物理天才馬約拉納消失之謎！

知識 11-24

作者：戴一

來源：十五言

轉自：中科院物理所

There are several categories ofscientists in the world; those of second or third rank do their best but neverget very far. Then there is the first rank, those who make importantdiscoveries, fundamental to scientific progress. But then there are the geniuses,like Galilei and Newton. Majorana was one of these.—?(Enrico Fermi aboutMajorana, Rome 1938)

科學家分好幾種，二流或三流的科學家盡他們最大努力仍行而不遠，一流科學家則做出推動科學進步的重要發現，他們都是天才，比如伽利略和牛頓，當然還有馬約拉納。——費米

物理天才馬約拉納消失之謎！

1938年3月26日，周六。那不勒斯大學（University of Naples Federico II）物理學院院長安東尼奧·卡瑞利（Antonio Carrelli ）卻絲毫沒有休息日的閑適，上午十一點他就收到一封署名馬約拉納（Majorana）的電報：「別緊張，信隨後就到」。他對此困惑不已，他應該緊張什麼呢？卡瑞利當然知道是誰給他發的電報，這一切還要從馬約拉納說起。

一、馬約拉納其人

物理天才馬約拉納消失之謎！

圖1：義大利的天才——馬約拉納

馬約拉納全名埃托雷·馬約拉納（Ettore Majorana），1906年8月出生於義大利西西里島的卡塔利亞，在他出生的前一年愛因斯坦（Albert Einstein）一口氣發表了五篇驚世駭俗的論文，不僅奠定了狹義相對論的基礎，還提出了光量子的概念，革命性地延拓了普朗克的理論為量子力學開創了新的局面。和泡利（Wolfgang E.Pauli）、海森堡（Werner Karl Heisenberg）、費米（Enrico Fermi）、狄拉克（Paul Adrien Maurice Dirac）等人一樣，他們這一代人都趕上了一個物理學蓬勃發展的時代，同時也是一個世界格局風雲突變的時代。

馬約拉納的父親雖然是個商人，但是他有一個奇怪的物理學家叔叔季里諾·馬約拉納（Quirino Majorana），季里諾最傑出的事迹在於他認為愛因斯坦的相對論就是胡說八道，一直致力於證偽相對論，但他的實驗總是證明愛因斯坦是對的。這似乎是一種典型西西里人的風格，從來不在乎整個世界的看法，看起來很荒謬實際上也與物理學家的品質相近，如同費曼（Richard Phillips Feynman）的自傳《你幹嗎在乎別人怎麼想》描述的那樣。只不過季里諾的運氣不太好而已，繆斯之神沒有站在他這一邊，正如晚年的愛因斯坦一般，而這種命運的神奇最終降臨在了馬約拉納自己身上。

1923年馬約拉納進入羅馬大學攻讀工程學，這時候義大利物理學環境發生了一些變化。1926年羅馬大學物理研究所負責人馬里奧·科里賓（Orso Mario Corbino）意識到了費米的天賦，將他招入麾下，併網羅了一大幫年輕人一同進行物理研究，主攻方向為原子核物理。當時的物理研究所位於羅馬的Via Panisperna街道上，這個街道得名於附近著名的聖洛倫佐修道院，每天那些年輕人走過修道院到達物理研究所研究宇宙真理，竟與當時物理學的神秘主義思潮莫名的切合起來。這群年輕人也就被稱為「Via Panisperna boys」。主要成員除了科里賓和費米，還有愛德阿多?阿瑪爾迪（Edoardo Amaldi，義大利航空先驅）、埃米利奧·塞格雷（Emilio Gino Segrè）、布魯諾·蓬泰科爾沃（Bruno Pontecorvo）、奧斯卡·達戈斯蒂諾（Oscar D Agostino）、弗朗哥·拉賽蒂（Franco Rasetti）等人。1928年馬約拉納因為各種原因在工程學院待不下去了，塞格雷就把他引薦給了費米，「你和那些天才一起肯定會很開心的」。1929年費米決定把研究機構改為近代物理研究方向，主攻當前流行的各種理論。時人評價認為這是繼伽利略之後義大利最偉大的一群物理學家。

