從文科生到物理巨擘，諾獎(jiǎng)得主Leggett逝世

據(jù)伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校官網(wǎng)消息，理論物理學(xué)家安東尼·萊格特（Anthony J.Leggett）于美國(guó)當(dāng)?shù)貢r(shí)間3月8日逝世，享年87歲。

萊格特被公認(rèn)是低溫物理與凝聚態(tài)理論領(lǐng)域的世界級(jí)領(lǐng)軍人物，因?qū)Τ瑢?dǎo)體和超流體理論的先驅(qū)性貢獻(xiàn)而榮獲2003年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，并在宏觀量子現(xiàn)象、耗散系統(tǒng)量子理論及量子力學(xué)基礎(chǔ)研究方面留下深遠(yuǎn)影響。

綜合報(bào)道| 返樸

“萊格特教授思維卓越，總是在研究具有突破性的思想，而且他為人謙遜 低調(diào) 、平易近人，”伊利諾伊大學(xué)生物工程教授拉希德·巴希爾（Rashid Bashir）說(shuō)，“世界失去了一位傳奇人物，也失去了一位極好的人。我們將深切懷念他。”

萊格特最為人所知、也為他贏得2003年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的成就， 是解釋了在極低溫度下，液態(tài)氦-3原子是如何配對(duì)并形成無(wú)摩擦、無(wú)粘滯的“超流體”的。 在此之前，科學(xué)家已經(jīng)知道氦-4在極低溫度下會(huì)變成沒(méi)有任何粘滯性的超流體，但氦-3原子屬于費(fèi)米子，按照泡利不相容原理，單個(gè)氦-3原子不能像氦-4那樣直接以玻色子的方式凝聚。萊格特在1970年代巧妙地運(yùn)用并拓展了BCS超導(dǎo)理論，提出氦-3原子在毫開爾文級(jí)別的極低溫度下，會(huì)通過(guò)一種非常復(fù)雜的方式兩兩配對(duì)，形成自旋和軌道角動(dòng)量都不為零的庫(kù)珀對(duì)。他的理論不僅 完美預(yù)言了氦-3超流體中復(fù)雜的多相結(jié)構(gòu)，還揭示了這種微觀量子態(tài)如何決定了液體的宏觀流體動(dòng)力學(xué)和磁性特征。這一理論框架后來(lái)不僅在低溫物理中占據(jù)核心地位，還被物理學(xué)家廣泛 應(yīng)用于 宇宙學(xué) 、亞原子粒子研究以及液晶等多個(gè)領(lǐng)域。

2003年12月，在瑞典斯德哥爾摩舉行的頒獎(jiǎng)典禮上，萊格特從卡爾·古斯塔夫國(guó)王手中接過(guò)諾貝爾獎(jiǎng)。 | Darrell Hoemann/The News-Gazette

除了超流體，萊格特在量子力學(xué)的基本宏觀應(yīng)用方面也做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。他始終對(duì)量子力學(xué)能否直接應(yīng)用于宏觀物體抱有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶徱晳B(tài)度。為了探究這一問(wèn)題，他與合作者提出了著名的Caldeira-Leggett 模型 ，詳細(xì)描述了量子系統(tǒng)在與宏觀環(huán)境相互作用時(shí)，是如何發(fā)生量子退相干并逐漸喪失量子特性的，這為開放量子系統(tǒng)、量子退相干和超導(dǎo)量子電路噪聲理論提供了重要基礎(chǔ)。此外，他提出的Leggett-Garg 不等式 ，猶如宏觀世界里的貝爾不等式，為實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家提供了一種檢驗(yàn)“經(jīng)典宏觀實(shí)在論”與量子預(yù)測(cè)是否兼容的數(shù)學(xué)工具。 萊格特的理論直接影響了約翰·克拉克（John Clarke）、約翰·馬丁尼斯（John Martinis）和米歇爾·德沃雷特（Michel Devoret）在電路中發(fā)現(xiàn)宏觀量子力學(xué)隧穿和能量量子化的實(shí)驗(yàn)，他們憑借這項(xiàng)工作分享了2025年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

約1985年，萊格特就“薛定諤的貓”發(fā)表演講 。| Emilio Segrè visual archives of the American Institute of Physics

1986年，高溫超導(dǎo)體被發(fā)現(xiàn) 后 ，萊格特提出了測(cè)試新型超導(dǎo)體對(duì)稱性的實(shí)驗(yàn)方案，這也促成了戴爾·范·哈林根（Dale Van Harlingen）、唐納德·金斯伯格（Donald Ginsberg）和大衛(wèi)·沃爾曼（David Wollman）的實(shí)驗(yàn)。 這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)在 1993年給出了新型超導(dǎo)體具有d波對(duì)稱性的關(guān)鍵證據(jù)，而 傳統(tǒng)（常規(guī)）低溫超導(dǎo)體通常可由近似各向同性的 s 波配對(duì)描述。

