲得了約翰·霍普金斯大學的博士學位。在僅僅約會3次之後，他就迎娶了自己的老友詹妮特·海格納。可是婚後才一年，他就又撇家舍業坐船來到歐洲，進入哥本哈根大學成為“量子理論之父”玻爾（Niels Henrik David Bohr）的同事。“我們討論了許多宗教人物，菩薩、耶穌、摩西，在和玻爾的對話中，我相信他們真的存在。”他曾回憶說。
1939年，受到歐洲局勢影響，玻爾帶著關於核裂變的消息來到美國。當時，惠勒已經成為一名年輕氣盛的物理學教授。玻爾告訴他，納粹科學家已經成功分離出了鈾原子。在接下來的幾周內，他與玻爾畫出了核爆炸理論的草圖。在事後的回憶中，惠勒曾說，當時玻爾曾想花很多時間與愛因斯坦爭論量子理論，“不過他和我說話的時間還是比和愛因斯坦說話的時間多”。
這兩位物理學家的關係更進了一步。在玻爾與惠勒合作開發的模式中，原子核包括了中子和質子，呈液滴狀。當另一個蛻變核中的中子發射出來擊中這個“液滴”，它就會開始劇烈振動，並逐漸拉升成花生狀，最終一分為二。這就是他倆研究出的“液滴模型”，它為後來的原子彈製造打下了基礎。
兩年後，惠勒前往參與著名的“曼哈頓計劃”———製造原子彈。他成了第一位研究原子彈的美國人，並決定以鈾-235作為製造原子彈的材料。在他以及其他科學家的共同努力下，這種當時世界上最強大的武器的爆炸聲宣告了第二次世界大戰的結束。與玻爾後來陷入無盡的道義自責不同，惠勒並不因為這一強大武器給人類造成的災難而感到遺憾。他遺憾的是，自己沒能讓原子彈更早一些問世，否則就可以儘早改變歐洲戰場的情況———這樣，他的兄弟喬或許就不會在1944年死於義大利戰場了。
戰後，惠勒繼續協助政府進行一些研究。他放下自己手邊的研究，開始幫助發展氫彈。他還建造了原子塵避難所。與同時期很多自由派的同事不同，他一直都對美國政府的政策，比如越戰和導彈國防表示支持。
惠勒曾經因為在火車上丟失一份機密文件而遭到當時的美國總統艾森豪威爾的斥責，儘管如此他還是在1968年被約翰遜總統授予原子能委員會的費米獎。在上世紀60年代的時候，新一代的相對論研究者和宇宙學家已經在英國和蘇聯出現，但這個時候惠勒還是儘力促成了傳統的愛因斯坦相對論成為一門課程。
黑洞 推翻物理法則
事實上，惠勒在一個問題上將愛因斯坦理論向前大大推進了。
1939年，後來成為“曼哈頓計劃”負責人的羅伯特·奧本海默（Robert Oppenheimer）與一名學生稱，愛因斯坦的方程式做出了一個天啟式的預言：一顆足夠重量的死恆星將會崩裂，它製造出極密的堆積，以致光都無法穿越。這顆恆星會一直分裂下去，而宇宙空間則會像個黑斗篷一樣將其包裹。在這個堆積中心，空間會無盡地彎曲，物質無窮密集，形成一種既密實又單一的矛盾景象，也就是我們現在說的物質為零的“黑洞中心”。
惠勒最先是反對這個結論的。1958年在比利時的一場會議中，他與奧本海默對峙。惠勒說，這個崩潰理論未能很好地解釋類似恆星中物質的命運，他反駁說，物質怎麼可能竟然發展到無物質呢。畢竟，物理法則怎麼可能發展到違背自己以達到“無物理”的地步呢？
但是很快，當解釋這顆崩裂行星的內部和外部的數學公式出現時，他與其他一些學者都被說服了。1969年在紐約的一次會議上，為了說服場下聽眾，他靈機一動，冒出了“黑洞”這個詞，以描述這些恆星可怕而充滿戲劇性的命運。“黑洞”一詞從此流傳開來。
在惠勒1999年的自傳中，他寫道：“黑洞教育我們空間可以像紙一樣被揉捏成一個無窮小的點，小到時間會像火焰一樣被熄滅，而我們之前所以為的‘神聖’不可變的物理法則也再不是那樣了。”
