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「1962年，我剛到普林斯頓讀研究生的時候，我的夢想是和惠勒教授一起研究相對論，我便戰(zhàn)戰(zhàn)兢兢的去敲他的門。他熱情并微笑著迎接我，把我領(lǐng)進(jìn)他的辦公室，然后立即開始和我討論恒星在其生命終結(jié)時引力坍縮的奧秘。一個小時后，當(dāng)我走出他的辦公室時，我變成了他的信徒。」

撰文 | Kip S. Thorne（基普·索恩）

翻譯 | 吳寅昊

審校 | 梁昊 等

約翰·阿奇博爾德·惠勒（John Archibald Wheeler）是一位致力于腳踏實地的項目和大膽構(gòu)思的理論物理學(xué)家，即使在天馬行空的想象中，他也一直強調(diào)實驗和觀測的重要性。他的研究和見解對核和粒子物理、核武器的設(shè)計、廣義相對論及相對論天體物理、量子引力及量子信息等領(lǐng)域產(chǎn)生了重大影響。但他最大的影響，是對學(xué)生、博士后和成熟的物理學(xué)家的教誨和啟發(fā)。

他以他所謂的激進(jìn)保守主義原則為指導(dǎo)，這是受尼爾斯·玻爾（Niels Bohr）的啟發(fā)：把你的研究建立在完善的物理定律基礎(chǔ)上（保守），但是把它們推向盡可能最極端的領(lǐng)域（激進(jìn)）。他常常超越人們所熟知的物理學(xué)的界限，以其富有先見之明的方式進(jìn)行推理，從而啟發(fā)后世的物理學(xué)家。

在約翰·霍普金斯大學(xué)的卡爾·赫茲菲德（Karl Herzfeld）教授指導(dǎo)下完成博士學(xué)位后（1933年），在紐約大學(xué)和哥本哈根，惠勒分別跟隨格雷戈瑞·布雷特（Gregory Breit）以及尼爾斯·玻爾完成了兩段博士后經(jīng)歷。在那之后，他先是在北卡羅來納大學(xué)當(dāng)了三年的助理教授（1935年-1937年），又在普林斯頓大學(xué)度過了40年的教授生涯（1937年-1976年），最后，他來到了德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校，在那里做了10年的教授（1976年-1987年）。他退休后回到了普林斯頓大學(xué)，仍一直積極地、充滿熱情地從事物理研究，直到他于96歲去世。

約翰·阿奇博爾德·惠勒

約翰·阿奇博爾德·惠勒的氣質(zhì)

約翰·惠勒舉止端莊，所以作為學(xué)生，我總是稱呼他為“惠勒教授”——一個相當(dāng)可敬的“惠勒教授”。當(dāng)我在他的指導(dǎo)下完成博士論文答辯的第二天，我打電話到他家，他的夫人珍妮特（Janette）接的電話，我問她我能否和惠勒教授聊一聊，她用和善的聲音告訴我，“基普，你現(xiàn)在有博士學(xué)位了，所以你可以叫叫他約翰尼（Johnny）”，于是從那時起我便這樣做了。在這本傳記回憶錄中，我將稱他為惠勒、約翰、或者在個別情況下稱他為約翰尼，這取決于我想表達(dá)的正式程度和個人感情。

在我們幾十年的友誼中，我最開始欣賞和享受的是約翰不羈的一面。例如，他喜歡爆炸，盡管在10歲時因為玩炸藥瓶而弄傷了食指和拇指。1971年，在哥本哈根的嘉士伯大廈舉行的一場正式、盛大的宴會中，約翰偷偷地點燃了一串爆竹，并把它扔到了椅子后面，以此來慶祝自己60歲生日。這在用餐者中引起了相當(dāng)大的騷動，但只有我，至多加上坐在他旁邊的一兩個人知道他是“罪魁禍?zhǔn)住?，以及緣由，而他則面無表情。

約翰明白一個簡練的短語或一個概念的名字可能對研究人員和非科學(xué)家產(chǎn)生的心理影響，因此他花了很多時間在溫水中泡澡，來思考所有可能的名字和短語。他創(chuàng)造的新詞有[2]：

• 歷史求和（sum over histories）：用于費恩曼（Feynman）的量子力學(xué)路徑積分公式；

• 減速劑（moderator）：在核反應(yīng)堆中減緩中子速度的物質(zhì)；

• 仿星器（stellarator）：一種等離子體磁約束裝置；

• 蟲洞（wormhole）：一種彎曲的幾何空間中的拓?fù)淦款i；

• 黑洞（black hole）：恒星內(nèi)爆后留下的物體；

• 單個量子不能被克隆（a single quantum cannot be cloned）：一個限制量子放大器的定理；

• 萬物源于比特（it from bit ）：John猜測量子信息是一切現(xiàn)實的基礎(chǔ)；

• 黑洞無毛定理（a black hole has no hair）：黑洞的唯一性定理。關(guān)于無毛定理，珍妮特曾經(jīng)告訴過我這是約翰尼淘氣的一面。

約翰總是彬彬有禮的。他曾經(jīng)的學(xué)生大衛(wèi)·夏普（David Sharp）在1977年寫給約翰的一封信中舉了一個例子：“有一天（20世紀(jì)60年代初我們一同工作的時候）有個人來拜訪你。他對于某些事情有一個自己的‘理論’想解釋給別人。大約30秒后，一切清晰起來，這人是個‘民科’?！S著討論時間的流逝，我開始變得不耐煩?！銢]有，你對那個人很尊敬?！憧创┝四莻€人的想法，并迅速而友好地指出了其中的缺陷?！掖_信當(dāng)這個人離開時，仍然對自己的‘理論’的基本正確性深信不疑。但他承認(rèn)的確存在缺陷（這是毀滅性的），而且我同樣確信他感覺自己受到了公平對待。”

彬彬有禮？嗯，差不多吧。在極為罕見的情況下，當(dāng)有特殊需要時，約翰也可能會直言不諱。迪克·費恩曼（Dick Feynman）在20世紀(jì)70年代曾經(jīng)給我舉過一個例子，當(dāng)時我們在一個宴會上喝的都有點高：“在我還是他的學(xué)生的時候，惠勒有時對我來說太快了，”費恩曼說，“有一天，我們正一起算一個東西，我看不出來他是如何從這一步走到那一步的。‘笨蛋才需要這些步驟，’惠勒說到，隨后他為我導(dǎo)出了省略的步驟。”這是我基普，唯一一次聽到約翰以前的學(xué)生談?wù)撍牟欢Y貌的行為。我只能推測：1. 費恩曼一直表現(xiàn)得非常魯莽和傲慢，惠勒覺得他需要證明他還不是所有物理領(lǐng)域的大師；2. 惠勒知道費恩曼可以承受如此嚴(yán)厲的批評而不會遭受打擊。很顯然，這個教訓(xùn)讓他印象深刻，直到幾十年后費恩曼想起來這件事仍然很委屈。

在晚年，惠勒以經(jīng)常提出怪異、瘋狂的想法而聞名。1971年的一天，在加州理工學(xué)院附近的漢堡大陸，我和惠勒還有費恩曼共進(jìn)晚餐。茶余飯后，惠勒告訴費恩曼和我他認(rèn)為物理定律是可變的：現(xiàn)有定律一定是在宇宙大爆炸的過程中產(chǎn)生的，當(dāng)然還有其他的宇宙，每個宇宙都有屬于自己的法則。“究竟是什么原理決定了這些法則出現(xiàn)在這個宇宙、那些法則出現(xiàn)在那個宇宙？”他問到。