1938年3月26日，安東尼·萊格特出生于英國(guó)倫敦南部坎伯韋爾的一個(gè)天主教家庭。他后來(lái)不無(wú)幽默感地寫道：“據(jù)說(shuō)我比預(yù)產(chǎn)期晚了七分鐘才出生，這似乎預(yù)示著我早年就有的拖延癥傾向，而這種傾向恐怕會(huì)貫穿我之后的大部分職業(yè)生涯。”

他的父母是各自家族中 的初代大學(xué)生 ，他們?cè)趥惗卮髮W(xué)求學(xué)期間相識(shí)并訂婚。安東尼出生后不久，第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)。18個(gè)月大的他被疏散到薩里郡恩格爾菲爾德格林的一個(gè)小村莊公園里，在那里度過(guò)了戰(zhàn)爭(zhēng)年代。戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束后，他回到倫敦上諾伍德的家中。父親成為中學(xué)物理、化學(xué)和數(shù)學(xué)教師，母親則因家庭壓力放棄了教師職業(yè)，全心照顧五個(gè)子女。

萊格特的父母都是天主教徒，所以他從小就接受天主教信仰的熏陶。他后來(lái)回憶：“這使我們?cè)诋?dāng)時(shí)的英國(guó)成為了一個(gè)人數(shù)不多且處境艱難的少數(shù)群體。雖然我在二十歲出頭就不再是虔誠(chéng)的天主教徒了，但我仍然時(shí)不時(shí)地會(huì)想，童年和青少年時(shí)期，我堅(jiān)持和捍衛(wèi)（有時(shí)是在公共場(chǎng)合，甚至面對(duì)一些嘲笑）與眾不同的信仰和態(tài)度的經(jīng)歷，在多大程度上影響了我后來(lái)對(duì)物理學(xué)乃至對(duì)生活的態(tài)度。”

萊格特 早年的學(xué)術(shù)軌跡頗具傳奇色彩 。他 最初在 牛津 大學(xué)攻讀 人文學(xué)科 專業(yè)，并于1959年 獲得古典學(xué)（Literae Humaniores）的本科學(xué)位。“你必須在很小的時(shí)候（通常是十五歲，但我當(dāng)時(shí)是十三歲）就做出選擇——在古典文學(xué)、現(xiàn)代語(yǔ)言、數(shù)學(xué)和科學(xué)之間做出選擇。這個(gè)選擇基本上決定了你在大學(xué)里可以攻讀哪些學(xué)位（假設(shè)你上了大學(xué)），而這反過(guò)來(lái)又嚴(yán)重限制了你能申請(qǐng)的工作類型。”

雖然哲學(xué)是萊格特最擅長(zhǎng)的科目，但他并沒(méi)有打算以哲學(xué)家為職業(yè)，因?yàn)樗X得哲學(xué)這門學(xué)科更多地依賴于 “ 措辭 ” ，而不是客觀標(biāo)準(zhǔn)。他說(shuō)：“數(shù)學(xué)這個(gè)學(xué)科決定了，如果做錯(cuò)那只能是因?yàn)槟愦馈Ｎ蚁Ｍ凶鲥e(cuò)了但還不蠢的可能性。”

完成第一個(gè)學(xué)位后，他選擇在牛津攻讀第二個(gè)本科專業(yè) —— 物理學(xué)。 隨后，萊格特 繼續(xù) 攻讀物理博士學(xué)位，并于1964年在牛津大學(xué)完成學(xué)業(yè) 。 他進(jìn)入伊利諾伊大學(xué)物理學(xué)系，跟隨戴維·派恩斯（David Pines）和約翰·巴丁 （ John Bardeen ）； 其后又在日本京都等地從事博士后研究。

萊格特在2003年的諾獎(jiǎng)新聞發(fā)布會(huì)上回憶，大學(xué)快結(jié)束時(shí)發(fā)生的兩件事使他對(duì)物理產(chǎn)生了興趣——一是前蘇聯(lián)1957年發(fā)射了第一顆人造衛(wèi)星斯普特尼克1號(hào)；二是一個(gè)過(guò)去曾當(dāng)過(guò)數(shù)學(xué)教師的退休牧師“照顧著我，教給了我很多事情”。他說(shuō)這位牧師的指導(dǎo)“讓我有了學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的信心”。

對(duì)于這段“文科生”的經(jīng)歷，他曾說(shuō)：“經(jīng)常有人問(wèn)我，在我后來(lái)的物理學(xué)生涯中，我從古典學(xué)學(xué)位中得到的訓(xùn)練是否以及如何對(duì)我有用。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，我有一個(gè)開玩笑的答案，即我顯然與我的一些物理學(xué)同事不同，我至少知道希臘字母 φ 和 ψ 之間的區(qū)別！”