1976年，惠勒從普林斯頓大學退休，來到了得克薩斯大學，同時，他開始思考曾經讓愛因斯坦和玻爾都感到迷惑的一個問題：如何用量子結構的奇怪法則來觀察現實。“量子革命”的基礎是海森堡1927年提出的“不確定原理”，這個原理給認識自然物質加了很多限制，比如它認為即使在理論上，人們也是不可能同時知道亞原子粒子的速度和位置的。在這種條件下，如果不去觀察的話，亞原子粒子及其運動就會處於一片惠勒稱之為“巨大的煙霧龍”的粒子云狀態中，模糊不清。這個想法曾讓愛因斯坦很沮喪，他甚至有一次問惠勒，如果人們都不去看月亮的話，那月亮還會不會在天上？
不過，惠勒卻在思考，量子不確定原則是否能運用於整個宇宙和歷史，這點是否是認識所有存在物質的關鍵。“我們不再滿足於僅僅觀察粒子，或引力場，或幾何，甚至時空，”他在1981年的一篇文章中寫道，“今天我們對物理的要求是，要了解存在本身。”
教育 年輕人與他互相指引
與惠勒科學上的成就齊名的是他在科學教育上的成就。惠勒先後任普林斯頓和得克薩斯大學奧斯丁分校的教授。他給物理理論教育鋪設了道路，給學生提出一個又一個啟迪智慧的問題。
惠勒的學生、麻省理工學院的宇宙學家馬克思·特格馬特說：“對我來說，他是一個巨人，是仍在世的物理超級英雄。”在惠勒的領導下，普林斯頓大學已經成為美國相對論研究界的領軍機構。
艾維特（Hugh Everett）也是惠勒的學生。他在惠勒指導下做的博士論文提出，與宇宙平行的量子結構正在無止境地分裂著。惠勒稱這個想法為“多世界”，而這個理論也成為了無數宇宙學家和科幻小說作者的最愛。
即使在獲得巨大聲名之後，他也甘願去教大學一年級。原因很簡單，他認為年輕人的想法是最重要的。年輕人也更接受他創造出的看似違背傳統的一些新詞：黑洞、蟲洞（worm hole）、量子泡沫、多宇宙……惠勒一再表示和年輕人合作的重要性，他的幾乎所有著作都是與學生合著的。1973年的《萬有引力》厚達1000多頁，書中卻充滿了智慧和可讀的語言，甚至還布滿邊欄和個人的物理素描，因為太暢銷，這本書再版了好幾次。
在自傳中，他特別提到了這樣一件事情：“我曾經有一個錯誤的結論，認為無論塌縮中的星體表面引力有多強，與地面垂直並向上直射的光線依然可以逃脫並攜帶出能量（與質量）。”後來幾個學生證明這個結論是錯誤的，他才恍然大悟。
作為一位出色的教育家，惠勒對於教育有特殊的理解。“大學里為什麼要有學生？”惠勒說，“那是因為老師有不懂的東西，需要學生來幫助解答。” 1970年代初期，惠勒的學生貝肯斯坦（Bekenstein）提出，黑洞的視界面積正比於黑洞的熵，這個思想與當時的霍金等人“黑洞無毛”的觀點相悖，幾乎所有的黑洞物理學家都站在霍金一邊，只有惠勒支持貝肯斯坦，他說：“這個想法足夠瘋狂了，所以它很有可能是對的。”而貝肯斯坦的確對了。早逝的費曼曾經說：“有人說惠勒晚年陷入了瘋狂，其實惠勒一直都瘋狂。”
作為20世紀最重要的物理學成就，量子論和相對論在其基本理念上存在著嚴重的衝突，至今沒有統一起來。作為哥本哈根學派的一員，惠勒對量子力學有深刻的理解，也作出了重要的貢獻。但對於相對論，尤其是廣義相對論，則知之不多。
1950年代，惠勒在普林斯頓開了一門討論班課程，廣義相對論。惠勒又有驚人之語曰：要想了解一個新的領域，就去開一門這個領域的課程。後來又說：要想了解一個新的領域，就寫一本關於那個領域的書。這就是他與他的學生基普·索恩合寫的大部頭著作《引力》。
惠勒具有超人的物理學直覺，能夠從簡單的類比，來獲得深邃的洞察。“類比引發洞察”，這是他的方法論夫子自道。其深邃在於，這些類比經他一說，似乎極為平常。