馬約拉納第一篇論文是費米所提出原子結構統計模型的早期應用，與同事一同進行原子光譜的研究。1932年再接再厲的馬約拉納發表了一篇研究在隨時間變化的磁場下原子光譜的論文，伊西多·拉比（I.I. Rabi）以及其他人同時也在研究這個問題，由此開啟了原子物理重要的新分支——無線電磁波頻譜。同年小居里夫婦——居里夫人的女兒伊雷娜·約里奧-居里（Irène Joliot-Curie）和女婿約弗雷德里克·約里奧-居里（Frédéric Joliot-Curie）發現了一種疑似伽馬射線的新粒子，馬約拉納對此進行了研究，並認為這種新粒子應該保持電中性、質量和質子類似，即中子；費米建議他寫文章發表，但馬約拉納拒絕了。後來詹姆斯·查德威克（James Chadwick）通過實驗證實的確如此並因此獲得1935年諾貝爾物理學獎。但這件事並沒有改變馬約拉納的作風，甚至他更加變本加厲地只研究不發表起來。

1933年在費米要求下馬約拉納離開義大利來到德國，在萊比錫（Leipzig）馬約拉納遇見了海森堡，他特別喜歡這個同齡人，認為海森堡不僅是個聰明的科學家，也會是他一生的摯友。他還去了哥本哈根（Copenhagen）與物理學大師也是海森堡的導師——玻爾（Niels Henrik David Bohr）一起工作。當時納粹剛剛在德國得勢，馬約拉納學習了海森堡的理論和玻爾的原子模型。

當年夏天馬約拉納帶著病痛回到羅馬，接下來的四年他閉門修養，安心研究依舊從不發表，但今天我們知道他的研究方向包括：地球物理、電工學、數學分析和相對論。今天我們能知道他，全是因為馬約拉納費米子，這是1937年馬約拉納突然公開發表的一篇論文——他對狄拉克方程式改寫得到了馬約拉納方程式，可以描述中性自旋1/2粒子，因而滿足這一方程的粒子為自身的反粒子，即馬約拉納費米子的反粒子是其自身，狄拉克費米子的反粒子則不是其自身。據說，這只是他眾多論文中隨便挑選的一篇，因為他突然想找個工作了。

物理天才馬約拉納消失之謎！

圖2：1934年「Via Panispernaboys」，從左到右依次為：達戈斯蒂諾、塞格雷、阿瑪爾迪、拉賽蒂和費米

二、神秘的失蹤

也就是因為這篇論文和他以往的聲望，馬約拉納被免試應聘為那不勒斯大學全職教授。在卡瑞利看來，馬約拉納應該在來的路上才對。26日下午兩點，卡瑞利果然收到了馬約拉納的來信：「我已經下定決心，這絕不是出於私心，雖然我知道我的突然消失會給您和您的學生帶來不便。因此我請求您的原諒，原諒我辜負了您的信任，特別是過去幾個月來您的關心。也請您給將此意轉達給院里那些我認識和欽佩的人，特別是Sciuti：在今夜11點前我都會保存他們最美好的記憶，也許會更久。」信的日期是25號，卡瑞利沒法不緊張了。

調查發現25日馬約拉納在那不勒斯的艾爾伯格博洛尼亞酒店（Albergo Bologna）寫下了兩封簡訊，一封是前述卡瑞利收到的公事信函，另一封是寫給家人的私人信件，但沒有寄出而是留在了賓館的房間里。這封信中寫道：「我不希望你們為我穿黑（wear black），如果你們一定要向賓客鞠躬，也希望你們承受悲痛不超過三日。之後，如果你們願意請在心裡記住我，並寬恕我。」寫完信的當天他坐上了開往西西里首府巴勒莫（Palermo）的信船，按照行程船將於次日破曉到達。

