與中國擦肩而過的傳奇女物理學(xué)家，曾與兩彈一星元勛相戀
撰文 | 張?zhí)烊?/span>
責(zé)編 | 徐卓君
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了解量子理論的人都聽過德布羅意的名字，知道他是一位貴族物理學(xué)家，因提出“物質(zhì)波”的概念而享譽學(xué)界。不過你可能不知道他有一位女弟子，塞西爾·莫雷特（Cécile DeWitt-Morette）。
這位生于20世紀(jì)上半葉的女性物理學(xué)家，在男性主導(dǎo)的理論物理領(lǐng)域做出了卓越貢獻(xiàn)，并為法國物理學(xué)界建立了萊蘇什暑期學(xué)校。她有幸受教于多名大師級人物，也遭受過那個年代科學(xué)界對女性的不公。
她生性坦率、大膽?yīng)毩?。近百年的生命中充滿傳奇的轉(zhuǎn)折，她因參加量子力學(xué)的考試而躲過了諾曼底登陸日的大轟炸而得以幸存，在20世紀(jì)物理學(xué)巨人和量子精英們的影響下愛上了理論物理，雖然她與初戀愛人——來自中國的彭桓武——因那個動蕩的年代而分離，但也在物理學(xué)界結(jié)識了一生的伴侶布萊斯·德威特。
她于2016年去世，享年 94 歲。
塞西爾也是我的博士指導(dǎo)教師。我曾經(jīng)寫過好幾位物理學(xué)家，也提到過塞西爾，不過著墨甚少。今天專門來梳理一下這位女學(xué)者的生活和科研成就，以及我記憶中的若干趣事。
天文系的“半個”教授
理論物理精英們
實際上，塞西爾1922年生于巴黎一個頗為富有的家族，父親是教授，也是工程師，擁有自己創(chuàng)建的冶金公司。塞西爾成長于諾曼底，正是那個二戰(zhàn)的最后關(guān)鍵時期盟軍登陸的諾曼底。她年輕時想學(xué)醫(yī)，并沒有設(shè)想過自己會成為一個理論物理學(xué)家。陰差陽錯使她沒做成醫(yī)生，卻在諾曼底的卡昂大學(xué)獲得了數(shù)理化的學(xué)士學(xué)位。 然后，天性喜歡冒險的塞西爾想做一些更令人興奮的事情：決定去巴黎學(xué)量子力學(xué)！雖然她一無所知，但覺得這個“術(shù)語”聽起來不錯。
因此，巴黎之行讓塞西爾進(jìn)入了物理學(xué)領(lǐng)域，成為德布羅意的博士生。之后與一連串偉大的物理學(xué)家一起工作的不平凡經(jīng)歷使她留在了該領(lǐng)域。
出乎塞西爾意料之外，那次巴黎大學(xué)量子力學(xué)的考試竟然是在 1944年6月6日諾曼底登陸日！塞西爾去巴黎參加了那場考試，所以正好不在諾曼底的家中。這使她幸運地逃過了那場大轟炸，而留在家中的母親、妹妹和祖母都當(dāng)場被炸死了。家中突發(fā)的災(zāi)難使塞西爾意識到，她需要一份工作，這是不諳世事的年輕女學(xué)生遭遇到人生的第一次打擊和考驗。
在諾曼底登陸之前，約里奧-居里（居里夫人女婿）邀請塞西爾在他的實驗室工作。不過塞西爾對實驗不感興趣。因此，她繼續(xù)讀研，又同時算是約里奧的科學(xué)秘書。例如，約里奧讓塞西爾為他準(zhǔn)備關(guān)于慢中子擴散、玻爾液滴模型的講座等等。
之后，在都柏林的海特勒（Heitler）寫信給約里奧，希望有年輕人加入他和都柏林的其他猶太難民的行列。約里奧問塞西爾是否想去，喜歡冒險的女孩給出了肯定的回答。于是，為了在戰(zhàn)爭狀態(tài)下得到出境簽證，秘書為她編造了一些“超出她能力外”的任務(wù)，其中包括要去劍橋會見狄拉克等。塞西爾對此次與狄拉克見面，曾經(jīng)有精彩的敘述：
