據中國激光雜志社網，于2025年10月27日報道，2024年諾貝爾物理學獎授予了約翰·霍普菲爾德（John J. Hopfield）與杰弗里·辛頓（Geoffrey E. Hinton）。霍普菲爾德以其在神經網絡和生物物理領域的開創性工作聞名于世，尤其是他提出的“霍普菲爾德網絡模型”，為人工智能和計算神經科學奠定了基礎。在他的諾獎演講中（后發表于《現代物理評論》），霍普菲爾德并未過多強調技術細節，而是娓娓道來課題的發展歷程和部分關鍵抉擇等經歷。
1958年，霍普菲爾德加入貝爾實驗室僅有6人的理論物理組。入職首日，他花了半天時間在行政手續上，領好辦公用品后，他坐在辦公室里削了數支鉛筆，問自己：“現在我該做什么呢？”
“每天該做什么？是每位科學家和學者都面臨的棘手難題。”
他在演講中這樣評價：如今，大多數人的工作方式不過是把昨日的思緒、測量數據或情節發展稍作延伸。但霍普菲爾德認為，“選擇問題恰恰是決定科學成就的核心要素”——而這個關鍵的能力，卻很少有人傳授。
一 童年：用手思考的拆解少年
霍普菲爾德成長于一個物理學家家庭，父母都是物理學家。但對他來說，物理學的定義并不取決于其研究對象，而是一種看世界的方式。他回憶道：“我從小就喜歡拆東西，看它們是怎么工作的——修自行車，在廚房里探索化學、制作可飛行的模型飛機，擺弄電池，學會用雙手思考并操控真實物體。每理解一件事——比如為什么自行車剎車在使用時會變熱，我都會把這種理解融入到一個更龐大、更復雜系統的整體認識之中。”這些童年經歷塑造了他終身的科學態度：只要付出努力、發揮巧思并擁有充足資源，我們周圍的世界便能以可預測且合理量化的方式解釋。
在專業選擇上，霍普菲爾德全然不顧成為物理學家可能帶來的經濟前景。再加之他的高中化學老師堪稱卓越，不過物理老師卻連力學和電學的基礎知識都未能掌握。因此，在填寫大學專業意向申請表時，他寫下了"物理或化學"。
二 命運的轉折：一句話和一份清單
進入斯沃斯莫爾學院后，威廉·埃爾莫爾教授被指定為霍普菲爾德的導師。在商討未來規劃時，埃爾莫爾教授審閱了他的高中成績和填報的意向專業，隨即提筆將“物理或化學”中的“或化學”三字劃去，并說道：“我認為我們不需要考慮化學。”霍普菲爾德的求學之路便由此展開。他后來感慨道："埃爾莫爾的這一隨意決定，與我今日的成就有著千絲萬縷的聯系。"
在選擇研究生院時，霍普菲爾德著眼于未來可能專攻的領域。他的成長經歷使他對日常世界的物理及其技術產生了濃厚的興趣。他選擇進入康奈爾大學攻讀研究生，因為1954年該校物理系正致力于開拓固體物理學這一新興領域。在康奈爾大學的第二年，霍普菲爾德主動找到了理論物理學家阿爾伯特·奧弗豪澤，請求他協助確定研究課題并指導學位論文。霍普菲爾德回憶到：“通過課程學習，我迅速掌握了理論物理的工具，但完全不知道如何找到合適的研究課題。”
幸運的是，奧弗豪澤手中有一份有趣的謎題清單，清單上是固體物理中理論分析與實驗結果相悖的數個問題。霍普菲爾德選擇了一個關于晶體中激子輻射壽命的問題。在討論問題時，奧弗豪澤作為傾聽者和批評家給予了他巨大支持，但尋找研究方向與解決理論技術難題完全由霍普菲爾德自己負責。在他看來，奧弗豪澤給予他的最寶貴禮物，就是讓他擁有一個有趣的問題，并全權負責研究和推進。為了回報這份師恩，霍普菲爾德也始終致力于以同樣的方式培養新一代獨立研究的學生。
三 跨界合作：從固體物理到生物學
博士畢業后，他加入貝爾實驗室的理論組。負責人康耶斯·赫林看到他難以確定下一個研究問題，建議他“與實驗學家交流，自己去發現有趣的謎題”。這一建議引導他與化學家大衛·托馬斯展開了長期合作，共同探索化合物半導體領域，他們共同榮獲了1969年美國物理學會的巴克利固體物理獎。