費恩曼扭頭看向我說到：“這家伙聽起來瘋了。你們這代人不知道，他聽起來總是這么瘋狂。但當(dāng)我還是他的學(xué)生的時候（三十多年以前），我發(fā)現(xiàn)，如果你接受了他的一個瘋狂的想法，然后像剝洋蔥一樣一層一層的剝開這個想法，你會發(fā)現(xiàn)，這個想法的核心是一個不容置疑的真理。”費恩曼接著回憶了惠勒于1942年提出的關(guān)于正電子是電子的時間倒流的觀點，以及這種觀點在費恩曼那個獲得諾貝爾獎的量子電動力學(xué)公式中的重要性[3]。

弦論中允許存在天文數(shù)字的真空態(tài)，而今天弦論科學(xué)家試圖搞清楚哪種真空是我們的宇宙，而另外的真空則形成其他的宇宙。這是惠勒關(guān)于什么原理決定了哪些定律產(chǎn)生的問題的具體變種，這一變種是通過長達(dá)47年的量子引力的研究得出的。只是惠勒具有先見之明的一個例子——如今他的先見之明比在他事業(yè)的鼎盛時期更受贊賞。

約翰是大約50篇博士論文、50篇本科論文和40名博士后學(xué)生的主要導(dǎo)師[4]。他的指導(dǎo)技巧和效果非常顯著，所以我經(jīng)常模仿他的方式。

他非常善于鼓舞人心：1962年，我剛到普林斯頓讀研究生的時候，我的夢想是和惠勒教授一起研究相對論，我便戰(zhàn)戰(zhàn)兢兢的去敲他的門。他熱情并微笑著迎接我，把我領(lǐng)進(jìn)他的辦公室（仿佛我是他受人尊敬的同事，而不是一個菜鳥），然后立即開始和我討論恒星在其生命終結(jié)時引力坍縮的奧秘。一個小時后，當(dāng)我走出他的辦公室時，我變成了他的信徒[5]。在接下來的十年里，我的大部分研究都涉及到了引力坍縮、引力坍縮形成的黑洞以及相關(guān)的課題。

約翰會為初學(xué)者提供細(xì)致的指導(dǎo)。他的關(guān)門弟子丹尼爾·霍爾茲（Daniel Holz）在惠勒去世的那天晚上寫了一篇博客[6]：“（1990年，我是一個正在尋找畢業(yè)論文課題的本科生，）我溜達(dá)進(jìn)惠勒的辦公室，詢問他有沒有一些課題可以讓我參與進(jìn)來。四個小時后，我搖搖晃晃地走出他的辦公室，手里抱滿了書，這是一個明了清晰的課題?！?/p>

羅伯特·杰洛克（Robert Geroch，20世紀(jì)60年代中期惠勒的博士生）描述了惠勒指導(dǎo)優(yōu)秀博士生風(fēng)格[7]：“惠勒富有大局觀。他強迫你向外看，眼界不要太小。‘如果你想知道答案，’他說，‘我們現(xiàn)在就可以給在巴黎的肖凱夫人（Madam Choquet）打電話?！绻銓ｎ}X有興趣，我們最好讓羅伊·克爾（Roy Kerr）從德克薩斯州飛過來解釋一下?！瘎倓?cè)雽W(xué)的研究生總會有一種‘退縮’的心態(tài)，這是對大佬的敬畏。而約翰很擅長打破這個?！被堇兆尳苈蹇寺?lián)系的同事中包括斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking）和羅杰·彭羅斯（Roger Penrose），最終，杰洛克以學(xué)生之身，可能是那個時代繼他們之后這個領(lǐng)域的第三人，他們將微分拓?fù)浼夹g(shù)應(yīng)用于時空結(jié)構(gòu)中奇點的研究。

比爾·安魯（Bill Unruh）回憶道[8]：“我剛開始做我的第一個研究課題時，有一些非常模糊的想法。有一天我同惠勒提起，他說，‘我收到了在瑞士格瓦特舉行的一個研討會的邀請。你想跟我一起去展示你的結(jié)果嗎？’我很糾結(jié)，因為我沒有任何結(jié)果要展示。隨后他說，‘這樣，我來寫封電報，’于是他寫了一句話，‘可以邀請比爾·安魯做一個報告嗎？’他遞給我說，‘請交給電報局?！遗腔擦藘扇齻€小時，我糾結(jié)我要不要發(fā)這封電報，因為我一旦發(fā)了，我就算是承諾做報告了。最終我選擇把電報發(fā)了出去，然后利用三個月的時間來得到一些可以展示的結(jié)果?！?/p>

約翰強烈渴望了解大自然的運作方式。在1932年到1952年期間，同當(dāng)時的大多數(shù)物理學(xué)家一樣，他認(rèn)為基本粒子是大自然最基本的結(jié)構(gòu)，所以他專注于粒子物理學(xué)和核物理的研究，在相關(guān)方面，他為研究核武器投入了極大的聰明才智和精力。在1952年到1976年間，他專注于彎曲時空的研究，具體體現(xiàn)在愛因斯坦的相對論及其量子化上，這看上去是自然界最有可能的基石。從1976年開始，他把精力放在了量子信息上，完成了這個領(lǐng)域幾乎是奠基式的工作。在這本回憶錄的剩余部分，我將描述約翰在不同領(lǐng)域中的一些研究和他給其他人提供的一些具有啟發(fā)性的想法。

粒子物理和核物理[9]

1927年，16歲的約翰來到了約翰·霍普金斯大學(xué)，大三那年他開始了自己的研究生涯。1933年，他在卡爾·赫茲菲德的指導(dǎo)下獲得了博士學(xué)位。約翰在他的博士論文里，將當(dāng)時仍然很新穎的量子理論應(yīng)用于氦原子對光的散射和吸收問題。在霍普金斯的第五年，詹姆斯·查德威克（James Chadwick）在英國發(fā)現(xiàn)了中子，核物理學(xué)誕生了。

在紐約大學(xué)做博士后的時候（1933年到1934年），約翰和他的導(dǎo)師格雷戈瑞·布雷特一起計算了光子的相互散射，這一過程直到63年后才在實驗室被觀測到，因為那時才有足夠強烈的激光可以供研究人員使用。他的第二期博士后是在哥本哈根跟尼爾斯·玻爾做的（1934年到1935年），這段時期他深受玻爾的影響，很大程度上幫助他鞏固了對物理學(xué)的理解和發(fā)展自己觀點。

1934年約翰·惠勒在哥本哈根跟隨波爾從事博士后研究

這些使得核物理成為他在北卡羅來納大學(xué)做助理教授的時候的主要研究方向（1935年-1937年）。在愛德華·泰勒（Edward Teller，他們在哥本哈根時成為了密友）的一個課題中，他開創(chuàng)了對原子核轉(zhuǎn)動態(tài)的研究。他獨自開發(fā)了一種基于“共振基團(tuán)結(jié)構(gòu)”（后來被稱為“集團(tuán)”）的原子核模型，這個模型處理波函數(shù)的時候把單獨的中子和質(zhì)子看成α粒子等團(tuán)塊。為了分析問題，他還順手構(gòu)造了S矩陣（散射矩陣），在隨后的幾十年里，它成為粒子物理和核物理研究的重要工具。在北卡羅來納，他開始了自己的導(dǎo)師生涯。他的第一個學(xué)生是后來在核物理領(lǐng)域舉得杰出成就的凱瑟琳·維（Katherine Way）。