“我對狄拉克一無所知，直到我收到一條消息，說下午兩點，我與狄拉克在他位于劍橋的家中有約會。他以話不多而著稱。但是當(dāng)我到達(dá)時，他滔滔不絕地告訴我他在戰(zhàn)爭期間所做的事情。我什么也聽不懂。10分鐘后，我開始明白情況是多么荒謬。所以我說，‘非常感謝你，狄拉克教授。 我不會占用你太多時間。 很高興你給我這個約會?！?/span>
‘哦，’他說，‘我妻子要端茶來了。 你走了，她會生氣的?！晕伊粝铝?。然后，他一直講到五點鐘?！?/span>
最后，塞西爾去了都柏林的高等研究院，在海特勒指導(dǎo)下攻讀博士學(xué)位，做“核子-核子碰撞產(chǎn)生介子”的課題。都柏林的理論物理學(xué)院是薛定諤1940年建立的并一直擔(dān)任主任直到塞西爾去的那一年。所以，塞西爾的指導(dǎo)教師有好些位，除了德布羅意外，海特勒、薛定諤都名列其中。正是在都柏林的兩年半中，周圍滿是量子精英以及若干20世紀(jì)的物理學(xué)巨人的環(huán)境下，塞西爾才喜歡上了物理學(xué)并開始理解它。
他給了她一張去香港的單程機票
值得一提的是，都柏林的青年精英中，也包括幾位后來成為中國物理學(xué)界頂梁柱的老前輩。
我讀博時，除了討論物理和數(shù)學(xué)之外，塞西爾對我說得最多的話題是40年代在都柏林與中國物理學(xué)家彭桓武的交往。她自稱是彭先生的早年弟子，那是1946年，塞西爾在彭的指導(dǎo)下作過量子場論有關(guān)的計算，共同發(fā)表了一篇論文[2]。短短的交往其實不到兩年的時間，但塞西爾對彭先生有及其深刻難忘的印象。塞西爾給我看過她和彭先生在都柏林并肩搭手騎自行車的一張挺有意思的照片，將近60年之后，塞西爾訪問北京，和彭先生“師生”再見面，重述舊緣[3]。
我到美國的機會，也是源于兩位學(xué)者當(dāng)年的友誼。我在中科院讀研究生時，在廣州召開了一個粒子物理的國際性會議，不少知名科學(xué)家參加。理論物理所的何祚庥先生等聯(lián)系到了德克薩斯大學(xué)的一對夫妻檔理論物理教授：德威特和夫人塞西爾。塞西爾談起她早期在都柏林學(xué)習(xí)時候的中國籍老師彭桓武，說是很懷念她的老師。不知現(xiàn)在情況如何？何先生告訴他彭桓武是理論物理所的現(xiàn)任所長，塞西爾聽了高興極了。又聽說理論物理所想要送一個女同學(xué)（我）到美國的大學(xué)讀研究生，她便立即表示愿意接受這名中國學(xué)生為自己的博士生。
我到奧斯丁時已經(jīng)35歲，所以塞西爾經(jīng)常笑說我算是她的大女兒，因為她四個女兒中最大的還比我小幾歲。塞西爾也經(jīng)常給我講她在都柏林的故事，說她原來僅僅懂一點數(shù)學(xué)，是彭桓武教會了她物理，喚起了她對理論物理的終生興趣，將她訓(xùn)練成了一個物理學(xué)家，法國國家博士。當(dāng)時彭桓武和胡寧都在都柏林做量子場論的研究。塞西爾比他們要年輕7、8歲，作為從法國巴黎居里研究所派來的實習(xí)生，她在彭桓武的指導(dǎo)下作量子場論計算，之后彭桓武1947年底就回國了。那幾年我在與塞西爾的交往中，就發(fā)現(xiàn)他對彭先生有深切的懷念，難忘的印象。不由得使我心中暗暗揣測：看來當(dāng)年她對彭是十分崇拜的，也許還有一些“愛慕”之意？作為學(xué)生的我當(dāng)然不好意思向她詢問，如今，彭先生已去世多年，塞西爾也已經(jīng)作古，原以為此事的答案只有天知地知她知他知了，沒想到有天看見《今日物理》（Physics Today）在塞西爾去世后為她發(fā)的一篇文章，才恍然大悟[4]。
文章中提到關(guān)于她和彭先生的交往，有如下一段話：
“On a couple of occasions she did say no, to marriage proposals. She said no to her first love, Peng Huan-wu, in Dublin…..”
