纪念:约翰·D·巴罗(John D.Barrow)

2020-10-11 16:34:31

一位真正伟大的科学家不仅做出了重大的技术贡献,而且还通过令人信服的深度和广度重塑了一门学科的概念图景。理论物理学家约翰·D·巴罗(John D.Barrow)就是这样一个人,他于9月26日去世,享年67岁。巴罗的职业生涯跨越了宇宙学的黄金时代,在这一时期,这门学科从科学的死水转变为主流的精密科学。在这个令人兴奋的时代,他既是一名玩家,也是一名评论员,发表了数百篇研究论文和学术文章,以及一系列说明性书籍,每一本都是机智和清晰的典范,使他成为世界范围内的公共知识分子。

巴罗出生在伦敦,1977年在丹尼斯·夏玛的指导下获得了牛津大学的博士学位,加入了包括马丁·里斯和斯蒂芬·霍金在内的强大导师阵容的行列。这发生在宇宙学的危机时期。尽管宇宙起源的大爆炸假说已经确立,但起源事件本身仍然是个谜;特别是,人们对初始条件感到困惑。对宇宙微波背景辐射(20世纪60年代末发现的大爆炸的褪色余辉)的分析表明,宇宙以惊人的均匀状态爆发出来。宇宙的膨胀率也将其引力与超乎寻常的精确度相匹配。它看起来像是被治好了。巴罗在一系列关于应用于混沌宇宙扩展的平滑机制的论文中解决了这些基本问题,随后几年的分析包括对爱因斯坦广义相对论和各种替代引力理论的扩展。目前流行的膨胀宇宙理论将“修复”解释为宇宙存在的第一瞬间突然加速膨胀的结果,为巴罗的理论探索提供了额外的肥沃土壤。

在加州大学伯克利分校(University of California,Berkeley)工作了一段时间后,他在当时相对较新的英格兰南部苏塞克斯大学(University Of Sussex)找到了一个职位,在那里他发表了令人惊叹的期刊论文,很快就让他成为了某种程度上的科学名人。他的研究涉及宇宙中物质和反物质之间的不对称性、黑洞理论、暗物质的性质和星系的起源等各种问题。他早期对初始宇宙条件的关注导致巴罗在物理科学中恢复了古代哲学中的目的论概念,该概念(以各种形式)既考虑了初始状态,也考虑了最终状态。这一方法的核心是1986年出版的一本不同凡响的书,该书与物理学家弗兰克·蒂普勒合著,书名为“人类宇宙学原理”。它建立在这样一种认识之上,即如果宇宙的初始状态或物理的基本常数在某些情况下偏离了我们观察到的值-在某些情况下,偏差很小-宇宙就不适合生命。这本书详细而广泛地汇编了这种恰如其分的生物友好的“巧合”,并成为一代物理学家的标准参考文本。这也激起了一些人的强烈反对,因为他们与宇宙目的的概念调情,在一些人眼里偏离了太近的神学。然而,它的“人学”推理风格后来成为这位理论家熟悉的一部分,尽管这仍然是一个有争议的部分。

最近,巴罗对精细结构常数-一个描述电磁力强度的无法解释的数字-可能根本不是恒定的,而是随宇宙尺度而变化的可能性感兴趣。他为将这种现象纳入物理定律提供了理论基础,同时也对观察证据保持开放态度。他对研究问题的冒险选择代表了巴罗的知识风格,他的风格是挑战支撑着宝贵的主流理论的隐藏假设。他推论说,物理学和宇宙学中的基本问题可能看起来很难解决,因为我们对它们的思考方式是错误的。这种思维模式引起了包括本文作者在内的许多同事的共鸣,他们被吸引去思考最深层次的存在问题。

1999年,巴罗移居剑桥大学,担任应用数学和理论物理系教授,并成为克莱尔·霍尔学院的研究员。与此同时,他在精选的格雷沙姆学院(Select Gresham College)完成了两个不同的阶段,该学院成立于1597年,目的是在伦敦组织免费的公开讲座。巴罗在剑桥的任命包括他担任千年数学项目的董事。这是一个以富有想象力的方式迎合小学生和高中生需要的教育项目。但这一系列要求苛刻的教学职责