發現自然之美：諾貝爾物理獎1967

1967年的諾貝爾物理獎頒給出生於德國的美國物理學家漢斯·阿爾布雷希特·貝特（Hans Albrecht Bethe，1906年7月2日－2005年3月6日）他得獎是因為「他對核反應理論的貢獻，特別是關於恆星中能源的產生的研究發現」，其實這只是貝特眾多重大貢獻中最著名的一項。貝特不僅是讓量子力學的威力貫穿到各個不同領域的推手，也是引導人類進入核子時代的的關鍵人物之一。他漫長的一生反映出二十世紀物理發展的軌跡。

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貝特於1906出生於亞爾薩斯的首府史特拉斯堡，當時還是德國領土。他的父親是當地大學的生理學講師，外祖父是史特拉斯堡大學的教授。雖然貝特的父親是新教徒，由於貝特的母親是猶太人，依照猶太社團的習俗，他也被算是猶太人，貝特十二歲時父親成為基爾大學的教授，他跟著搬到基爾。三年後他父親成為法蘭克福大學生理學研究所所長，他也搬到法蘭克福。1924年貝特進入法蘭克福大學，原本打算攻讀化學，但他不擅實驗，所以他改念物理，並轉到慕尼黑大學，成為索末非的學生。他在慕尼黑很快就熟悉了剛開始發展的量子力學，畢業後他先是在法蘭克福，接著到斯圖加特繼續專研量子力學。他在那裡發展了量子力學的散射理論。


1929年他被索末非推薦拿到洛克非勒獎學金，他先去劍橋卡文迪西實驗室研究雲霧室。接著他到羅馬追隨費米。在那裡他寫出著名的Bethe ansatz，它是一維量子系統的嚴格解。回到德國以後在索末非那裡當講師。1932年成為杜賓根大學的年輕教授。但是1933年德國通過排猶法案，讓他失去教職。在索末非的幫助下在英國曼徹斯特大學待了一年，認識同病相憐，也來自德國的Rudolf Peierls，因而開始接觸當時方興未艾的原子核物理。在布里斯托又待了一年後，於1935年渡海到美國康乃爾大學任教，他在康乃爾待了整整七十年。在他去世時，他是康乃爾大學的約翰·溫德爾·安德森物理學名譽教授。

貝特於1938年偶然地參加了在喬治華盛頓大學的會議上，得知恆星內部的能量如何產生是當時天文學的一大課題。伽莫夫與德國科學家魏茲扎克(Carl Friedrich von Weizsäcker)在1937年曾提出太陽內部能量應該來自於質子與質子碰撞形成氘與正子，反微中子的核反應，但是這無法解釋恆星內部出現其他元素。貝特與 Charles Critchfield 合作，提出了完整的 質子-質子 (能量)鏈。

接著貝特發現，對比太陽還重的恆星，碳氮氧循環（CNO circle）扮演更要緊的角色。他還研究了相關核反應的散射截面。

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質子-質子鏈和碳氮氧循環正是貝特三十多年後得到諾貝爾獎肯定的重大成就。

貝特於1941年歸化成為美國公民。美國參戰後，貝特先是與愛德華·泰勒一起合作研究飛彈產生的震波，接著他加入MIT的輻射實驗室參加雷達的研究。1942年七月，他被歐本海默延攬。成為曼哈頓計畫的核心成員，他後來成為拉斯阿莫斯實驗室理論部門的負責人。他的工作包括算出鈾 -235產生連鎖反應所需的臨質量。他還與年輕的理查 費恩曼一起算出原子彈的爆炸當量。他還負責鈽彈採用的內爆 （implosion）設計方案。貝特、費米、歐本海默以及維格納算是曼哈頓計畫的核心成員。

二戰結束以後，貝特回到物理研究的最前線。1947年 他參加了探討量子電動力學中發散問題的庇護所島會議（Shelter Island Conference)。這場會議中 蘭姆（Willis Lamb）和他的研究生 Robert Retherford 展示了氫原子光譜中的兩個能階2s_1/2與 2p_1/2 之間微小的能量差異，依照狄拉克方程式，這兩個能階的能量應該是一樣的。這個現象後來稱為蘭姆位移。歐本海默與魏斯考夫認為這個效應是電磁場的量子漲落所造成的。但是戰前的量子電動力學算出來的量子漲落是發散的，所以如何能用發散的量來解釋這個現象? 會議中荷蘭物理學家克拉默斯（Hans Kramers）認為這些發散的量可以透過重新定義物理參數而得到控制，他稱這個程序為「再重整化」。但是會場上沒有人知道怎麼具體去用這個再重整化的概念得到具體計算蘭姆位移。

貝特在會議結束後，在回程的火車上思考這個問題，他理解到不同能階的量子漲落雖然是發散的量，但是兩個發散的量相減有可能是有限的結果。他進一步了解到這個效應本質上是非相對性的，只要迴圈動量取一個合適的上限，很快就可以給出蘭姆位移的一個粗略的估計。他在火車上用紙筆計算，得到的值是1040MHZ，與實驗值1052 MHZ非常相近。回到康乃爾後，他將這結果寫成三頁的論文，登在八月份的物理評論上，造成廣大的迴響，也啟發了後續量子電動力學的發展。貝特對量子電動力學的發展功不可沒。

貝特在戰後的主要研究興趣是原子核物理與天體物理。貝特與Keith Brueckner 利用微擾理論研究核物質問題，與 Baird Brandow 和 Albert Petschek 合作，提出了一個近似值，將散射方程轉換為一個容易求解的微分方程。這將他引向 Bethe-Faddeev 方程，那是將蘇聯科學家 Ludvig Faddeev 處理三體散射方法加以推廣。 然後，他使用這些技巧拿來研究密度與原子核相似的中子星。

貝特在九十年代後期繼續研究超新星、中子星、黑洞和其他理論天體物理學問題。 為此，他與紐約大學石溪分校的布朗（Gerald E. Brown）合作。 1978 年，布朗提議他們在超新星上進行合作。 當時相關物理已經相當得到相當的理解，但實際計算仍然是一個挑戰。 貝特利用數十年核物理學研究磨練出來的技術，以及一些涉及核爆炸的計算經驗，解決了恆星引力坍縮所涉及的問題，以及各種因素影響超新星爆炸的方式。 再一次，他能夠將問題簡化為一組微分方程來加以求解。

85 歲時，貝特寫了一篇關於太陽中微子問題的重要文章，在這篇文章中，他協助建立了 Stanislav Mikheyev、Alexei Smirnov 和 Lincoln Wolfenstein 提出的電子微中子到渺子微中子的轉換機制(MSW 效應)，用來解釋理論與實驗之間令人懊惱的差異。 貝特認為，要理解太陽微中子問題，需要超越標準模型的物理學，因為它假定微中子沒有質量，因此不能相互變換。 而 MSW 效應需要這種情況發生。 貝特希望安大略省薩德伯里微中子天文台 (SNO) 在他 90 歲生日前找到確鑿的證據。

1996 年，索恩（Kip Thorne）就 LIGO 詢問貝特和布朗，LIGO 是激光干涉引力波天文台，旨在探測來自合併中子星和黑洞的引力波。 90 歲的貝特很快就熱衷了起來，很快就開始計算。 成果就是 1998 年的一篇關於“合併的緊緻對象雙星的演變”（Evolution of Binary Compact Objects Which Merge）的論文，布朗認為這是兩人共同創作的最佳論文

貝特於2005 年 3 月 6 日在紐約伊薩卡的家中過世，享壽九十八。