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温伯格在物理学众多领域具有开创性贡献。他提出了弱相互作用和电磁相互作用的统一理论，成为粒子物理标准模型的创立者之一。

　　温伯格是美国国家科学院、伦敦皇家学会、英国皇家学会、美国艺术与科学学院和美国哲学学会的成员，该学会于2004 年授予他本杰明·富兰克林奖章。1979年获得诺贝尔物理学奖，1991年获得美国国家科学奖章，1999年获得刘易斯·托马斯奖，2020年获得基础物理学突破奖。

　　1967年，温伯格在《物理评论快报》发表了一篇只有三页纸的论文，阐述电磁力和弱核力如何作为统一的弱电力，预测了当时从未观察到的基本粒子（W、Z 和希格斯玻色子）的特性，并推测“弱中性流”决定了基本粒子如何粒子相互作用的理论。后来的实验包括 2012 年在瑞士大型强子对撞机 (LHC) 中发现的希格斯玻色子，都证实了他的预测。

　　温伯格也热衷于科普工作，他著有《解释世界》、《终极理论之梦》、《最初三分钟》和《仰望苍穹》等，这些作品在科学界和大众之间流行。例如，《最初三分钟》用简单但激动人心的语言描述了宇宙诞生的最初几分钟，并阐述了宇宙膨胀的原因。书中，他说：“宇宙越显得可以理解，就越显得没有意义。”后来，他补充道：“我并不是说科学告诉我们宇宙是没有意义的，而是说宇宙本身没有告诉我们任何意义。我们也有办法为自己的生活找一点意义，其中一个办法就是努力去认识宇宙。”

　　《仰望苍穹》收录了温伯格的捍卫科学、“反击”如宗教神创论者、宇宙智能设计论者、科学理论的社会建构论者、后现代主义者等“文化敌手”的文章。他在书中驳斥宗教神创论和宇宙设计论，表示“不管是否有宗教，好人都行善，坏人都做恶；可是若想使好人做恶，就要利用宗教。”

　　在《终极理论之梦》中，他表示“我们今天的理论只有有限的意义，是暂时的、不完备的。但是，我们总会隐约看到其背后终极理论的影子，那个理论将具有无限的意义，它的完备与和谐将完全令人满意。”他也对哲学和宗教进行了批判，诸如“哲学家的观点偶尔也帮助物理学家，不过一般是从反面来的——使他们能够拒绝其他哲学家的先入为主的偏见”。

　　他还表示，宗教有过重大的道德和艺术贡献，同时也造成历史上的宗教战争、异教徒讨伐、宗教裁判所和犹太人大屠杀。“宗教的功过不是这里可以评说的。不过，我还是想说明一点，把宗教迫害和圣战归结为宗教的扭曲，也无助于功过的评价。”

　　由于温伯格撰写的科普作品，他获得了“刘易斯·托马斯奖”（Lewis Thomas Prize），该奖项表彰“作为诗人的科学家”、“连接科学和人文世界的罕见之人，他的声音和视野能够告诉人们科学的美学和哲学维度”。

　　温伯格1933年出生于纽约，他是家族中第一个上大学的人。温伯格在诺贝尔奖官网所示的自传中写道，他早年对科学的兴趣得到了父亲的鼓励。十五六岁时，他的兴趣集中在理论物理学上。1954 年，他在康奈尔大学获得本科学位，之后在哥本哈根的理论物理研究所（现为尼尔斯·玻尔研究所）进行了一年的研究生学习，开始研究物理学。

　　此后，他回到普林斯顿大学，并于1957年获得博士学位。然后，在哥伦比亚大学、劳伦斯伯克利国家实验室先后完成博士后工作后。在此期间，他的研究范围涉及费曼图的高能极限的特点、第二类弱相互作用流、对称性破缺、散射理论、介子物理等。

　　1961年到1962年，他开始了对天体物理学产生积极兴趣，然后在1971年完成《引力论和宇宙论》（Gravitation and Cosmology）。1966 年到 1969 年，他在哈佛大学担任Loeb讲师，然后在麻省理工学院担任客座教授。 1969 年，担任麻省理工学院物理系的教授。1973 年，担任哈佛大学希金斯物理学教授，以及史密森天体物理天文台的高级科学家。1982 年起，他在得克萨斯大学奥斯汀分校任教，担任了数十年的物理学和天文学教授。

　　温伯格曾经给予即将步入研究领域的大学毕业生四条建议（在2003年发布于《nature》）：

　　第一，没人知道一切，你也不必知道（No one knows everything, and you don’t have to.）。温伯格介绍说，自己本科毕业后，对他而言物理学文献如同未经探索的广阔海洋。当时，他认为在开启自己的研究之前，必须了解所有部分。

　　“如果我不知道已经做过的一切，我怎么能做任何事呢？幸运的是，研究生院的第一年，我落入了资深物理学家的手中，他们不顾我焦急地反对，坚持我必须开始做研究、在前进的过程中掌握所需知道的内容。要么沉没，要么游泳。令我惊讶的是，我发现这是可行的。我很快就拿到了博士学位——不过当我拿到博士学位时，我对物理几乎一无所知。但我确实学到了一件大事：没有人知道一切，你也不必知道。”

　　第二，游泳时不想沉没，应该向汹涌之处去（While you are swimming and not sinking you should aim for rough water）。温伯格举例说，他在麻省理工学院教书时，一个学生表示希望研究广义相对论，而非他在研究的基本粒子物理学。因为前者的原理众所周知，而后者对这个学生而言似乎一团混乱。

　　他突然意识到，该学生所说的正是支持其研究粒子物理学的绝佳理由。粒子物理学是一个仍然可以进行创造性工作的领域。虽然在上世纪60年代确实为一团糟，但从那时起，许多理论和实验物理学家开始去解决这个问题，并把几乎一切放在“标准模型”理论中。“我的建议是前往‘混乱’之处，那里正是有所作为的地方。”

　　第三，原谅自己浪费时间（Forgive yourself for wasting time）。他表示，学生一般只被要求解决教授认为能解决的问题，这些问题在科学上是否重要并不重要，而只是为了通过课程。实际上，现实世界中，很难知道哪些问题重要以及在某个特定历史时刻能够解决。