1938年12月，約翰搬到普林斯頓后不久，奧托·哈恩（Otto Hahn）和弗里茨·斯特拉斯曼（Fritz Strassmann）在德國用慢中子轟擊鈾產(chǎn)生了核裂變，盡管他們并不知道原理。后來，奧托·弗里希（Otto Frisch）和利茲·邁特納（Lise Meitner）將其解釋為裂變產(chǎn)物。弗里希告訴玻爾，一定要把這個消息帶到大洋彼岸的普林斯頓。玻爾和惠勒詳細(xì)研究了喬治·伽莫夫（George Gamow）的核液滴模型，并用它發(fā)展了核裂變理論，這是惠勒學(xué)術(shù)生涯中最重要的論文之一。根據(jù)玻爾-惠勒理論，我們可以很容易地推斷出，通過慢中子轟擊引發(fā)核裂變的理想原子核是鈾235（哈恩和弗里茨無意中發(fā)現(xiàn)的）和钚239——這在當(dāng)時是未知的，因為钚的半衰期太短了，無法在自然界中找到。后來钚239通過人工合成大量生產(chǎn)，成為核反應(yīng)堆的基礎(chǔ)，從而用于制造第一顆原子彈（三位一體測驗）。

第二次世界大戰(zhàn)和在原子彈上的投入中斷了約翰的部分學(xué)術(shù)生涯；隨后我們會談及。

戰(zhàn)爭結(jié)束后，由于對其他研究機構(gòu)（特別是加州理工的卡爾·安德森實驗室）在宇宙射線實驗上所取得的一些基本粒子的重大發(fā)現(xiàn)印象深刻，約翰提議、建立并領(lǐng)導(dǎo)了普林斯頓的宇宙射線實驗室。

由于μ介子不與強核力耦合，使得它比別的大多數(shù)粒子簡單得多，所以約翰迷上了μ介子（1947年的時候通過實驗與π介子區(qū)分開來）。借助在宇宙射線實驗室和其他地方的觀測，他給出了強有力的證據(jù)，表明除了質(zhì)量以外，μ介子的性質(zhì)與電子的性質(zhì)完全相同。

他著重研究了一個電子被μ介子所取代的原子（μ介原子），發(fā)現(xiàn)它們不僅在原理上很有意思，而且因為μ介子與原子核的結(jié)合比它所取代的電子更緊密，可以更好地探測原子核性質(zhì)。因此，他在理論上詳細(xì)研究了μ介原子，并將理論與實驗和觀測結(jié)合起來，最終由W. K. Chang（這個人是誰？詳見今日二條）在他的宇宙射線實驗室中，發(fā)現(xiàn)了μ介原子中的μ介子從一個能級躍遷衰變到另一個能級時所發(fā)出的伽馬射線級聯(lián)。

1949年，約翰和他的學(xué)生杰米姆·蒂奧諾（Jayme Tiomno）共同確定了中子、μ介子和電子之間弱相互作用的普遍性：相似的弱耦合常數(shù)決定了中子的β衰變（形成質(zhì)子、電子和電子反中微子）、μ介子的β衰變（形成電子、電子反中微子和μ介子中微子），以及電荷交換反應(yīng)，其中μ介子被原子核俘獲，與質(zhì)子結(jié)合形成中子和μ介子中微子。蒂奧諾和惠勒繪制了一個可愛的三角來形象的描述這種關(guān)系，但由于這種普遍性是由吉奧皮特羅·普皮（Giampietro Puppi）發(fā)現(xiàn)的，所以最終被命名為“普皮三角”。

1949年秋，根據(jù)漢斯·詹森（Hans Jensen）和瑪麗亞·格佩特-梅耶（Maria Goeppert Mayer）對殼層模型的見解，約翰意識到，在大核中受液滴張力約束的單個核子可以在大軌道中繞著原子核的其他部分運動，從而使原子核發(fā)生大幅形變。他將這個想法及其關(guān)的定量分析寫進(jìn)了一篇關(guān)于他與尼爾斯·玻爾以及大衛(wèi)·希爾（David Hill）共同撰寫的主題更龐大的論文的手稿中。玻爾則一如既往地花了好幾個月的時間來修改這篇論文，以求盡善盡美。就在這段時間里，哥倫比亞大學(xué)的詹姆斯·雷恩沃特（James Rainwater）有了和約翰相同的見解，這也使得雷恩沃特獲得了諾貝爾獎。對于這件事，惠勒曾經(jīng)寫道[10]：“……我吸取了教訓(xùn)。當(dāng)一個人發(fā)現(xiàn)了一些重要的事情時，最好及時地發(fā)表它，而不是等著把它納入更宏偉的計劃中。對于一個哲學(xué)家來說，等待所有的零件準(zhǔn)備就緒再組裝也許是可以的，但是對于一個物理學(xué)家來說，這是不明智的?！钡麤]有責(zé)怪玻爾，一點也沒有。他和玻爾有著很深厚的感情。他只是責(zé)怪自己。

到了20世紀(jì)40年代初，約翰已經(jīng)計劃并開始探索自然的最深層次。他最初希望所有物質(zhì)的基本組成部分都是粒子。有一段時間，不知怎的，他推測，也許宇宙中的一切都是由電子和正電子構(gòu)成的。然而他在這個領(lǐng)域里所取得的成功正是對由它們構(gòu)成的一個幾乎無窮無盡的短命“原子”家族的預(yù)測和理論，他稱之為“聚電子”。其中，最簡單的正電子（一個電子和一個質(zhì)子）和正電子離子（兩個電子和一個正電子）在實驗室中被創(chuàng)造出來，并與他的理論進(jìn)行了對比。

在費恩曼的幫助下，約翰取得了更大的成功，他完全去除了經(jīng)典電動力學(xué)中的場，使其成為一種僅僅基于粒子的理論。他們把一個粒子對另一個粒子的直接超距作用的萊納德-威切特（Lienard-Weichert）力寫成了一半推遲力加上一半超前力。這是時間對稱的，將會導(dǎo)致：1. 粒子自身沒有相互作用，因此沒有無限的自身能量可以進(jìn)行重整；2. 產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)輻射反作用力，這是在無輻射場中，由被加速的粒子與宇宙中所有其他帶電粒子的相互作用產(chǎn)生的（起著吸收劑的作用）。這種無場理論的構(gòu)想來自于費恩曼。但正如費恩曼在諾貝爾獎演講中介紹的那樣，惠勒提出了使之真正發(fā)揮作用的重要觀點[2]。

這種無場經(jīng)典理論成為費恩曼的量子電動力學(xué)公式的基礎(chǔ)，但這不是惠勒的純粒子之夢。這是一條死胡同。幾年之后，惠勒放棄了自己的純粒子之夢，轉(zhuǎn)而研究純場，尤其是廣義相對論中的相對論引力場或時空曲率。我要先轉(zhuǎn)移一下話題，過會我們再聊這件事。

核武器

在日本偷襲珍珠港后不久，約翰全力投入到了美國對原子彈的研制中。1942年1月，他加入了亞瑟·康普敦（Arthur Compton）在芝加哥大學(xué)的“冶金實驗室”，投身到了世界第一座核反應(yīng)堆的建設(shè)中來。他們目的是通過核鏈?zhǔn)椒磻?yīng)來探索钚239的生產(chǎn)。到了1943年3月，康普敦任命他為杜邦公司項目的聯(lián)絡(luò)科學(xué)家，負(fù)責(zé)在華盛頓州的漢福德設(shè)計并建造第一座大規(guī)模钚生產(chǎn)反應(yīng)堆。約翰極力主張一種保守的設(shè)計方案，這種設(shè)計可能會在裂變過程中形成某種具有很大慢中子吸收截面的原子核，從而毒害鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（Neutron poison，中子毒物）——最后確實發(fā)生了這種情況。