惠勒最有代表性的思想是1979年在紀念愛因斯坦100周年誕辰學術研討會上提出的延遲選擇實驗，據此，他給出了一個顛覆我們通常時間次序的結論：“我們此時此刻作出的決定，對於我們有足夠理由說，它對已經發生了的事件產生了不可逃避的影響。”此時的決定，影響了，甚至決定了光子的過去。最絕的是，這個思想實驗不但具有可操作性，而且可以在宇宙尺度上操作。藉此，惠勒反覆強調：“沒有一個基本量子現象是一個現象，直到它是一個被記錄（觀察）的現象”；“並沒有一個過去預先存在著，除非它被現在所記錄”。於是，惠勒把哥本哈根學派的整體論從空間拓展到了時間。
惠勒反對說有一個外在於我們的客觀實在存在“在哪兒”。作為物理學家，惠勒喜歡使用圖示、模型和故事來說明他的觀點。他經常利用這個R來代表實在（Reality），他指出：“實在是由一些觀察的鐵柱及其間的理論和想象構成的。”然而，他又指出，先定義術語，再繁衍理論，這是不可能的；先有實在，再有觀察者的觀察，也是不可能的。因為理論、概念、定律和測量方法是不可分離、同時呈現的（《宇宙逍遙》第14頁）。因而，即使被觀察的鐵柱本身，也是與理論相關的。這樣一來，我們所看到的實在圖景，幾乎完全是我們的建構。
他強調觀察的意義，我們觀察到什麼，（部分地）取決於我們用什麼方式提問。由此類比，我們所見到的世界，也是由於觀察而成為存在的。進一步，惠勒提出了參與的宇宙（participatory universe）這個概念，指出宇宙是一個自激迴路，現在的觀察，參與乃至創造了宇宙之誕生。於是有“萬物源於比特”（有生於微）的理念。純粹的客觀的觀察是不可能的，觀察者必然成為參與者。而我們現在是看到的宇宙，或者實在，正是來自於古往今來的無數觀察－參與行為。
這些思想沿著物理學的邏輯步步深入，一直推到似乎荒謬得難以接受的程度。這種思想方式已經成為惠勒的方法論。
相對論和量子論，20世紀上半葉最偉大的兩個物理學理論至今不能融合，這本身也是一個悖論。作為為數不多的同時對量子論和（廣義）相對論有深入研究的物理學家之一，惠勒同時進行著幾個層面的思考，既考慮物理學本性的二階問題，也構想未來物理學可能的基本因素。他提出了關於未來物理學的“三個問題”：存在如何，量子如何，觀察如何創造？並提出了解決問題的“四個沒有”的原則和“五條線索”。這些思想雖然已經構成了一個龐大的系統，各個部分之間有著緊密的聯繫，但是還沒有形成完整的體系，依然包含著眾多的猜想和可能性。而其魅力，可能恰恰來自於這些可能性。惠勒不是給出了答案，而是向我們提出了問題。下面舉幾個例子：
• 變易性
從物理學結構上，惠勒構造了一個變易性的階梯。這個階梯的最下層是最古老的彈性定律，彈性定律假設密度是不變的常量。而在我們能夠產生足夠的壓力之後，密度就成為變數。化學價曾被認為是原子的固有屬性，可以用來為原子排序，於是有門捷列夫元素周期表。但是原子核嬗變使這一條也發生了變化。每一條物理定律，都在某種物理條件的極端狀態下被突破，被超越。依此類推，惠勒認為，一切定律都具有變易性（mutality），都不可能是不朽的，而宇宙本身也有生有滅。
• 物質和定律的物理學
惠勒認為，麥克斯韋時代的物理學是物質的物理學，這時物理學的目的是尋找構成物質世界的基本單元，把物理學的基礎建立在更基本的粒子之上。而此後的物理學則是定律的物理學，具體的物理粒子成為理論本身的建構結果，不再基本。惠勒力圖把更多的物質轉化成定律，前述“沒有物質的物質”和“沒有電荷的電荷”都是這種思想的表現。當然，這也可以用奧卡姆剃刀來解釋。
• 推出時間、量子和連續性
既然物質和電荷都可以從物理學自身的結構中給出，惠勒大膽地猜想，現在從物理學之外給入的時間將來也可以從物理學中推導出來，由絕對的量變成近似的量，由基本的量變成導出的量。正如光速曾經是外來的、絕對的量，後來則成為導出的，近似的。事實上，惠勒希望把所有外來的量，乃至把物理學本身建立在觀察之上，希望從最質樸的觀察出發，給出量子的定義，時間的定義，並解決數學連續性和物理的分立之間的矛盾問題。這就是所謂物理學的質樸性。
