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文化

“夸克之父”、诺贝尔物理学奖得主默里·盖尔曼去世

George Johnson2019-05-27 06:45:10

窥视粒子,看见宇宙

本文只能在《好奇心日报》发布,即使我们允许了也不许转载*

上周五(当地时间 5 月 24 日),默里·盖尔曼(Murray Gell-Mann)在位于圣菲(Santa Fe)的家中去世,享年 89 岁。这位诺贝尔物理学奖得主凭借超乎寻常的能力,发现了粒子隐藏的特性,从而开辟了物理学的新篇章。

他曾荣获圣菲研究所(Santa Fe Institute)杰出研究者称号。该研究所发言人珍娜·马歇尔(Jena Marshall)公布了他过世的消息。

就像元素周期表依照原子排序一样,盖尔曼在 1961 年发现了如何把比原子更小的粒子进行分类的方法——这些粒子包括质子、中子和介子等亚原子粒子,是在宇宙射线中和粒子加速器撞击实验中被发现的。根据这些粒子的性质,可分成 8 维表示和 10 维表示。

盖尔曼不相信神秘主义,但他参考佛教的八正道,把这一系统命名为“八重道”(Eightfold Way)。从那以后,每当人们误以为粒子物理学与东方哲学有关时,他都会表示不满。

盖尔曼在深入研究后发现,八重态可由更基础的三重态构成,于是决定把它们命名为夸克(quark)——它源于詹姆斯·乔伊斯(James Joyce)的小说《芬尼根的守灵夜》(Finnegans Wake)里的句子:“为马克检阅者王,三声夸克(Three quarks for Muster Mark)?!?br>

在盖尔曼的推动下,物理学开始有了新的发展。物理学界很快相继发现了上夸克和下夸克、奇夸克和粲夸克、顶夸克和底夸克,还发现它们之间被一种称为“胶子”的粒子“捆绑”在一起。这一套有趣的命名法既来自盖尔曼的灵感,也源自数学的启发。

“1950 和 1960 年代,默里·盖尔曼主导了理论粒子物理学的发展,这一时期出现了大量新的实验发现,”他的同事、诺贝尔物理学奖得主戴维·J·格罗斯(David J. Gross)在 2010 年为这篇讣告接受采访时说道?!捌窘璩驳闹本?,盖尔曼发现了许多新粒子之间的相互作用模式和对称性?!?br>

盖尔曼精通多种语言,还痴迷考古学、语言学、自然史和鸟类学。他对发掘和命名亚原子现象充满热情,就像发现了奇异的鸟类一样。

“我们的工作就是一场令人愉悦的游戏,”1969 年,他在获得诺贝尔物理学奖后的宴会中如此说道?!傲钗沂背8械骄鹊氖?,(我们的工作)通?;嵬撇獬稣返氖笛榻峁??!?br>

在把数学公式的简单结构比作十四行诗后,他用瑞典语结束了整场演讲,让主办方感到非常惊喜。(他后来责备自己读错了一个单词。)

由于盖尔曼的姓以连字符连接,他本人也见多识广,人们总是对他的出身背景感到好奇。据物理学家谢尔顿·格拉肖(Sheldon Glashow)回忆,盖尔曼的同事在某次聚会上曾编造过一个隐晦的故事,开玩笑地说盖尔河(River Gell)和曼河(River Mann)在苏格兰交汇。

盖尔曼在结识新朋友时,不仅总会主动告诉别人自己姓名的词源和正确发音,还会滔滔不绝地论述各种话题。有的人觉得他充满魅力,另一些人则感到烦扰,但没有人质疑过他的博学多识。

1929 年 9 月 15 日,盖尔曼在曼哈顿下城出生。他的父亲亚瑟·盖尔曼(Arthur Gell-Mann)和母亲波琳·萊西施坦因(Pauline Reichstein)都是东欧移民,父亲曾管理过一所语言学校。(他的父亲原名伊西多尔·盖尔曼[Isidore Gellmann],出生在靠近俄罗斯边境、属于旧时加利西亚地区[Galicia]的一个小镇,曾在维也纳学习过数学和哲学。1911 年,他来到早先移民纽约、当时生活困窘的父母身边,随后便把自己的名字改为了亚瑟,还在姓的中间加了连字符。)