1944年10月25日，中子毒物發(fā)現(xiàn)一個月后，約翰的兄弟喬（Joe）在軍事行動中犧牲在了意大利。約翰和喬的關(guān)系很好，他備受打擊。從那以后，他無法原諒自己未能讓原子彈的研究提前一兩年完成。他推斷，這也許可以更早的制造一枚原子彈，從而在喬和其他幾百萬人喪生之前結(jié)束戰(zhàn)爭。這件事使約翰的余生背上了沉重的心理負(fù)擔(dān)，我認(rèn)為這在很大程度上使他在國防和政治問題上持保守主義。喬去世后，約翰倍加努力，在原子彈研究方面比以往任何時候都更加努力。當(dāng)原子彈最終先后落在廣島和長崎，伴隨著可怕的平民傷亡，戰(zhàn)爭結(jié)束了。相比于羅伯特·奧本海默（Robert Oppenheimer）和其他許多參與原子彈研制的物理學(xué)家，約翰沒有任何顧慮。

戰(zhàn)爭結(jié)束后，約翰回歸基礎(chǔ)物理學(xué)，直到1949年8月蘇聯(lián)進(jìn)行它的第一顆原子彈的實驗。對此，美國人的反應(yīng)是恐慌、挖防空洞和進(jìn)行原子彈演習(xí)，即使是在猶他州農(nóng)村的小學(xué)里。蘇聯(lián)的原子彈實驗使泰勒開始著手準(zhǔn)備應(yīng)急計劃——研究氫彈。奧本海默反對，約翰支持，杜魯門（Truman）總統(tǒng)下令開始。在洛斯阿拉莫斯的實驗室里，約翰和泰勒開始進(jìn)行氫彈的設(shè)計。一年后，當(dāng)泰勒和斯塔尼斯拉夫·烏拉姆（Stanislaw Ulam）的一項創(chuàng)新使氫彈不再是天方夜譚的時候，約翰在普林斯頓開始了衛(wèi)星炸彈的設(shè)計項目[11]，這個項目獨立于洛斯阿拉莫斯的其他設(shè)計（盡管兩邊經(jīng)常進(jìn)行交流）；與此同時，蘇聯(lián)的物理學(xué)家們也在進(jìn)行雙軌研究。

約翰試圖讓大佬級別的物理學(xué)家加入到設(shè)計工作中，但他失敗了，所以他召集了一群研究生和博士后在他的指導(dǎo)下進(jìn)行這項工作。正如他團(tuán)隊里的肯·福特（Ken Ford）描述的那樣，約翰“將已知或猜測的反應(yīng)速率和極端物質(zhì)的性質(zhì)簡化為一組耦合微分方程，這些方程可以利用當(dāng)時可以使用的計算機（美國國家標(biāo)準(zhǔn)局的SEAC計算機，其總存儲容量小于3千字節(jié)）進(jìn)行數(shù)值計算?！奔s翰的學(xué)生和博士后用這些方程對計算機進(jìn)行了編程，以進(jìn)行泰勒·烏拉姆構(gòu)型的第一次測試。（他們早期在一臺更原始的計算機上取得的可信度比較高的的數(shù)值結(jié)果，在1951年6月說服原子能委員會的總咨詢委員會提出發(fā)展建議方面發(fā)揮了重要作用。）1952年，借助SEAC的幫助，約翰的團(tuán)隊在30%的精度內(nèi)成功預(yù)測了第一次熱核試驗炸彈的當(dāng)量，這次核試驗代號為邁克（Mike）。

在蘇聯(lián)，是由安德烈·薩哈羅夫（Andrei Sakharov）和雅可夫·鮑里索維奇·澤爾多維奇（Yakov Borisovich Zel'dovich）得到了與泰勒-烏拉姆構(gòu)型類似的主意，這使得蘇聯(lián)開始了氫彈的研制。幾年之后，惠勒，薩哈羅夫，還有澤爾多維奇，他們都進(jìn)入了相對論天體物理的領(lǐng)域。1969年，在蘇聯(lián)格魯吉亞第比利斯舉行的相對論會議上，我發(fā)現(xiàn)自己和他們?nèi)送幰婚g酒店房間。在那里看到這三位“冷戰(zhàn)”物理學(xué)家彼此之間的友誼和互相之間深深的尊重令人印象深刻。

廣義相對論和量子引力

1952年，在邁克熱核試驗進(jìn)行前的幾個月里，約翰眼看著他的武器設(shè)計工作接近尾聲，于是計劃教授一年的相對論課程。這是普林斯頓大學(xué)自1941年以來開設(shè)的第一門相對論課程——在那個核物理鼎盛的時代里，相對論的地位在很大程度上已經(jīng)一落千丈。約翰認(rèn)為相對論是一門已經(jīng)經(jīng)歷了嚴(yán)密論證的成熟學(xué)科、一門“太重要了，所以不能讓數(shù)學(xué)家捷足先登”的學(xué)科。也許，只是也許，彎曲時空會成為萬物的終極基礎(chǔ)。因此，他渴望開設(shè)一門相對論課程，他常說：“如果你想學(xué)習(xí)某個東西，就去給別人上這門課。”

在接下來的幾年里，約翰對相對論有了獨到見解：他的一種觀點是，彎曲時空是根本，曲面與世界線是圖像，微分幾何是直覺。查爾斯·米斯納（Charles Misner）和我作為約翰的學(xué)生，從他那里了解了這種觀點。這個觀點在1973年被寫進(jìn)了我們?nèi)齻€合著的一本名為《引力》的教材。幾乎與此同時，斯蒂芬·溫伯格（Steven Weinberg）在他寫的教材《引力論與宇宙論》中講述了廣義相對論中的一種場論觀點。惠勒的微分幾何觀點主導(dǎo)了對經(jīng)典廣義相對論的研究；而溫伯格的場論觀點則主導(dǎo)了現(xiàn)代宇宙學(xué)的大部分研究。

到了1956年，約翰已經(jīng)在相對論中發(fā)現(xiàn)了大量有意思的研究課題。在隨后的幾年里，他才思泉涌，他和他的學(xué)生、博士后以及同事們的課題多點開花。從1963年的時候，約翰在法國萊蘇什的一次物理暑期學(xué)校的演講中，人們可以了解到他思想的豐富多彩[12]。

1971年夏，約翰·惠勒在劍橋天文研究所的會議上給同事們開講座。約翰的風(fēng)格是在講座開始之前用彩色粉筆將一塊巨大的黑板寫滿，然后順著板書的思路開始他的講座。

到20世紀(jì)70年代初，約翰在普林斯頓的研究團(tuán)隊已經(jīng)發(fā)展到大約15人（當(dāng)時理論小組的人數(shù)異常龐大），正如比爾·安魯回憶的那樣，“惠勒本人啟發(fā)了研究小組中的大多數(shù)人。”同樣是在20世紀(jì)70年代初，相對論已成為物理學(xué)的一個重要分支，并正在邁進(jìn)它的黃金時代，這在很大程度上歸功于約翰及其弟子們的理論研究，也多虧了類星體、脈沖星和致密X射線源的觀測發(fā)現(xiàn)（這些天體的能量均來源于黑洞或中子星）以及宇宙大爆炸引起的宇宙微波背景輻射的發(fā)現(xiàn)。

約翰對相對論的興趣始于1951年1月，當(dāng)時他看了羅伯特·奧本海默和學(xué)生喬治·伏爾科夫（George Volkoff）在1938年到1939年期間寫的關(guān)于中子星的著作，以及奧本海默和他的學(xué)生哈特蘭·施耐德（Hartland Snyder）關(guān)于一顆大質(zhì)量恒星坍縮的工作——他們發(fā)現(xiàn)，這會導(dǎo)致恒星“與宇宙其他部分分離”，并在其中心形成一個密度大的奇點，也就是說，會形成17后年后約翰稱之為“黑洞”的那種天體。自然而然，約翰最早的一些課題是建立在奧本海默的研究基礎(chǔ)上的。