• 從物理學走到了哲學
2000年是量子理論問世一百周年，惠勒寫了一篇文章《量子何為？——量子物理的榮耀與恥辱》表示紀念。他說：
這就是普朗克之後一百年的量子物理，全部化學、生物學、計算機技術、天文學和宇宙學的理論基礎。然而，如此值得自豪的基礎，卻仍不能知道其自身基礎。我們可以相信，我確實相信，對於“量子何為”這個問題的回答也將被證明是對“存在何為”這個問題的回答。
2001年年初，惠勒在給筆者的電子郵件中指出：“未來的物理學應該來自於我們對量子理論的更深入理解，而不是來自對量子理論的評判。”
在對這些基本問題的思考中，惠勒從物理學走到了哲學。
中文文獻
能夠集中表現惠勒思想的中文文獻在2000年前只有兩種。
一是《物理學和質樸性：惠勒演講集》（安徽科學技術出版社，1982年），這是惠勒在 1981年訪問中國時，在北京、合肥和上海發表的學術演講。此書直接用中文出版，沒有其他語種的版本。中國學者了解惠勒，大多始於此書。
一是《科學和藝術中的結構》（童世駿、陳克艱譯，華東師範大學出版社，1989年），這也是一部演講集。1979年在德國的克龍貝格城，二十幾位世界科學、哲學和藝術領域的一流人士聚在一起，就“科學與藝術中的結構”進行了專題討論。會議共有四個專題發言，前三個發言者分別是心理學家、生物學家和小說家，惠勒是第四個。與會者皆一時俊傑，包括國內熟悉的科學哲學家卡爾·波普爾，藝術史家貢布里希，以及三位諾貝爾獎得主。這兩種文獻綜合起來，大體上已經包含了惠勒就實在問題和科學走向問題的基本思想。
物理專業著作
惠勒出版的物理專業著作也有很多，中文只有一種繁體字版的《引力》在台灣出版。
2000年，惠勒傳記Geons， Black Holesand Quantum Foam（真子、黑洞和量子泡沫）中譯本由台灣商周出版社出版，題為《約翰·惠勒自傳——物理歷史與未來的見證者》（蔡承志譯），2004年，此譯本之簡體字本由汕頭大學出版社出版。這部傳記為惠勒與其高足福特合著。
《宇宙逍遙》
而最能集中體現惠勒作為哲人科學家思想的則是其文集《宇宙逍遙》。這個譯名是戈革先生的建議。該書包括六個部分，共24篇文章。其中第一部分“科學的微笑”和第六部分“超越黑洞”討論的都是物理學基礎問題以及實在本性問題，這是其思想最為尖銳和艱深的部分。
第二個部分“熱忱與士氣”篇幅較短，其中談到了教育問題，談到了對大學精神的理解（《普林斯頓的合作精神》），值得國內大學管理者“深長思之”。第三個部分“玻爾和愛因斯坦”中的六篇文章都與這兩位大師有關。涉及了物理學史上的若干重大問題，闡釋了重要的物理學思想，也談到了科學家的社會責任、科學的社會意義等問題。第四部分“追憶偉人”與前一個部分類似，只是對象變成了居里夫人、外爾、克拉默斯和湯川秀樹等人。第五部分“半生此生”討論的則是科學社會學問題。
社會風險問題的著作
尤為讓我驚奇的是，惠勒當年還曾經領導過科學的社會風險問題的研究。當然，相對於今日的科學社會學和科學知識社會學來說，惠勒的觀點更多地反映了一位科學家對於科學和社會問題的預設理解。在這幾個部分之中，還散落著惠勒獻給哥白尼、愛因斯坦等人的讚美詩，使我們看到一位物理學家多方面的才華。
終極理論之夢
惠勒的思想新奇瑰麗。就如惠勒在中文版序言中所說，人要能夠跨越自己專業的狹隘視野。在該書第一篇文章中，惠勒就強調致統一概念，強調不同領域之間的融合。這是物理學家長久以來的大統一夢想（溫伯格稱之為“終極理論之夢”）的另一種表現。而惠勒的思想已經超越了物理學，成為人類文化的共同財富。
《我們的宇宙：已知與未知》