上面話中 “her first love”一詞，印證了我的猜測。
將《今日物理》的這段話翻譯出來，說的是：
“有幾次她確實拒絕了求婚。 她拒絕了都柏林的初戀彭桓武?！?/span>
左邊自行車上是彭桓武和塞西爾
圖源：《物理》
2019年，美國期刊《今日物理》Letters欄目又刊登了一篇短文：《為了愛情和物理》[5]。文章的作者是塞西爾的一位女兒。這篇文章較詳細(xì)地披露了二人當(dāng)年的跨國戀情。
文章說：“她非常愛他，很想嫁給他，但那是 20 世紀(jì) 40 年代后期，他要回到正處于戰(zhàn)爭之中的中國。離開時，他給了她一張去香港的單程機票，并告訴她，他可以從那里帶她進(jìn)入中國?！?/span>
但塞西爾最后“退縮了”，她擔(dān)心，如果去到一個語言不通，又處于動蕩中的國家，她會變成他的負(fù)擔(dān)。她也擔(dān)心從此再也無法回到自己的祖國。
他們之間的通信保持到20世紀(jì)50年代初期。塞西爾的女兒們發(fā)現(xiàn)了母親保留的信件“信中顯示了一位大度、睿智的男人仍然愛著她，并希望她接受他的提議，但他知道這對她來說太難了?！?/span>
1982年，塞西爾作為美國科學(xué)代表團(tuán)的一員來到北京，這是他們自都柏林離別后的第一次見面。三十多年過去了，塞西爾卻感到他們之間仍然存在某種“特殊”的東西，兩人在一起步行了一段路。塞西爾后來回憶，在走路時，他只是告訴她:“我很高興你仍然穿著舒適的鞋子?！?/span>
因為要花時間照顧孩子，
她曾從客座研究教授降職為講師
1948年，塞西爾收到來自奧本海默（從美國普林斯頓）的電報：“根據(jù)波爾和海特勒的推薦，我很高興為您提供數(shù)學(xué)學(xué)院 1948 至 1949 學(xué)年的會員資格，津貼為 3500 美元. 羅伯特·奧本海默?！睂嶋H上，奧本海默Oppenheimer，給了她 [高等研究院] 的博士后職位。但塞西爾不知道這是一個很好的邀請，甚至不知道普林斯頓在哪里？不過憑她寧愿說“是”也不愿說“不是”的一貫處事態(tài)度，當(dāng)然毫不猶豫地答應(yīng)了。
在公眾眼里，奧本海默以1942年-1945年領(lǐng)導(dǎo)曼哈頓計劃著稱，實際上他也是一位作出過多項接近諾貝爾獎級別成果的著名物理學(xué)家，性情和人格方面頗具特色與魅力。第二次世界大戰(zhàn)后，曼哈頓計劃被公諸于世，奧本海默也在全國成為了科學(xué)的代言人，1947年他出任普林斯頓高等研究院的院長，云集了一大批各個領(lǐng)域的尖端人才。理論物理方面，包括幾位在當(dāng)時還非常年輕的物理學(xué)家：楊振寧、李政道、以及后來的弗里曼·戴森等[6]?？梢韵胂?，當(dāng)年奧本海默邀請的女學(xué)者不會太多，塞西爾是其中一個。
當(dāng)時在法國，也有一個很好的終身職位在等著塞西爾，但“接收奧本海默邀請”這個選擇使她來到了美國，徹底改變了她的人生。盡管她當(dāng)時對美國一無所知：“我和我的朋友們唯一知道的就是電影《亂世佳人》，那是我們對美國的看法?！?/span>
圖源：德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校物理系