在他的學(xué)生肯特·哈里森（Kent Harrison）和博士后若野雅美（Masami Wakano）的幫助下，約翰提出：“不同質(zhì)量恒星的熱核演化的終點是什么？”他們對所有可能的終點對象進(jìn)行了分類：中心密度增大的連續(xù)族，從由鐵56構(gòu)成的中心密度高達(dá)2.5×10⁸g/cm³的白矮星，到中等密度的不穩(wěn)定物體，再到密度約為3×10¹³~6×10¹⁵g/cm³的中子星，最后變成密度趨于無窮的不穩(wěn)定物體。這有利于奧本海默和施耐德關(guān)于大質(zhì)量恒星一定會發(fā)生引力坍縮的結(jié)論。

約翰對奧本海默-施耐德關(guān)于引力坍縮的結(jié)論持高度懷疑態(tài)度。他特別關(guān)注那個被預(yù)言在球體邊界的深處（今天我們稱之為視界面）形成的奇點（具有無限大的密度和無窮大的時空曲率）。他認(rèn)為，在那個地方，經(jīng)典廣義相對論的定律一定會被打破，并被由廣義相對論和量子理論“火熱結(jié)合”而產(chǎn)生的量子引力定律所取代。這一奇點和大質(zhì)量恒星最終歸宿的問題，是他和他的學(xué)生們研究的一個主要焦點。

1958年6月，在索爾維會議上[13]，約翰認(rèn)為目前在物理上對奇點的預(yù)測是不合理的，并推測了引力坍縮的真正的最終狀態(tài)：“……除非假設(shè)處于高度壓縮質(zhì)量中心（奇點所處位置）的核子會被轉(zhuǎn)化成輻射，否則很顯然核子是無法逃逸的……使核子總數(shù)不超過某一臨界值的比率或數(shù)目（因此最終歸宿也許會是一顆中子星）。”奧本海默當(dāng)時也在現(xiàn)場，但他沒有被說服。幾年后，在大衛(wèi)·夏普的幫助下，我說服了約翰不要把這個看似很離譜的推測寫在我們合著的一本書中[14]，盡管在別的地方，他繼續(xù)堅持自己的推測。

然后過了幾年，斯蒂芬·霍金發(fā)現(xiàn)黑洞會發(fā)出霍金輻射——一種非常像約翰推測的那樣的輻射形式。當(dāng)時霍金和約翰曾經(jīng)的博士后詹姆斯·哈特爾（James Hartle）一起描述出了霍金輻射的推導(dǎo)過程，在這個過程中，恒星內(nèi)的奇點以某種類似于約翰所推測的方式參與了輻射的產(chǎn)生[15]，我開始后悔我拼命阻止約翰的瘋狂想法，并開始欣賞他的先見之明。

到了1962年，約翰的助手清晰明了的闡明了奧本海默-施耐德的計算中所發(fā)生的事情：視界面形成于球體的邊界，將內(nèi)部遮擋在視界之外；隨后在1968年，約翰提出了“黑洞”這個詞來描述這種物體。但是對于約翰來說，隱藏在視界面內(nèi)的奇點的最終狀態(tài)仍然是問題的關(guān)鍵所在，這激發(fā)了他隨后在量子引力方面的許多工作；見下文。

在20世紀(jì)60年代末和70年代，約翰和身邊的人把焦點放在了黑洞物理學(xué)上。他們尤其關(guān)注黑洞在小擾動下是否穩(wěn)定。為此，我們要回顧一下約翰和他的學(xué)生圖里奧·雷吉（Tullio Regge）在1957年做的一項具有開創(chuàng)性的關(guān)于穩(wěn)定性分析的工作。1957年，人們對視界面還不了解，所以雷吉和惠勒還不清楚應(yīng)該在他們的方程上施加什么樣的內(nèi)邊界條件。在20世紀(jì)60年代末，這個問題一被解決，查爾斯·米斯納的學(xué)生維什瓦什瓦（C. V. Vishveshwara）便立刻完成了雷吉-惠勒分析，證明了非旋轉(zhuǎn)黑洞是穩(wěn)定的。而旋轉(zhuǎn)黑洞的穩(wěn)定性也很快被我的學(xué)生索爾·圖科斯基（Saul Teukolsky）和比爾·普雷斯（Bill Press）所證明，借鑒了雷吉-惠勒分析的方式。

1970年，斯蒂芬·霍金推斷，在任何過程中，包括高度動態(tài)過程，所有具有相互作用的黑洞的表面積之和都一定是增加的?；艚鸷芮宄?，這使得黑洞的表面積與熵的性質(zhì)類似，但他非常懷疑兩者之間是否存在聯(lián)系。相比之下，約翰的學(xué)生雅各布·貝肯斯坦（Jacob Bekenstein）非常肯定黑洞的表面積是偽裝的熵，在約翰的大力支持下，他對此進(jìn)行了強有力的半定量分析：“這太瘋狂了，”約翰說。約翰很喜歡引用格特魯?shù)隆に固┮颍℅ertrude Stein）的一句話，“它看起來很奇怪，看起來很奇怪，看起來很奇怪，然后突然它看起來一點也不奇怪，你不知道是什么讓它看起來很奇怪。”當(dāng)霍金通過量子理論發(fā)現(xiàn)黑洞可以發(fā)出輻射時，他改變了自己的看法，擁抱了黑洞的貝肯斯坦熵，并進(jìn)行深入研究使它成為自己研究的焦點之一。

20世紀(jì)50年代中期，約翰的身邊中有一位名叫約瑟夫·韋伯（Joseph Weber）的年輕電氣工程師，他最近剛剛被聘為馬里蘭大學(xué)帕克分校的教員。約翰對韋伯表現(xiàn)出的對相對論的興趣給予了鼓勵，他們一起從數(shù)學(xué)上探討了愛因斯坦方程對圓柱形引力波的精確解，發(fā)現(xiàn)這種波是一種物理現(xiàn)象，而不僅僅是數(shù)學(xué)上的虛構(gòu)。（當(dāng)時有很多人懷疑這個波的物理意義。）與約翰的這次合作在韋伯開始他對天體物理中的宇宙引力波的實驗探索中起了重要作用，約翰非常鼓勵這個探索項目，因此他后來也鼓勵我和我在LIGO的同事進(jìn)行我們后來的探索，并最終成功。

雖然約翰對相對論的研究集中在理論上，但他也非常關(guān)注觀測和實驗。1966年，當(dāng)被要求寫一篇關(guān)于中子星（當(dāng)時還沒有被觀測到）理論的評論文章時，他選擇在文章中加入一個關(guān)于如何首先發(fā)現(xiàn)它們的理論預(yù)測?！稗D(zhuǎn)動能（中子星中心）似乎還沒有被當(dāng)成一種能源來進(jìn)行研究（對于蟹狀星云來說），”他說[16]，“大概只有當(dāng)中子星的剩余磁場與周圍的離子云耦合的很好時，這個機制才有效?！边@一點和弗蘭科·帕齊尼（Franco Pacini）在一年后提出的一個類似但更為詳細(xì)的論點[17]相似，在1967年發(fā)現(xiàn)脈沖星之前，這是有史以來對蟹狀星云的能量來源最接近正確答案的解釋。

