物理学家以关心最宏大的问题而闻名:宇宙的形成、黑洞的碰撞、时间和空间的本质。

但西德尼·内格尔也对构成我们这个世界的更普通的东西感到好奇。 物理原理就像雨滴从悬垂处伸展和落下。 为什么咖啡杯溢出的咖啡会形成一个环而不是一个斑点。 沙粒的移动。

“没有人会想到，通过观察这些东西，你会发现基本的真相。”他说。 “但事实上，我们不知道如何思考回答这些问题，这意味着我们不知道一些基本的物理学。”

内格尔花了近50年的时间来做这件事。 今年，芝加哥大学施泰因-弗莱勒物理学杰出服务教授纳格尔接受了2023年美国物理学会研究卓越成就奖章。 这个奖项有时被称为“物理学的终身成就奖”，表彰“在促进我们对物理宇宙各方面的知识和理解方面做出最高水平贡献的人”。

Sidney Nagel教授在实验室与研究生Chloe Lindeman(左)和Savannah Gowen(右)讨论实验结果。

摄影:Nancy Wong

纳格尔的长期同事、物理学荣誉教授托马斯·威滕(Thomas Witten)说:“让你成为这样一个奖项的候选人的原因是，你改变了一个领域。” “西德尼改变了很多事情。”

值得一提的是，纳格尔是软物质物理学领域的先驱之一。 今天，它是物理学的主要焦点，但几十年前，它不仅鲜为人知，而且被鄙视。

有序与无序

1976年，作为一名年轻的物理学家，内格尔被该领域本身所忽视的问题所吸引。 “有一种偏见，认为你应该研究干净的系统，干净的问题。”他说。 “‘这只是泥土——这真的是物理学吗?’”

但令内格尔震惊的是，当人们观察周围的世界时，一些最简单的问题却没有答案。

内格尔说:“我们对其中一些地区一无所知，但我们知道，如果跳入水中，我们可以游到岸边。”

当他们这样做的时候，他和他的合作者发现了这些问题中隐含的基本真理。

他们揭示了容器中的米粒或咖啡在摇晃时如何变得更紧的物理原理。 他们做了无数的实验来弄清楚为什么溢出的咖啡会形成一个环。 他们拍摄了液滴分离的高速照片，发现了迄今为止未知的物理世界，并发展了数学来解释普通液体的分裂如何模拟不仅在其他物质中发现的特征，而且在黑洞中是最大规模的特征。 他们介绍了“堵塞”的重要性，这种现象将松散的颗粒挤压在一起时变成坚硬的固体，开辟了跨越多个领域的全新密集研究路线。

在这一切中，主题出现了。 内格尔说:“从整体上看，它们揭示了一个观点，即无序和不平衡是至关重要的。”

物理学的经典方法是设想最简单的系统，以便找到关于其行为的基本真理。 例如，物理学家经常将他们的实验冷却到接近绝对零度，以消除温度等混杂变量以及随之而来的无序性。

但内格尔发现，他感兴趣的是相反的问题:“紊乱是否存在一个缩影，如果有，支配它的原则是什么?”

我们在高中物理中学到的大多数方程都是关于一个完美有序的系统与周围环境处于平衡状态——也就是说，当所有的力都是平衡的。

“但问题是，大多数系统实际上并不是处于平衡状态。”内格尔说。 “大气不是。 人不是。 事实上，如果你仔细想想，生物学的建立就是为了阻止我们达到平衡。 这会导致复杂的行为，但关于它们是如何工作的，你是否可以简单地说一说?”

事实上，它们为更深入地了解我们的世界以及在生物学、材料科学和机器人技术中的应用奠定了基础。

令内格尔震惊的是，人们可以问的一些最简单的问题却没有答案。

纳格尔的朋友、同事和多年的合作者海因里希·耶格尔说:“希德工作的影响远远超出了任何一个特定的现象或任何一个特定的科学子领域，因为他发现的基本原理是如此广泛适用。”

内格尔的合作者和前同事苏珊·科珀史密斯教授说:“希德具有惊人的创造力和深刻的见解，但他的思路如此清晰，以至于事情看起来很简单——直到后来，你(当然是指我)才意识到他在多大程度上改变了你的世界观。”

烧杯里的美

内格尔的方法以另一个特点而闻名:欣赏世界之美。

他的办公室里摆满了实验拍摄的照片，通常是黑白的，展示了水滴落下时的完美曲线，或者水和油互相滑过的狡猾线条。 其中有几件是Smart艺术博物馆的永久藏品。

他说:“这些现象本身就有一种美学性质，我认为它与物理学是密不可分的。”

西德尼·内格尔《选择性退出》

图片由西德尼·内格尔/斯玛特艺术博物馆提供

分享物理学的美丽和奥秘一直是内格尔的兴趣所在; 他、耶格和其他人与芝加哥科学与工业博物馆合作，创建了一个名为“科学风暴”的永久展览，其中包括一个展示沙堡背后物理的活动。 他还是该校一年一度的外联活动“物理学大爆炸!”，他和积格引爆气球，用气体把瓶子扔到房间的另一边，用垃圾桶吹出烟圈。

同事文森佐·维泰利教授说:“我发现希德的实验最鼓舞人心的地方是，它们有一种概念性和诗意的吸引力，超越了他研究的具体现象。”

但这是一段旅程; 内格尔说，作为一名年轻的物理学家，尤其是对非正统的研究领域感兴趣的物理学家，他曾与冒名顶替综合症作斗争。 “我还留着它。”他说。 “但我已经不在乎了。 现在我觉得，如果我可以问一个问题，我就不必为我在问这个问题而辩护。 ”

纳格尔是芝加哥大学第二位获得该奖项的人; 2018年，他已故的长期同事尤金·帕克因对空间物理学的开创性贡献而获得表彰。

APS当选总统Robert Rosner和首席执行官Jonathan Bagger将于2023年1月26日在华盛顿特区举行的协会年度领导会议上正式颁发奖章。

注：本文由院校官方新闻直译，仅供参考，不代表指南者留学态度观点。