“不過(guò)，我也有一個(gè)認(rèn)真的回答。我當(dāng)然覺得至少這個(gè)學(xué)位的哲學(xué)部分幫助我塑造了看待世界的方式，特別是看待一些物理學(xué)問(wèn)題的方式。這并不是一件容易量化或說(shuō)得很具體的事情；我從來(lái)沒(méi)有接受過(guò)精神分析課程，但我想，任何真正經(jīng)歷過(guò)這種過(guò)程的人大概都不可能再以完全相同的眼光看待世界。我認(rèn)為我在牛津經(jīng)歷的那種嚴(yán)格的分析哲學(xué)訓(xùn)練對(duì)我來(lái)說(shuō)也是如此。另一個(gè)類比，也許是我后來(lái)把日語(yǔ)學(xué)到相當(dāng)流利時(shí)所體驗(yàn)到的那種感覺：這就像是一個(gè)人學(xué)會(huì)了使用一塊自己原先并不知道存在的肌肉。無(wú)論如何，我從來(lái)沒(méi)有一刻后悔過(guò)我在這個(gè)學(xué)位上花費(fèi)的時(shí)間。”

從1967年到1983年，萊格特在英國(guó)薩塞克斯大學(xué)（University of Sussex） 度過(guò)了早期極其豐產(chǎn)的十幾年 。隨后 他 回到伊利諾伊大學(xué)任教，直至2019年退休。

萊格特與其研究團(tuán)隊(duì)成員在如今以他名字命名的研究所——安東尼·萊格特凝聚態(tài)理論研究所工作。 | 攝影：L. Brian Stauffer

在伊利諾伊大學(xué)任職期間，他還同時(shí)在加拿大滑鐵盧的量子計(jì)算研究所（Institute for Quantum Computing）擔(dān)任職務(wù)。2013年，他出任上海復(fù)雜物理中心創(chuàng)始主任；2023年，他成為伊利諾伊大學(xué)凝聚態(tài)理論研究所（Institute for Condensed Matter Theory）的首席科學(xué)家。該研究所也于2023年更名為安東尼·J·萊格特凝聚態(tài)理論研究所。

萊格特在世的親人包括他于1973年結(jié)婚的妻子Haruko Kinase-Leggett；他的女兒Elizabeth Asako Kinase-Leggett；以及他的姐妹Judith Leggett和Clare Prangley。

在他獲得的眾多其他獎(jiǎng)項(xiàng)中，包括沃爾夫物理學(xué)獎(jiǎng)（2002-03年）、尤金·芬伯格紀(jì)念獎(jiǎng) 章（1999年）、保羅·狄拉克獎(jiǎng)?wù)潞酮?jiǎng)金（1991年）、西蒙紀(jì)念獎(jiǎng)（1981年）、弗里茨·倫敦紀(jì)念獎(jiǎng)（1981年）以及詹姆斯·克拉克·麥克斯韋獎(jiǎng)?wù)潞酮?jiǎng)金（1975年）。

萊格特是美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院士、美國(guó)哲學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)員、美國(guó)藝術(shù)與科學(xué)院院士、愛爾蘭文學(xué)與歷史學(xué)會(huì)會(huì)員。他也是英國(guó)皇家學(xué)會(huì)、美國(guó)物理學(xué)會(huì)和美國(guó)物理學(xué)聯(lián)合會(huì)的會(huì)士。他是英國(guó)物理學(xué)會(huì)的榮譽(yù)會(huì)士，也是俄羅斯科學(xué)院的外籍院士。2004年，他因“對(duì)物理學(xué)的貢獻(xiàn)”被英國(guó)女王伊麗莎白二世授予爵士頭銜。

“托尼（萊格特）是一位深受愛戴的同事。他說(shuō)話總是輕聲細(xì)語(yǔ)，以至于人們很容易忽略他的成就之非凡，”伊利諾伊大學(xué)物理學(xué)系主任維迪婭·馬達(dá)萬(wàn)（Vidya Madhavan）說(shuō)，“他對(duì)物理學(xué)系和學(xué)校都懷有極其深厚的歸屬感。無(wú)論多么忙碌，他總會(huì)抽時(shí)間幫助同事和學(xué)生；盡管經(jīng)常出差，他始終是物理學(xué)系穩(wěn)定而持續(xù)的存在。他和 妻子 一起向一代又一代同事、學(xué)生和博士后敞開家門，我們所有人都對(duì)此深懷感激。”

文章轉(zhuǎn)載自“返樸”微信公眾號(hào)