在研究廣義相對論的早期，約翰對他所謂的幾何動力學(xué)很感興趣：時空的幾何動力學(xué)，特別是在真空中，沒有任何物質(zhì)可以使問題復(fù)雜化。

約翰研究的第一個幾何動力學(xué)的課題是電磁波的環(huán)形和球形結(jié)構(gòu)，這些電磁波被引力和時空曲率產(chǎn)生的波的能量連接（限制）在一起。他把這些稱作幾何子，并在廣義相對論中引入了一個二長尺度展開和自洽場近似來分析它們。約翰的博士生迪特爾·布里爾（Dieter Brill）和布里爾的學(xué)生詹姆斯·哈特爾一起利用這種方法來分析幾何子，其中電磁波被引力波取代，所以整個幾何子是愛因斯坦方程在真空中的（近似）解：真空幾何動力學(xué)。

約翰希望像質(zhì)子這樣的基本粒子也許最終會是量子引力中的幾何子的類似物，但是在這方面他并沒有取得相關(guān)進(jìn)展。他的經(jīng)典的引力電磁子的結(jié)果是不穩(wěn)定的，既有波從實體中泄漏出來，也有集體的徑向運動模式。然而，十年后，米斯納的學(xué)生理查德·艾薩克森（Richard Isaacson）利用約翰和布里爾以及哈特爾引入的一種數(shù)學(xué)手段對一般引力波攜帶的能量和動量進(jìn)行了嚴(yán)格的定義，并以精確的方式分析了波的產(chǎn)生和在一般情況下的大尺度時空曲率中的相互作用。這是約翰對后續(xù)研究具有的影響力的一個例子。

另一個例子是約翰和他的學(xué)生理查德·林奎斯特（Richard Lindquist）在1957年對真空中的封閉宇宙的幾何動力學(xué)進(jìn)行的巧妙分析，這個宇宙是由大量的黑洞之間的引力相互作用而形成的。林奎斯特和惠勒發(fā)現(xiàn)，宇宙膨脹和再收縮的動力學(xué)與弗里德曼（Friedman）模型中充滿塵埃而非黑洞的宇宙幾乎相同。他們推斷，隨著黑洞數(shù)量的減少，這種差異會變得越來越大。

對我來說，這是一件特別有趣的事，因為約翰第一次嘗試探索大尺度引力場（時空曲率）中一個小的、強引力物體（黑洞）的運動。在約翰的下一次迭代計算中，約翰和他的學(xué)生弗雷德·馬納賽（Fred Manasse）根據(jù)米斯納的建議，將匹配的漸近展開引入廣義相對論中，以獲得更好、更嚴(yán)密的精確解。20年后，詹姆斯·哈特爾和我探索致密星的旋轉(zhuǎn)和非球性（包括旋轉(zhuǎn)黑洞），當(dāng)它們與時空曲率耦合時，我們用相同的方法來修改物體的運動和進(jìn)動。

體現(xiàn)約翰影響力的另一個例子是數(shù)值相對論[18]。約翰從一開始就認(rèn)識到，用解析的方法探索一般的幾何動力學(xué)將非常困難，而且很可能是完全不可能的，愛因斯坦的方程太非線性了。因此，隨著他的團(tuán)隊最近剛剛完成第一次熱核試驗的數(shù)值模擬，他開始敦促他身邊的人進(jìn)行類似的幾何動力學(xué)數(shù)值模擬。

1959年，米斯納與理查德·阿諾維特（Richard Arnowitt）、斯坦利·戴瑟（Stanley Deser）一起對愛因斯坦方程進(jìn)行了重新表述，將時空分為空間加時間，這對于數(shù)值相對論來說是理想的選擇。ADM公式具有初值（約束）方程和動力學(xué)方程（ADM分別是阿諾維特、戴瑟、米斯納名字的首字母）。1960年，米斯納解出了約束方程，得到了兩個暫時靜止的黑洞的數(shù)學(xué)描述，然后林奎斯特和IBM的計算機科學(xué)家蘇珊·哈恩（Susan Hahn）一起，用數(shù)值方法解出了演化方程，從而觀察到了黑洞之間的相互墜落。不幸的是，這些黑洞洞的實際碰撞超出了哈恩-林奎斯特代碼和計算機的能力。直到20年后，拉里·斯馬爾（Larry Smarr）和肯尼斯·艾普利（Kenneth Eppley）才重新做了全面的數(shù)值模擬。如今，數(shù)值相對論在年輕人手中成為分析LIGO引力波探測器的數(shù)據(jù)的關(guān)鍵，并且正被用于探索一般情況下的幾何動力學(xué)[19]，來驗證John提出的、現(xiàn)在已有60年歷史的觀點。

約翰和他身邊的人憑借對最終狀態(tài)（黑洞內(nèi)的奇點）的好奇，以及約翰對物理學(xué)最深處奧秘的渴求，開始探索量子引力。

約翰在量子引力領(lǐng)域的第一次嘗試始于他在1957年發(fā)表的題為“量子幾何動力學(xué)”的論文[20]，他在文中對廣義相對論與量子理論的火熱結(jié)合而可能產(chǎn)生的物理現(xiàn)象進(jìn)行了有根據(jù)的猜測。最重要的是，他將普朗克長度確定為量子引力效應(yīng)的特征尺度，他認(rèn)為在這個范圍內(nèi)，空間應(yīng)該會出現(xiàn)量子泡沫：一種具有隨機波動的曲率和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的泡沫，包括微觀蟲洞——空間結(jié)構(gòu)中的瓶頸。這一想法最早由赫爾曼·維爾（Hermann Weyl）在1924年提出，并在20世紀(jì)50年代和60年代初由約翰及其身邊的人進(jìn)行了深入研究。

在20世紀(jì)60年代早期，當(dāng)我還是約翰的研究生時，布萊斯·德威特（Bryce DeWitt）經(jīng)常從北卡羅萊納來普林斯頓進(jìn)行訪問，與約翰就量子引力問題進(jìn)行長時間的討論。我旁聽了這些討論，但我只理解了一半，我根本想不通。這些討論使他們把量子引力理論的基本思想統(tǒng)一了起來：一個被定義在三維幾何體的類空間的超空間上的波函數(shù)和一個方程——后來被命名為惠勒-德威特方程——它決定了波函數(shù)。德威特從那以后便開始詳細(xì)地研究這一理論[21]?；艚鸷推渌艘查_始利用這一理論來探索量子引力，但是直到今天，這也只能算是量子引力理論中看起來比較靠譜的一種。

量子信息

1976年搬到德克薩斯州之后，約翰把他的研究焦點從相對論轉(zhuǎn)到了量子物理中的測量。這是一個古老的主題，玻爾和愛因斯坦（Einstein）在20世紀(jì)30年代曾圍繞這個話題展開競爭，但是到了1976年它已成為一潭死水。約翰對量子測量的興趣可以追溯到1934年到1935年間他在玻爾那里做博士后的經(jīng)歷，但只有來到德克薩斯州以后，他才投入其中。

約翰在德克薩斯州招了一群學(xué)生，博士后和教職人員，就像他以前在普林斯頓的團(tuán)隊一樣。他和他身邊的人開始了為期兩年的量子測量課程，他們認(rèn)真查閱了之前的各種著作。他當(dāng)時的一名研究生沃伊切納·祖瑞克（Wojciech Zurek）回憶道：“那門課……經(jīng)常變成一個研討會，訪問者和學(xué)生介紹他們的研究或有趣的新論文?！蹦情T課的閱讀資料由惠勒和祖瑞克整理之后出版[22]，變成了公共資源。隨著惠勒的團(tuán)隊和其他研究人員開始振興量子測量和量子物理學(xué)相關(guān)領(lǐng)域，一個新的領(lǐng)域——量子信息誕生了。