在经济大萧条时期,盖尔曼父亲经营的语言学校破产,全家人(包括盖尔曼的哥哥本[Ben])搬到了布朗克斯区(Bronx)的廉价住宅区,住在布朗克斯动物园附近的 188 街,后来又搬到曼哈顿上西区。

直到很久以后,他们才迁入一个有名街区的公寓里。在一次口述历史采访中,盖尔曼回忆起那些生活拮据的日子。他说,虽然父亲有很强的求知欲,但必须挣扎着养家糊口。他先是在华尔街一家玩具进口商当行政人员,后来在一家银行找到了一份“工资很低”的工作。

“我们当时非常穷困潦倒,”盖尔曼说。

盖尔曼从小就天赋超群,不仅能处理复杂的数学运算,还会纠正大人的外语发音。在母亲的鼓励和当地社区一位钢琴老师的帮助下,他被位于西 93 街的哥伦比亚语法私立学校(Columbia Grammar)录取并获得奖学金,还在学校里赢得了“行走的百科全书”的称号。

14 岁时,他以荣誉致辞生的身份毕业,然后被耶鲁大学以奖学金录取。但他在回忆时透露,物理学并非他的第一志愿,他当时更倾向于考古学或与自然史相关的领域。父亲敦促盖尔曼要选择能找到高薪工作的工程学,但遭到了他的拒绝。盖尔曼说,尽管为了“取悦老人”,最后折中选择了物理学,他很快发现这个领域的魅力征服了自己。

“我父亲显然说对了,”他表示。

1951 年,盖尔曼在麻省理工学院获得博士学位后,曼哈顿计划(Manhattan Project)的领导者 J·罗伯特·奥本海默(J. Robert Oppenheimer)邀请他到新泽西州普林斯顿的高等研究院(Institute For Advanced Study)工作了一段时间。随后,他去了芝加哥大学,到恩里科·费米(Enrico Fermi)领导的研究所工作。

在第二次世界大战后,物理学经历了二十年的黄金时代,实验物理学家不断发现了很多有待理论物理学家解释的新现象。其中,轰击地球的宇宙射线里的一些粒子似乎就违背了已知的物理定律:它们没有像方程式预测的那样迅速分裂。盖尔曼发现,使用被他称为“奇异性”(strangeness)的一种新物理特性可以解释粒子的这种行为。就像能量一样,“奇异性”也遵循守恒定律。从此,物理学家便使用这一新定律来解释某些粒子十分缓慢的衰变过程。

1955 年,盖尔曼与回访普林斯顿时认识的考古学助理 J·玛格丽特·道(J. Margaret Dow)结为夫妻。他们接受加州理工学院发出的邀请,搬到了帕萨迪纳(Pasadena),并在那里生育了两个孩子——伊丽莎白(Elizabeth)和尼古拉斯(Nicholas)。著名物理学家理查德·费曼(Richard Feynman)当时也在加州理工学院工作,在一段时间的合作和“斗智”后,盖尔曼离开了那里。

和“奇异性”一样,八重道和夸克等重大理论突破虽然也曾由其他理论家独立提出过,但只有盖尔曼对几乎所有发现都有贡献,再加上他善于采用新颖的命名,因此人们可能对他的印象最为深刻。

不过,他的直觉也不总是正确的。起初,他认为夸克是一种抽象的数学现象,一种和物理世界没有实质联系的计算方式。他之所以产生这样的怀疑,也是有充分理由的:夸克的电荷值为分数,以电荷的三分之一计量,而人们以前从未意识到这一点。

