原创 WLA上海中心 世界顶尖科学家论坛

编者按

1999诺贝尔物理学奖得主、世界顶尖科学家协会（WLA）会员杰拉德·霍夫特（Gerard 't Hooft）从小的愿望就很“出众”——他想成为“一个无所不知的人”，甚至还和自己中学物理老师进行了持久辩论，导致后者更改了物理教材。而如今，这位物理诺奖得主霍夫特的研究兴趣转向了新能源。在第二届世界顶尖科学家论坛（WLF）上，对于如何扭转全球气候变化，霍夫特还提出了一个略微有悖人们常识的看法：种树并不能改变全球变暖的趋势，只有改变能源结构才可以。

不过，今天的推送主要带来的，是他如何克服在物理研究之路上的各种“挑战”，不断证明自己、获得成长的。

杰拉德·霍夫特参加世界顶尖科学家论坛

图 | WLF

因阐明电弱交互作用的量子结构，开拓性地证明组成宇宙的粒子运动，荷兰乌特勒支大学（Utrecht University）教授杰拉德·霍夫特与他的论文导师维尔·特曼（Martinus J. G. Veltman），共同获得了1999年诺贝尔物理学奖。

“一个无所不知的人”

霍夫特1946年生于荷兰登海尔德一个有显赫科学背景的家庭：他的外伯祖父弗里茨•泽尼克（Frits Zernike），因发明相衬显微镜，获得了1953年的诺贝尔物理学奖；他的外公莱顿大学的彼得•尼科拉斯•范・坎彭(Pieter Nicolaas van Kampen)教授，是一个著名的动物学家；他的舅舅尼古拉斯•戈德弗里德•范•坎彭(Nicolaas Godfried van Kampen)，是乌得勒支州立大学的理论物理学教授；他的母亲是一位精通法语的老师；他的父亲，具有海军工程学位，热爱船只及与海洋有关的所有高科技产业。

霍夫特的外祖母尤其崇敬科学家，从小就给他灌输了科学情怀。在这样的熏陶下，霍夫特虽然两岁多才学会说话，写作与阅读也开始得很晚，但探究大千世界的兴趣并未受影响。

一张定格在他两岁时的照片显示，当其他小孩在四处奔跑嬉戏时，他却在一辆倒立的儿童脚踏车前，仔细观察两只车轮的碰撞，研究为什么车轮中的一只转动，另一只也会跟着转起来。

除了喜欢琢磨车轮传输原理外，小时候的霍夫特也会对沙土中爬行的蚂蚁“发呆”：他在思索人若变成蚂蚁，那么鹅卵石之间的微小缝隙，也可能会大得像别墅一样，可供自由进出。

即使是随父母搬至英国伦敦居住后，霍夫特也没有停下对周围环境的观察和研究。他记得，自己首次见到一座“高山”（虽然仅有100多米高）时，兴奋地发现山上的树是沿着重力线生长，而非随着斜坡方向生长；而对于英国建筑和荷兰建筑，他也能迅速找到一些本质上的差别，“如果你让我看几栋房子，不管是新是旧，我都能马上把荷兰和英国的区分开来。”

身怀这些“特质”，霍夫特在8岁那年就想成为一名“科学家”、一个揭开自然基本定律秘密的人。当老师问霍夫特长大后想做什么时，他想说“一个教授”，但当时偏偏忘记了单词，便给了一个替代式的回答：“一个无所不知的人。”

杰拉德·霍夫特参加世界顶尖科学家论坛

图 | WLF

不爱“成品”爱“新品”

霍夫特喜欢的探究，更多聚焦在新生事物上。

小时候，霍夫特的父亲见他喜爱自然现象，曾给他买了一些关于轮船和汽车发动机的书，希望以此让他轻松自然地对工程学产生兴趣。但那些书霍夫特从来没有碰过。“那些东西已经有人发明出来了，”霍夫特反驳父亲说，“我想探索自然，发现新事物。”

接下来，当他父亲给他一本关于收音机的书时，他便表现出了特别兴趣，尤其是听到同学说“这世上没人知道收音机是怎么工作的”后。他开始琢磨收音里的二极管、三极管、五极管，甚至买到附带收音机组装说明的完整套装来研究，受益颇多。

而他认为父亲为他做的最伟大的事情之一，便是那几盒昂贵的麦卡诺模型——这是一种包括金属条、板材、大梁、轮子、滑轮、齿轮、轴环和轴杆、螺母和螺栓等的玩具模型。他根据自己的想象，不断努力搭建出了各种奇妙的东西，其中包括最奇妙的机器人。

挑战钢琴、语言，以及物理老师

十岁时，霍夫特与父母度假时首次接触到钢琴，他特别兴奋。但父母想起他们年轻时练钢琴所受的折磨，不太想让霍夫特练。然而，霍夫特却决心挑战自我，练好钢琴。见他意志坚决，父母才给他请了一个私人老师。在后者的教授下，霍夫特从最基本的音阶练起，学会了许多曲子的演奏方法，如今，钢琴已成了他生活中的一部分。