回顧過去，祖瑞克這樣評價約翰的影響[23]：“回首惠勒在德州的十年時光，許多量子信息科學(xué)家現(xiàn)在把他和IBM的羅爾夫·蘭道爾（Rolf Landauer）視為他們研究領(lǐng)域的鼻祖。然而，這并不是因為惠勒發(fā)表了關(guān)于量子信息的開創(chuàng)性研究論文。他沒有，只是一次重大的意外，那就是他的延遲選擇實驗……當(dāng)然，他的作用是從激進(jìn)保守的觀點提出深層次的問題，并通過他的問題啟發(fā)他人的研究和發(fā)現(xiàn)?！?/p>

祖瑞克和研究生威廉·沃特斯（William Wooters）在約翰的影響下于1982年提出并證明了一個未知（未測量的）量子態(tài)不能被克隆的定理，這些人都深受約翰影響。還有一個博士后大衛(wèi)·多伊奇（David Deutsch），他在搬到牛津后，于1985年提出并證明了通用量子計算機（量子圖靈機）的可能性：一種能利用至多在額外的時間尺度的多項式減速來模擬其他量子計算機的量子計算機。第四位是德克薩斯州的助理教授（1979-1985）杰夫·金布爾（Jeff Kimble），他在量子光學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行了一些基礎(chǔ)實驗，產(chǎn)生并測量了新的非經(jīng)典光態(tài)，如光子反聚束態(tài)和壓縮態(tài)。后來，在加州理工，他為LIGO的引力波探測器的量子非軟化技術(shù)做出了至關(guān)重要的貢獻(xiàn)。

約翰對量子測量的觀點是對玻爾體現(xiàn)在量子力學(xué)的哥本哈根詮釋中的觀點的闡述。約翰堅持認(rèn)為，（理想的）量子測量的中心思想應(yīng)該是“不確定性到確定性的坍塌”，這體現(xiàn)在波函數(shù)的坍縮中。他用他的延遲選擇實驗從概念上探討了這種坍縮，這是一種思想實驗，在這種實驗中，實驗者對要測量的內(nèi)容的選擇可以被視為影響被測量系統(tǒng)的過去的歷史，甚至可以將其從量子意義上的不確定轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)典意義上的確定。

約翰從一個標(biāo)準(zhǔn)的“馬赫-正德爾”（Mach-Zender）干涉實驗開始，不過用的是單光子：單光子波包的量子態(tài)被一個分束器分成兩部分，由另一個分束器重新組合，然后通過第二個分束器的一個或另一個輸出端口處的光電探測器來檢測（測量）光子。如果分路器之間的路徑長度相等，并且存在第二個分路器，那么復(fù)合波包的干涉會導(dǎo)致每個光子僅在一個輸出端口被檢測到。隨后，我們知道，從第一個分路器中產(chǎn)生的光子沿著兩條路徑走，并受到干涉，使得一個輸出端口始終亮著，另一個始終保持黑暗。另一方面，如果第二個分光器不存在，那么測量到的光子在兩個端口之間均勻分布，告訴我們每個光子都隨機選擇要走的路，然后只沿這條路走：引導(dǎo)它到達(dá)檢測到它的輸出端口的唯一路徑。選擇要測量的路徑（是否包括第二個分路器）決定了光子所遵循的路徑：兩者都是，或者只有一個。

約翰通過（概念上）在波包經(jīng)過第一個分路器后插入或移除第二個分路器，把它變成了一個“延遲選擇”實驗。隨后，測量的選擇（第二個分路器或沒有第二個分路器）可以被視為進(jìn)入過去并確定光子所遵循的路徑：一條或兩條。（在約翰構(gòu)思了這個思想實驗后過了幾年，威廉·威克斯（William Wickes）、卡羅爾·艾利（Caroll Alley）和奧列格·雅庫博維奇（Oleg Jakubowicz）實際上在馬里蘭大學(xué)進(jìn)行了這個實驗，結(jié)果正如約翰所預(yù)料的那樣[24]）

這個思想實驗使約翰推測宇宙可能是一條“自激回路”——一個其存在和歷史是由測量決定的系統(tǒng)，其中許多測量是在其形成很久之后形成的。（約翰急忙補充說，在這一點上，以及在玻爾看來，意識不需要智慧的生命。每一個測量“都是不可逆的行為，在這種行為中，不確定性會坍縮為確定性……在經(jīng)典世界中的一些事件（例如）計數(shù)器的點擊，某人眼睛中的視神經(jīng)被激活，或許僅僅是由量子事件觸發(fā)的一團(tuán)物質(zhì)的聚合。”）

約翰的自激回路思想反過來又使他推測信息論是物質(zhì)存在的基礎(chǔ)：“試著讓我的大腦思考這個想法……我想出了一個詞組‘萬物源于比特’。宇宙及其所包含的一切（“它”）可能來自無數(shù)的“是”或“否”的測量選擇（“比特”）（發(fā)生在宇宙的一生中）。”

盡管聽起來很瘋狂，但許多量子信息科學(xué)家認(rèn)為這是值得尊敬的。用約翰的一句名言來說，這可能是“瘋狂到正確的程度”。

家庭

左上：John和Janette夫婦（1984）；左下：High Island（即文中所說的高島）；右邊：John 在 High Island 舉辦80歲生日宴會的邀請函，宴會上有煙花表演。

約翰介紹了1933年春天，他第一次在巴爾的摩的舞會上注意到珍妮特·赫格納（Janette Hegner）的情景[9]：“她盯著我的眼睛。珍妮特沒有飄飄的睫毛?！冶凰臋C智、肉眼可見的天賦以及她在我們聊天時的談吐所吸引?！彪S后，僅僅進(jìn)行了三次約會，他們便訂婚了，但推遲了婚禮，直到約翰跟玻爾做完他的博士后從哥本哈根回來之后。從約翰的自傳中可以清楚地看出來[9]，他們的婚姻是一種真正的伴侶關(guān)系，而且這種關(guān)系持續(xù)了一輩子。珍妮特深深影響著約翰，約翰也深深影響著她。許多個夜晚，他們會躺在床上一起讀一本由兩人共同選擇的一本書。由珍妮特烹制的美食下，他們一起為學(xué)生和訪問物理學(xué)家提供了一個熱情、溫馨的家庭環(huán)境。

約翰、珍妮特和他們的三個孩子，莉蒂希婭（Letitia）、詹姆斯（James）以及艾莉森（Alison），是一個親密的傳統(tǒng)家庭。在約翰的學(xué)術(shù)生涯中，他經(jīng)常從普林斯頓跑出來，帶著家人跑到一個遙遠(yuǎn)的地方，這樣他就可以躲在一邊沉思，或者使他與同事的交流更具成效。例如他曾在1949年到1950年間，在法國待了7個月；1956年在荷蘭萊頓待了9個月。這些旅行對約翰來說是重要的機會，他可以在研究中提出新的觀點和方向，有時也可以使拖延已久的項目變得簡單起來。