当加州门洛帕克斯坦福直线加速器中心(Stanford Linear Accelerator Center)的一项实验间接证实了夸克的存在后,盖尔曼否认自己对此曾经怀有疑虑。后来,他继续钻研这些微小粒子,思考它们是如何永久“粘连”在一起以及是如何隐藏微小电荷的。盖尔曼把他的发现命名为量子色动力学理论,认为“绿”、“红”、“蓝”三种夸克(这些名字是他随意取的)混合在一起,会形成“无色”的质子。

而到了这个时期,他的态度也开始变得粗暴起来:他会用尖刻的言辞贬低同事,或者给别人取带有嘲讽意味的绰号。在他口中,物理学家亚伯拉罕·派斯(Abraham Pais)成了“邪恶的侏儒”,而著名实验物理学家利昂·莱德曼(Leon Lederman,去年 10 月去世)则是“水管工”。但是,那些能够忍受他尖酸刻薄的人们认为,就学术进行争论是令人兴奋的事。

2014 年,盖尔曼获得了有名的亥姆霍兹奖章(Helmholtz Medal)——该奖项在 1892 年成立,以往的获奖者包括开尔文勋爵(Lord Kelvin)和罗伯特·本森(Robert Bunsen)。他曾经的学生兼合作者詹姆斯·哈特尔(James Hartle)回忆说:“要想与他合作,首先,自我不能太脆弱。不过,尽管和盖尔曼的智力及洞察能力存在明显的差异,但不知怎地,他还是会让共事的人感觉自己是一个地位平等的合作伙伴?!?br>

盖尔曼早期是超弦理论的捍卫者,如果那种假想的粒子可被证实的话,将成为比夸克更基本的粒子。他在后来的职业生涯中开始思考其他研究方向,对简单的物理定律如何产生美丽而复杂的现实世界产生了兴趣,并于 1994 年出版了颇受欢迎的《夸克与美洲豹:简单性和复杂性的奇遇》(The Quark and the Jaguar: Adventures in the Simple and the Complex),探讨了这些想法。

在盖尔曼的妻子玛格丽特因癌症病逝十几年后,他于 1992 年迎娶了马西娅·索思威克(Marcia Southwick)——这是他在科罗拉多州阿斯彭(Aspen)认识的一位诗人,他在那里还有一栋避暑别墅。从加州理工学院退休、成为圣菲研究所的研究学者后,他们一起搬到了新墨西哥州。两人的关系以离婚收场。盖尔曼在世的亲人包括两个亲生的孩子,还有继子尼古拉斯·索思威克·莱维斯(Nicholas Southwick Levis)。

当盖尔曼得知柏林-勃兰登堡科学与人文学院(Berlin-Brandenburg Academy of Sciences and Humanities)将颁发亥姆霍兹奖章给自己时,他身体状况欠佳,需要坐在轮椅上,在他人的陪伴下出行。因此,该学院来到圣菲研究所举办了颁奖典礼。

在典礼中,盖尔曼被誉为“20 世纪下半叶最伟大的物理学家之一”,但在稍后的庆祝宴会上,他的朋友、小说家科马克·麦卡锡(Cormac McCarthy)表示不同意这个称号,他在发表祝酒词时说,盖尔曼“无疑是 20 世纪最伟大的科学家之一”。

在 2007 年的一场演讲中,盖尔曼将上个世纪的物理学比做如同剥洋葱皮一样,在每一层都发现了相同的数学机制——这也暗示,总有一天,会有一套通用的定律来解释客观的现实。

他说:“或许在遥远星系的某个行星上,在另一个银河系,存在至少和我们一样聪明的智慧生物。它们可能会拥有和我们不同的感觉器官——比如有 7 只触手,有 14 个可笑的小复眼和一个形似纽结状的大脑?!本」苋绱?,他仍然认为,我们应该坚信这些生物也会发现相同的基本定律。虽然有些人觉得并非如此,但他补充道:“我认为他们的想法纯属胡扯?!?br>


翻译:熊猫译社 Emily

题图来自 Wikimedia

? 2019 THE NEW YORK TIMES

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