這兩封信至少從字面上看都預示著一個不好的結局，馬約拉納的同事塞格雷、阿瑪爾迪就堅信馬約拉納是打算自殺的。塞格雷認為，馬約拉納打算去巴勒莫就是為了與在那裡任教的自己會面，然而很不幸當時的自己人在加州（California）。

事實上，馬約拉納原文是scomparire，義大利語里同時具有「消失」和「死亡」的含義，而wear black本就有多重含義，三日之類的也可能僅僅是符合馬約拉納家鄉西西里島的傳統而已。總之，語義上的含糊與書寫上的自信、堅定截然相反。作家列昂納多·夏夏（Leonardo Sciascia）對此評論道：「我看到許多自殺遺言，哪怕在書寫方面都或多或少與平常不同，當然通常會更不規則更潦草。馬約拉納的卻不是這樣……」他在《馬約拉納之謎》（The Mystery of Majorana）中考察了各種情況，並著重批判了自殺的說法。當然夏夏本人的主張也沒有得到更多的響應，他匪夷所思地認為馬約拉納是為了逃離修道院，那個不知道指代著形而上學的神秘領域還是代指他們那群年輕物理學家工作的地方。

自殺說法的困境在於無法解釋第三封信，實際上26日晚些時候，卡瑞利又收到了一封馬約拉納的來信，信是寫在艾爾伯格蘇樂酒店（Albergo Sole）的信紙上的，可以證明26號早晨馬約拉納的確在巴勒莫上岸了。卡瑞利推測，其實電報是寫於這封信之前，讓自己別擔心，但不知道為什麼反而比第一封信到的更早。這封信中寫道：「我希望信和電報都到您那了。大海拒絕了我，明天我將返回艾爾伯格博洛尼亞酒店，也許這信還和我一道同行呢。然而無論如何，我都決定不再教書了。別把我看做易卜生筆下的女主角，我的情況截然不同。我將對您知不無言。」這封信似乎說明馬約拉納的確打算投海自盡，但又放棄了。

回那不勒斯的船在26號晚上起航，根據船舶公司的記錄，馬約拉納的確購買了一張船票。如果他上船了的話，他將在周日（27日）早晨抵達。和馬約拉納同一個船艙的有兩個人，其中一個信誓旦旦地表示自己下船的時候，馬約拉納還在床上睡覺。如果證詞可靠，這並不是一個很好的信號，畢竟他似乎剛從低潮中走出來，然而此時他就像一個需要呵護的嬰孩蜷縮在小小的船艙中。不管他遇到了什麼，他似乎已經打算放棄了。

詭異的事實是，從此之後，他就像人間蒸發一般消失了。各種文學、戲劇、動漫也對此提出自己的看法，有人認為他變成了一個乞丐流落街頭，有人認為他只是對阿根廷的個人生活不滿，甚至還有人說他被外星人劫持了，最新一部科幻小說中則頒給了他一個諾貝爾物理學獎。

雖然物理學家認為他的貢獻值得獲一個諾貝爾獎，他們還開玩笑地稱他的失蹤如同「薛定諤的貓」一般，但不少物理學家認為，馬約拉納很可能是因為不願意參與核武器的研發而被綁架乃至被殺，這個解釋目前看起來頗有道理，但如果不對當時物理學特別是粒子物理和核物理的發展做一番梳理，就難以復原整個歷史場景。

三、最可能的解釋

宇宙物理學家、科普作家喬奧?馬古悠（Joao Magueijo）在《絢麗的黑暗》（A Brilliant Darkness：The Extraordinary Life and Mysterious Disappearanceof Ettore Majorana, the Troubled Genius of the Nuclear Age）中復原了當時整個物理學的發展脈絡，我們能明晰地感受到物理學的脈動與整個時代的脈搏。

當時德國毫無疑問是物理學中心，馬約拉納同時代的人中，泡利提出了泡利矩陣、泡利不相容原理，狄拉克提出了狄拉克方程，海森堡提出了矩陣力學，他們都在德國學習過，馬約拉納也是在費米的推薦下前往德國學習。