惠勒說，茫茫宇宙中發生的奇迹，勝過人們在“最狂野的夢裡所能想象出來的最燦爛的焰火”（《我們的宇宙：已知與未知》），對我來說，惠勒這位理論物理學家張揚無羈的思想狂歡，充滿激情的理性和充滿理性的激情，也如狂野之夢中的焰火！
惠勒書籍
《Wheeler, John Archibald》 （1962）
《Misner, Charles W.; Kip S. Thorne, John Archibald Wheeler》（1973）
《Some Men and Moments in the History of Nuclear Physics: The Interplay of Colleagues and Motivations》（1979）
《A Journey Into Gravity and Spacetime》 (1990)
《Spacetime Physics: Introduction to Special Relativity》 (1992)
《At Home in the Universe》 (1994).
《Geons, Black Holes, and Quantum Foam: A Life in Physics》 (1998)
《Exploring Black Holes: Introduction to General Relativity》 (2000)
惠勒生前是美國自然科學院院士和文理科學院院士，曾任美國物理學會主席。
在惠勒2001年的90歲大壽上，戴森博士（Dr. Dyson）稱讚惠勒說，他是解碼核裂變的“工藝大師”，也是一名詩人。“詩性的惠勒是名預言家，就像摩西站在山頂上往下望，知道他的人民將有一點和他一樣。”
惠勒則如此自我評價：“如果在物理上我有一點覺得更有義務，那就是如何把各個事物聯繫起來。我希望自己有一定的辨別能力。我願意去任何地方，與任何人交談，問任何能夠促進進步的問題。”“我承認，我是一名樂觀主義者，尤其樂於相信某一天所有的真相都會解開。那麼多的年輕人都被迫去鑽研一個領域，而無法承擔解開真理的這個任務，只有我這樣的老學究才可以，真的出洋相也能承受。如果我不做，那誰來做？”
惠勒是美國著名的物理學家、物理學思想家和物理學教育家。與其同時代的物理學家相比，他的名氣遠遠不如他的博士后合作導師玻爾，他的同事愛因斯坦，也遠遠不如他的學生物理頑童費曼。在霍金流行全球之後，很多人都知道了“黑洞”這種奇怪的天體，但是很少有人知道，“黑洞”這個名字出自惠勒之手。
惠勒雖然沒有得到中國人看重的諾貝爾獎，但是他無疑是美國最重要的物理學家之一。作為物理學家，惠勒最重要的工作是與玻爾合作，在1942年共同揭示了核裂變機制，並參加了研製原子彈的曼哈頓工程。他還是美國第一個氫彈裝置的主要設計者之一。作為物理學教育家，惠勒培養出了幾代美國物理學家，他指導過的博士達50位之多——當下美國宇宙學或者天體理論物理的一線人物有相當一部分是惠勒的學生。
Richard Feynman
Demetrios Christodoulou
Jacob Bekenstein
Robert Geroch
Bei-Lok Hu
John R. Klauder
Charles Misner
Milton Plesset
Kip Thorne
Arthur Wightman
Hugh Everett
Bill Unruh
基本信息
- 中文名
- 約翰·阿奇博爾德·惠勒
- 外文名
- John Archibald Wheeler
- 國籍
- 美國
- 出生地
- 美國的佛羅里達州
- 出生日期
- 1911
- 去世日期
- 2008-04-13
- 籍貫
- 美國
- 職業
- 物理學家、物理學思想家
- 畢業院校