80年代，塞西爾也曾與我談到她1948年在普林斯頓高等研究院的情形，她很遺憾未能直接與愛因斯坦一起工作，但兩人經(jīng)常在路上碰面，雙方總是抿嘴一笑，擦肩而過：“因為我和他當(dāng)時都是沒有汽車的人??！”塞西爾對我們詼諧地描述此事時，還作了一個鬼臉。
塞西爾在普林斯頓待了兩年，開始了她與弗里曼·戴森終生的友誼，以及更復(fù)雜的與理查德·費曼的關(guān)系。最重要的事件是碰到了她的白馬王子-未來的丈夫布萊斯，一個“施溫格男孩”。一天晚上，布萊斯對她說：“你愿意嫁給我嗎？”塞西爾隨口便答：“當(dāng)然不，因為你不是法國人，是外國人！”塞西爾認(rèn)為自己最終要回到祖國法國。
不過，塞西爾感覺傷心，甚至可以說是很傷心。第二天早上，塞西爾頭腦里有了新的想法，如果一時回不了法國，也可以為國家做貢獻(xiàn)啊！她想到了飽受戰(zhàn)爭蹂躪的祖國，想到了阿爾卑斯山上迷人的風(fēng)光，她突發(fā)奇想：要在那兒開一個暑期學(xué)校！在夏天兩個月左右的時間里，聚集 20來個人，不限國籍和年齡，讓他們得到有趣的發(fā)展，同時也幫助重建法國物理學(xué)，這可能比在法國某校擔(dān)任教職要有用得多啊！于是，塞西爾將“完成建萊蘇什Les Houches暑期學(xué)校”這個任務(wù)，作為與布萊斯結(jié)婚的“契約”條件。之后，她又千方百計為之努力，最后終于達(dá)成了這個心愿，兩位物理學(xué)家于萊蘇什暑期學(xué)校成立后立即結(jié)婚了，那是1951年。
有趣的是，塞西爾當(dāng)年在物理界的名氣大于布萊斯的。愛調(diào)侃的上帝鞭子泡利在得知塞西爾與布萊斯的婚姻后，稱布萊斯為“莫雷特先生”。因為塞西爾的娘家姓氏是莫雷特，塞西爾出嫁前是“塞西爾·莫雷特”，結(jié)婚后便是“塞西爾·德威特”或“德威特夫人”了。泡利則是對布萊斯開玩笑地反其意而稱之。
圖源：德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校物理系
結(jié)婚后，塞西爾決定稍微進(jìn)入幕后，讓丈夫為他自己贏得更多名聲。很快，她就處于劣勢了：他成為北卡羅來納大學(xué)教堂山分校的教授；她花時間照顧孩子，從客座研究教授降職為講師。不過最終，他們都在德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校獲得了捐贈教席，此為后話不表。
迷上費曼路徑積分
塞西爾在普林斯頓的主要科學(xué)貢獻(xiàn)是第一個研究和應(yīng)用費曼路徑積分。
二戰(zhàn)勝利后，量子物理學(xué)家們的主要研究方向是從量子電動力學(xué)開始的量子場論。奧本海默那幾年主持了有關(guān)量子場論的3次重要會議。作為量子電動力學(xué)的開創(chuàng)者，費曼的工作（包括路徑積分和費曼圖）對量子場論的發(fā)展舉足輕重[7]。
另一位數(shù)學(xué)物理學(xué)家-英國人弗里曼·戴森，也對量子電動力學(xué)做出了杰出的貢獻(xiàn)。1948年秋季，戴森到了普林斯頓高等研究院。因為同為數(shù)學(xué)出身再轉(zhuǎn)行到理論物理，他們有共同的興趣，結(jié)下了深厚的友誼。戴森和塞西爾兩人都對費曼路徑積分感興趣，戴森后來評論塞西爾時，說她是當(dāng)時年輕一代中第一位掌握費曼路徑積分物理方法的全部范圍和功能的人。因此，當(dāng)戴森決定需要離開普林斯頓去度一個漫長的周末時，便說服了塞西爾一起同行。他們從普林斯頓坐車去伊薩卡（Ithaca），費曼到車站與他們會面加表演（擊鼓），然后，在康奈爾大學(xué)度過了一個愉快的周末。戴森給他父母的幾封信中對這次探險進(jìn)行了詳盡的描述。
