珀西·布里奇曼(1946年诺贝尔物理学奖得主)
| 姓名 | 珀西·威廉姆斯·布里奇曼(Percy Williams Bridgman) |
|---|---|
| 出生 | 1882年4月21日,美国马萨诸塞州剑桥 |
| 逝世 | 1961年8月20日(79岁),美国新罕布什尔州兰道夫 |
| 国籍 | 美国 |
| 母校 | 哈佛大学 |
| 知名于 | 高压物理学、布里奇曼效应、操作主义哲学 |
| 奖项 | 诺贝尔物理学奖(1946年) |
| 研究领域 | 高压物理、实验物理学、科学哲学 |
| 机构 | 哈佛大学 |
生平
珀西·威廉姆斯·布里奇曼1882年4月21日出生于美国马萨诸塞州剑桥市一个记者家庭。他在牛顿公立学校接受初等教育,1900年进入哈佛大学,1904年获学士学位,1905年获硕士学位,1908年获博士学位。此后他一直在哈佛大学工作,从助教一步步晋升为正教授(1919年),直至1954年退休。他是"土生土长"的哈佛人——在哈佛学习、在哈佛教书、在哈佛退休,一生未曾离开这所大学。1961年8月20日,因癌症晚期不堪痛苦,布里奇曼在新罕布什尔州乡村的住所饮弹自尽。
学术生涯
布里奇曼的学术生涯以高压物理学的开创和推进为主线。他的研究始于博士论文——在导师指导下研究高压对光学性质的影响。当时高压实验技术极为落后,最大只能达到约3000大气压,且通常伴有危险。
布里奇曼决心从根本上革新高压仪器设计。他发明了所谓的"布里奇曼密封"——利用材料本身的机械变形来实现自密封,随压力增高密封性增强而非减弱。这一巧妙设计解决了高压实验中最棘手的漏液问题。他还发明了"无支承面"活塞-砧装置,将可稳定达到的压力从几千大气压一举推进到10万大气压级别。后来他又发明了布里奇曼对顶砧,能达到更高压力。
利用这些新装置,布里奇曼进行了系统的物质高压性质研究。他测量了数百种物质在高压下的压缩率、相变、电导率、热导率、粘度和相变行为。他发现了许多物质在高压下出现的新相态——包括冰的多种高压变体(冰II、冰III、冰V、冰VI等)。他揭示了压力作用下物质原子间距缩小、电子结构变化的规律性。布里奇曼还观察到了"布里奇曼效应"——某些固体在高压下电阻随压力反常变化的现象。
二战期间,布里奇曼从事与国防相关的研究,继续探索高压对物质性质的影响,并应用于军工材料。
除了实验工作,布里奇曼还是一位重要的科学哲学家。他在1927年出版的《现代物理学的逻辑》中提出了"操作主义"(Operationalism)哲学:一个科学概念的意义等同于测量它的操作的总和。这一思想对20世纪科学哲学产生了深远影响。
获奖成就
布里奇曼因"高压装置的设计发明及高压物理学的发现"获1946年诺贝尔物理学奖。这是高压物理领域首次也是迄今唯一一次获得诺贝尔奖。
他获得的荣誉包括:美国国家科学院院士、美国艺术与科学院院士、英国皇家学会外籍院士。他获颁美国国家科学勋章(1954年)、富兰克林研究所克雷森奖章(1932年)、英国皇家学会休斯奖章(1950年)等多项大奖。月球上的布里奇曼环形山以他命名。美国物理学会设有布里奇曼奖,奖励高压研究方面的杰出贡献。
历史贡献
布里奇曼的历史贡献体现在三个维度:仪器、科学和哲学。
在实验技术方面,布里奇曼发明的自密封高压装置和对顶砧技术是高压物理学的基石。这些设计使人类首次能够系统地在实验室中产生并利用数万甚至数十万大气压的超高压力。他的技术直接启发了后来金刚石对顶砧(DAC)的发展——后者可将压力推进到数百万大气压,成为现代高压科学的核心工具。没有布里奇曼的开创性工作,高压物理科学可能就是另一个样子。
在科学发现方面,布里奇曼的高压相变研究开辟了高压凝聚态物理学。他对冰的高压变体的发现揭示了水的相图远比想象复杂。他发现的固体高压新结构、电阻随压力的规律性变化等,为后来的地球内部物理、行星科学和材料科学提供了宝贵的实验数据。地球深部物质的状态方程研究大量依赖布里奇曼建立的方法和数据。
在哲学方面,布里奇曼的操作主义对20世纪科学思想产生了广泛影响。虽然操作主义后来受到不少批评,但其核心思想——概念要有可测量的操作定义——对澄清科学概念、排除无意义的争议(特别是在物理学中)有积极贡献。爱因斯坦对此表示赞赏,称"布里奇曼对科学概念逻辑语法的分析是极其有价值的"。
轶事典故
布里奇曼的实验室以设备简陋但手工作业极其精细闻名。他的高压装置大多是自己用手摇车床加工出来的。他认为好仪器要亲自制造。
布里奇曼是个极其注重安全的实验者。他的高压实验室装有厚重的混凝土防护墙。据说一次装置爆炸后,他首先检查的不是损坏的仪器,而是防护墙是否需要加固。
布里奇曼性格刚直,行事极为严谨。他要求学生做实验必须精确记录每一个数据——即使看起来不符合预期的数据也不能"修正"或遗漏。
1954年退休后,布里奇曼将精力投入科学哲学写作。他著有七部科学哲学著作,包括《现代物理学的逻辑》《物理理论的本质》《智慧者的个体主义和社会的非理性》等。
布里奇曼以自杀结束生命,因为他无法容忍疾病带来的痛苦和依赖。他在遗书中写道:"社会应该允许自杀——一个人承受够了。这并非懦弱,而是对自己生命的最后掌控。"他在生前就多次就安乐死和自杀权利公开表态,认为人应当有在无法忍受的痛苦中选择死亡的权利。他的离世在美国引发了对安乐死和生命自主权的广泛讨论。
参考文献
1. Bridgman, P. W. (1911). The Measurement of High Hydrostatic Pressure. I. A Simple Primary Gauge. Proceedings of the American Academy of Arts and Sciences, 47(11), 321-343. 2. Bridgman, P. W. (1927). The Logic of Modern Physics. Macmillan. 3. Bridgman, P. W. (1946). Recent Work in the Field of High Pressures. Reviews of Modern Physics, 18(1), 1-93. 4. Nobel Foundation. Percy W. Bridgman – Biographical. NobelPrize.org. 5. Kemble, E. C. (1970). Percy Williams Bridgman 1882-1961. Biographical Memoirs of the National Academy of Sciences, 41, 23-68.