馬約拉納在德國感受到了怎樣的氛圍我們不得而知，只是1935年泡利已經敏銳地察覺到政治風向的轉移而離開了德國，狄拉克早早回了英國，連臨近德國的玻爾在二戰之後也加入美國國籍。只有海森堡堅持留在德國，並在1938年開始研究核物理。

義大利作為後來德國的盟國，「Via Panisperna boys」的處境也極為類似。正如前面說的賽格雷1938年正在加州大學訪問，等到回國時發現墨索里尼已經頒布了排猶法案，因此他就留在了美國，後來與張柏倫（Owen Chamberlain）發現反質子獲得1959年諾貝爾物理學獎。

這些人某種程度上構成了當時的一個物理學網路，比如以中微子的發現為例，1930年泡利提出假說用以解釋β衰變中的能量缺失問題，1934年費米首次提出「中微子」（neutrino，義大利語中「微小的電中性粒子」之意）的概念，1937年馬約拉納費米子剛提出時人們普遍認為中微子應該就是這種反粒子是其自身的粒子（目前還有爭議，但傾向於中微子不是馬約拉納費米子），1957年蓬泰科爾沃提出中微子振蕩假說，認為中微子可以從一種類型轉變為另一種類型，後來進一步發現中微子有不同的味（flavor）。又比如核物理領域，眾所周知自1896年發現放射性之後，人們陸續發現了多種天然放射性元素。1919年通過α粒子轟擊氦實現首次人工核反應，30年代加速器的出現進一步加快了相關研究，其中兩個最重要的發現就是前述中子的發現和1934年小居里夫婦對人工放射性核素的發現。中子的發現不僅為核結構的研究提供必要的前提，還因為它不帶電荷，不受核電荷的排斥，容易進入原子核而引起中子核反應，成為研究原子核的重要手段，是了解核裂變與核聚變的基礎。費米因為中子轟擊的相關研究獲得1938年諾貝爾物理學獎，1942年在他領導下建立了世界上第一個裂變反應堆。

馬古悠在書中回憶了一段馬約拉納與費米的對話，馬約拉納說：「我喜歡伽利略，因為他知道什麼是害怕....人們只會看見他們想看見的東西。」馬約拉納另一句名言是：「物理學已經誤入歧途，我們都已經誤入歧途。」馬古悠等人都認為這是馬約拉納內心對核物理與核武器的恐懼，這個預見了中子卻不願發表的天才一直對自己的發現感到不安。然而馬約拉納的失蹤並沒有給費米什麼啟示，1938年出國領完諾貝爾獎之後他並沒有返回義大利，而是去了美國，並在一年之後與美國海軍接觸，希望美國研發原子能武器。馬古悠不無遺憾地引用馬約拉納的同鄉路伊吉·皮蘭德婁（Luigi Pirandello，義大利著名戲劇家小說家，獲1934年諾貝爾文學獎）的話評價到：「The dead are the pensioners of remembrance.」

或許蓬泰科爾沃的事迹可以作為馬約拉納的另一個註腳，他在1950年從英國「叛逃」到蘇聯，正如馬古悠副標題寫的那樣不過是另一個在核年代思緒不明的天才而已。馬古悠也因此給予了馬約拉納極高的評價，認為他是一個極具人文主義底色的科學家，這種悲憫或許能給冰冷的科學帶來一絲溫暖。

義大利最近的媒體曾報道說有人在50年代目睹了馬約拉納，並通過一些形貌特徵的對比確認了這一消息，但就和之前無數次觀察案件一樣受到不少質疑。馬約拉納一生從未交往過女朋友，當時被身邊的人稱為謎一樣的人物，他的失蹤真相正如其人一般詭異，到底如何也許我們永遠無法得知；他到底是被人綁架甚至暗殺還是因為個人道德或恐懼而歸隱，依舊掩蓋在歷史迷霧之中。對於物理學家而言，對馬約拉納費米子的探求就是對他最好的緬懷；對於大眾而言，各種文化中的演繹也賦予了其某種意義上的永生。歷史某種程度上和物理一樣是對已發生事實的總結歸納，希望類似的悲劇永遠不會再發生。

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