戴森在給他母親的一封信中，提起這段經(jīng)歷：
“我們在會議廳里討論了物理學(xué)。費曼介紹了他的理論，這使塞西爾充滿了歡笑，與之相比，我在普林斯頓的演講顯得有些蒼白?！翘煜挛?，費曼每分鐘產(chǎn)生的創(chuàng)意比我之前或之后任何時候見過的都更好。在傍晚，我提到只有兩個問題（電場散射光，以及光散射光）尚需確立該理論的有限性。費曼告訴我們說馬上會看到的，然后他就坐下來閃電般地計算了兩小時，得到了這兩個問題的答案。結(jié)果證明，除了一些無法預(yù)料的復(fù)雜性之外，整個理論是一致的。”
拜訪費曼后，戴森寫了一篇論文，討論了高階微擾，證明了量子電動力學(xué)的可重正性。塞西爾應(yīng)用費曼圖于具體的相互作用問題，寫了一篇題為“關(guān)于核子-核子碰撞產(chǎn)生的π-介子的產(chǎn)生”的文章[8]，也發(fā)表在1949年《物理評論》上，塞西爾的文章是除了費曼和戴森之外，第一篇應(yīng)用費曼圖的文章。
塞西爾接著又寫了“關(guān)于費曼路徑積分的定義和逼近”的論文。并且，在之后幾十年數(shù)學(xué)物理方面的研究，她也都是做有關(guān)費曼路徑積分的工作。費曼路徑積分是整個泛函積分領(lǐng)域中的一種特殊類型。塞西爾的研究與函數(shù)集成有關(guān)，既發(fā)展數(shù)學(xué)又將其應(yīng)用于物理問題。是圍繞經(jīng)典路徑的值，從經(jīng)典向量子方向擴展，即從有限維空間轉(zhuǎn)向無限維空間。物理應(yīng)用上是費曼路徑積分的WKB近似等。一直到我的博士論文（1985年）也是這個主題：“費曼路徑積分的散射理論及其在黑洞散射中的應(yīng)用”[9]。
教育家塞西爾
塞西爾對理論物理的另一大貢獻(xiàn)是1951年在法國創(chuàng)立的數(shù)學(xué)和理論物理暑期學(xué)校。也就是前面介紹過的她與布萊斯定婚時的約定：要在阿爾卑斯山的萊蘇什（Les Houches）建成這個學(xué)校。她做得很成功并一直參與管理。許多數(shù)學(xué)家及理論物理學(xué)家都在該學(xué)校學(xué)習(xí)過或進(jìn)行過研究，其中包括二十多名諾貝爾獎得主，也有好幾名菲爾茲獎獲得者[10]。
諾獎得主基普·索恩演講，塞西爾的貢獻(xiàn)
圖源：Les Houches School of Physics
萊蘇什暑期學(xué)校在二戰(zhàn)后的歐洲和幾個發(fā)展中國家非常有影響力。它縮小了當(dāng)年的法國理科學(xué)生與世界研究之間的差距，為活躍的研究科學(xué)家提供服務(wù)。
為表彰塞西爾建立暑期學(xué)校的卓越貢獻(xiàn)，法國政府授予了塞西爾“騎士”稱號，給她頒發(fā)了國家功勛騎士勛章。
塞西既是理論物理學(xué)界的杰出學(xué)者，又是創(chuàng)辦學(xué)校培養(yǎng)人才的教育家，不愧是女科學(xué)家們的典范。