至1968年，霍普菲爾德感覺在那些能發揮自己獨特才能的凝聚態物理學領域，已無合適問題可解。他期望借助古根海姆獎金去劍橋大學卡文迪什實驗室訪問半年，來發現有意思的新道路，但卻收獲甚少。從劍橋大學訪問歸來后，他在貝爾實驗室偶遇了正在用高分辨率核磁共振研究血紅蛋白的化學家羅伯特·舒爾曼。他發現，固體物理中的許多精妙實驗技術竟都適用于研究血紅蛋白——這為他從凝聚態物理轉向生物物理提供了一個簡單的入口。他回想起雙料諾貝爾獎得主萊納斯·鮑林選擇問題的準則：“我會自問：我正在考慮的問題是否是我可能做出貢獻的領域。”霍普菲爾德決心效仿這一準則。他開始關注蛋白質合成中出乎意料的低錯誤率，并思考其物理學背景能否帶來獨特見解。于是在1974年提出了“動力學校正”機制，并設計了驗證該理論的關鍵實驗。
1976年，他在哈佛醫學院報告這一理論后，第一個收到了來自羅伯特·湯普森的提問：“你想聽聽這類實驗的結果嗎？”隨后便描述了他尚未發表的、完全支持霍普菲爾德理論的測量數據。霍普菲爾德后來稱，這是他科學生涯中“最巨大、也最令人愉悅的驚喜之一”。這篇論文的意外成功，并非因他對生物學的深厚積累，而在于論文提出了一個全新的生物學問題
機遇眷顧了未作準備卻充滿求知欲的頭腦。
四 霍普菲爾德網絡：當物理學家走進神經科學
1977年冬天，霍普菲爾德在哥本哈根玻爾研究所負責組織“物理學家現代生物學”的系列研討會。他回顧了尼爾斯·玻爾于1932年在《光與生命》演講中提出的深刻問題：生命本身的深層解釋，與理解量子力學時遇到的哲學上的模糊性，是否本質上相互交織？然而四十多年過去，霍普菲爾德所邀請的生物學專家們更傾向于闡述已知的內容，而非探討未解之謎，他們并未表現出對物理學介入的期待。
這番經歷讓霍普菲爾德陷入思考。回到普林斯頓后，他決心尋找一個“大問題”。該問題的解決和理解將顯著超越一般的學科邊界，并重構該問題起源的那些領域。此時，他接到了來自MIT神經科學研究計劃（NRP）負責人弗朗西斯·施密特的邀約電話。盡管對神經科學幾乎一無所知，霍普菲爾德仍欣然赴約。這次會面成為他科學生涯的關鍵轉折。NRP會議上，各路專家從不同角度探討“大腦如何產生心智”這一深刻命題令他深受吸引。他意識到，盡管這些科學家熱情高漲、才華橫溢，但他們缺乏統一的數學語言來整合各自的研究。霍普菲爾德決定加入NRP，開始系統學習神經科學，并致力于提煉出一個能夠整合各類細節的“物理學視角”。
他逐步形成一項關鍵洞察：大腦與機器都通過遵循不斷演化的狀態軌跡來進行“計算”。兩者都在一個狀態空間中追隨一條動力學軌跡，從初始狀態流向某個穩定的終點。他進一步將問題聚焦于“聯想記憶”，并指出其本質在于雙向關聯——見其人而憶其名，聞其名而想其容。這種關聯性可通過構建相互連接的遞歸網絡來實現，而其背后的數學竟與固體磁性中描述自旋系統的模型高度相似。基于這一洞見，1982年，他在PNAS上發表開創性論文《Neural networks and physical systems with emergent collective computational abilities》，正式提出“霍普菲爾德網絡”模型。作為美國科學院院士，他雖可以在不經評審的情況下在PNAS發表論文，但文章的長度僅限五頁且需面向物理學家、計算機科學家和神經生物學家三類讀者，霍普菲爾德不得不以海明威式的風格寫作，故意留下“未言明之處”，吸引更多人加入這一領域。此后幾十年，霍普菲爾德的理論不斷被擴展和應用，并啟發了今天深度學習中的循環神經網絡和生成模型。
五 物理學是一種視角
霍普菲爾德總結道："我在科學領域的成就，依賴于專家們的實驗和理論研究。我對那些愿意與跨領域人士交流、樂于將物理學引入新領域的專家懷有崇高敬意。"
"最好的物理，是一種理解人類與宇宙全貌的視角。"