1957年，約翰和珍妮特買下了高島的一半，這是緬因州一個面積約66英畝的島嶼，通過一些堤道和公路與大陸相連。此后，他們在那里度過了大部分暑假，物理系的學(xué)生和同事經(jīng)常來這里進(jìn)行討論或一同工作。1964年夏天，珍妮特和約翰邀請我的妻子琳達(dá)（Linda）和我，還有我們的小女兒卡雷斯（Kares），住在他們島上的一間小屋里。在那里，我和約翰寫了一本名為《引力理論和引力坍縮》的薄書。珍妮特和約翰盡了地主之誼。五年后，查爾斯·米斯納和他的妻子蘇珊娜（Susanne）在高島附近的緬因州海岸上蓋了棟房子。因此，琳達(dá)和我以及我們的兩個孩子在附近租了一間小屋，一個暑假都在為完成《引力》而奮筆疾書——這是約翰尼、查爾斯和我，我們?nèi)说膶氋F合作。當(dāng)這本書寫完后，約翰給了珍妮特、蘇珊娜和琳達(dá)每人一枚華麗的、大大的、銀色的、綠松石色的別針，上面有一個小島的圖標(biāo)，作為他們對我們一起度過如田園詩般的夏日的紀(jì)念。事實上，約翰尼、查爾斯和我大部分時間都處于隔離寫作狀態(tài)。

在上世紀(jì)90年代和本世紀(jì)初，隨著約翰（本應(yīng)）退休，他和珍妮特繼續(xù)在高島享受夏天。在一年的剩余時間，他們住在普林斯頓的郊外，在那里，約翰繼續(xù)頻繁地進(jìn)出辦公室，與物理系的同事和學(xué)生交流。

致謝

為了完成這篇回憶錄，我參考了許多《今日物理學(xué)》在約翰去世后不久發(fā)表文章。那些文章由肯·福特[8]、特里·克里斯坦森（Terry Christensen）[3]、查爾斯·米斯納、沃伊切納·祖瑞克和我[1]，我們五個人完成。同時我也參考了許多我們五個人為了寫回憶錄而收集的那些資料，以及約翰·惠勒在肯·福特幫助下寫的那本自傳，我感謝肯、特里和沃伊切納他們?yōu)檫@篇回憶錄做出的重大貢獻(xiàn)。我還要再次感謝肯，以及約翰的兒子詹姆斯·惠勒和女兒艾莉森·拉恩斯頓（Alison Lahnston）對這篇回憶錄的建議。

文章頭圖及封面圖片來源：ias.edu

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文章原名：John Archibald Wheeler[1]: A Biographical Memoir

版權(quán)聲明：This memoir was originally published by the National Academy of Sciences of the U. S. A. as a part of the Biographical Memoirs of the National Academy of Sciences and appears here in Chinese translation with their permission.

本文已獲原作者基普·索恩教授及出版商美國國家科學(xué)院和英國皇家學(xué)會許可，嚴(yán)禁用于任何商業(yè)用途。

這篇文章最早是索恩教授于2019年1月19日發(fā)表于arxiv上，將于2019年初出版在由美國國家科學(xué)院和英國皇家學(xué)會聯(lián)合編纂的傳記回憶錄系列中。作為2017年諾貝爾物理學(xué)獎得主，索恩教授同時也是黑洞領(lǐng)域的泰斗，而約翰·惠勒教授是索恩教授的博士生導(dǎo)師，也是為黑洞命名的人。我作為黑洞天體物理領(lǐng)域的初學(xué)者，一直以其二人為榜樣。因此，當(dāng)看到這篇文章的時候，我便有了翻譯的打算，以便讓更多的人了解惠勒教授的生平和成就。隨后，我向索恩教授發(fā)了請求授權(quán)的電子郵件，索恩教授在了解了我的來意之后便主動與美國國家科學(xué)院和英國皇家學(xué)會商討版權(quán)問題，最終授權(quán)我對這篇文章進(jìn)行翻譯。

在此非常感謝索恩教授及美國國家科學(xué)院和英國皇家學(xué)會的信任及幫助，同時感謝譚舒宇、胡子昂、宋開心、郭啟淏、白書旭、梁昊等人在翻譯過程中的指導(dǎo)和建議以及超理論壇在本文傳播過程中的幫助。

謹(jǐn)以此文表達(dá)對惠勒教授的尊敬。

參考資料

[1] This Memoir is being published in the Biographical Memoir Series of the US National Academy of Sciences and also that of the Royal Society, in early 2019.

[2] For a much longer list, see C. W. Misner, K. S. Thorne and W. H. Zurek. John Wheeler, relativity, and quantum information. Physics Today, April 2009:40-50.

[3] For considerable detail about John’s huge impact on Richard Feynman’s Nobel Prize research, see Feynman’s Nobel Prize lecture: https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1965/feynman/lecture/

[4] T. M. Christensen. John Wheeler’s mentorship: An enduring legacy. Physics Today April 2009:55-59.

[5] I describe this and much more about Wheeler’s mentoring in my book Black Holes and Time Warps. New York: Norton (1993).

[6] D. Holz, Discover magazine blog on the day Wheeler died. http://blogs.discovermagazine.com/cosmicvariance/2008/04/13/goodbye

[7] R. Geroch, recorded interview with me in April 1982. Available in the Caltech Archives, Pasadena, CA.

[8] W. Unruh, recorded interview with me in December 1980. Available in the Caltech Archives, Pasadena, CA.

[9] For greater detail on this period of Wheeler’s career, see K. Ford. John Wheeler’s work on particles, nuclei, and weapons. Physics Today April 2009:29-33. Also Wheeler’s own 1979 autobiographical document: Some men and moments in the history of nuclear physics: The interplay of colleagues and motivations. In Nuclear Physics in Retrospect: Proceedings of a Symposium on the 1930s. Ed. Roger H. Stuewer. Minneapolis: University of Minnesota Press (1979) pp. 217-284.

[10] John Wheeler’s autobiography: J. A. Wheeler with K. Ford. Geons, Black Holes and Quantum Foam: A Life in Physics. New York: Norton (1998).

[11] For a detailed history of John’s role and that of his team at Princeton, see a recent book by John’s former student Ken Ford, who was a member his team: K. Ford. Building the H Bomb: A Personal History. Singapore: World Scientific (2015).

[12] J. A. Wheeler, Geometrodynamics and the issue of the final state. In Relativity, Groups and Topology, Eds. C. DeWitt and B. DeWitt. New York: Gordon and Breach (1964),pp. 317-522.

[13] B. K. Harrison, M. Wakano and J.A. Wheeler. Matter-energy at high density: end point of thermonuclear evolution. In La Structure et l’Evolution de l’Univers, Onzieme Conseil de Physique Solvay. Brussels: Editions R. Stoops (1958), pp. 124-141.

[14] B. K. Harrison, M. Wakano, K. S. Thorne, and J. A. Wheeler. Gravitation Theory and Gravitational Collapse. Chicago: University of Chicago Press (1965).

[15] J. B. Hartle and S. W. Hawking. Path-integral derivation of black-hole radiance. Phys. Rev. D 13:2188-2203 (1976).

[16] J. A. Wheeler. Superdense stars. Ann. Rev. Astron. Astroph. 4:393-432 (1966).

[17] F. Pacini. Energy emission from a neutron star. Nature. 216:567-568 (1967)

[18] For a brief history with references, from Wheeler to today, see K. S. Thorne. Nobel lecture: LIGO and gravitational waves III. Annalen der Physik 530:1800350 (2018).

[19] See, e.g., M. Scheel and K. S. Thorne. Geometrodynamics: The nonlinear dynamics of curved spacetime. Physics Uspekhi. 57:342-351. (2014).

[20] J. A. Wheeler. Quantum geometrodynamics. Annals of Physics 2:604-614 (1957).

[21] B. S. DeWitt. Quantum theory of gravity. I. The canonical theory. Phys. Rev. 160,1113-1148.

[22] J. A. Wheeler and W. H. Zurek. Quantum Theory and Measurement. Princeton: Princeton University Press (1983).

[23] In Reference 1.

[24] W. C. Wickes, C. O. Alley and O. Jakubowicz, A delayed choice quantum mechanics experiment. In Ref. 10, pp. 457-464 (1983).