小学毕业后，霍夫特去了道尔顿学院。学校要求学生在非古典教育和古典教育之间做出选择。其中古典教育包括古希腊语和拉丁文，需要多花一年时间学习，而且难度更大。在霍夫特舅舅看来，这个选择无关紧要，因为学物理不需要希腊语和拉丁文。不过，霍夫特表示，他无法忍受有些孩子会学到他不知道的东西，并欣然选择了接受挑战。

在后来的物理课上，他的物理老师说，霍夫特这个班上没有真正的天才，如果有，就可以和他辩论。那时，这位物理老师参与编写的一本教材在全国被广泛使用，而霍夫特就书中关于光子的部分，真的与物理老师辩论起来了。辩论中，霍夫特寸步不让。最终，老师修改了教材，再版后就没有了关于光子的那页。

在这些不断的挑战中，霍夫特成长得很快，16岁就参加了荷兰全国数学奥林匹克竞赛，并获得了二等奖。奖品中有奥尔格•波利亚（Georg Polya）的《数学与合理的推论》(Mathematik und Plausibles Schliessen)。拿到奖品，霍夫特就狼吞虎咽地读完了，“那本书上的知识，对我后来的职业生涯非常有用”。

再“战”博士导师被刮目相看

高中毕业后，霍夫特考上了乌得勒支州立大学。

乌得勒支州立大学

大学期间，霍夫特遇到的第一个挑战就是老生“欺生”。对此，他一方面抓紧时间学习，写出了关于细菌方面的一篇论文，令老生们刮目相看；另一方面也积极参加学生军团，和其他一些学生一起为理科学生组织了一次全国性大会，并成为了著名的特里顿(Triton)赛艇俱乐部的舵手，“在那里我很受赞赏，因为我可以让他们的船保持直线滑行。”

为了自己喜欢的物理，霍夫特甚至不顾长辈们的劝告，专门租了一间房子来研究基本粒子。他发现，一些前辈们的研究充满了毫无根据的假设、草率的论点和令人难以置信的结果。

就在这时，专门研究亚原子粒子的马丁努斯•维尔特曼（Martinus Veltman）被学校任命为理论物理学新教授，也成为他的导师。然而，维尔特曼一开始认为，霍夫特取得好成绩的原因，仅仅是因为他的家庭背景。

“重要的事情先做。”为了让导师信服，霍夫特直至攻读博士学位，还在继续研究他的基本粒子。不过，研究并非一帆风顺，例如，当他就研究中发现的一些疑惑向其他“大咖”询问时，对方一听他是维尔特曼的学生，就踢起了“皮球”：“如果你是维尔特曼的学生，去问问他。”

霍夫特没有气馁，经过不懈努力，他推导出的一个恒等式被广泛引用。不久，他又写出了一篇引起全世界关注的论文，解决了导师维尔特曼多年来一直努力但又未解决的问题，令后者刮目相看。因此，维尔特曼在自己组织的一个粒子物理国际会议上，临时“加推”节目，让霍夫特作了10分钟的报告。

杰拉德·霍夫特参加世界顶尖科学家论坛

图 | WLF

联合挑战，共获诺奖

此后，霍夫特与导师维尔特曼展开了紧密合作，一起研究出了“维度重整化”技术。

当他通过奖学金前往欧洲核子研究中心(CERN)研究后，导师维尔特曼也来到该中心。他们一起研究“夸克约束”问题，一起筛选出“杨•米尔斯理论”中的正确部分，并产生了巨大的影响。“我简直不敢相信，除了我之外，没有人知道‘杨•米尔斯理论’的规模。”进一步研究中，霍夫特也一直在思考强相互作用的规范理论，并着手解决它。

通过研究，他又发现了“希格斯理论”中的磁单极子解，使纯“杨•米尔斯理论”和规范群SU⑶最终被认为是强相互作用的最有可能的解释，并获得了一个美丽的名字：“量子色动力学（QCD）”。

1976年，霍夫特受邀到哈佛大学和斯坦福大学担任客座教授，研究瞬子引起的微妙效应，最终解决了“手性对称实验”数据中的许多谜题。之后，他又花费大量的精力和创造性来阐明“夸克约束”问题，促使QCD可以进行数值处理，成为标准模型的一个组成部分。这最终让他和他的导师一起获得了1999年的物理诺奖。

随着1984年“超弦革命”的发生，霍夫特又对“超弦理论”有了不一样的理解和不同寻常的研究——当斯蒂芬•霍金(Stephen Hawking)发现黑洞会因量子场理论效应而辐射时，他提出了“量子引力自由度”的一个特征：“全息原理”（Holographic Principle），并在很长一段时间里，成为了少数研究量子黑洞的科学家之一。

杰拉德·霍夫特与霍金交谈 图 | KTH/Håkan Lindgren

特约撰稿 罗水元

作者 冬青子

排版 杨 周