「統治基本粒子領域20年的皇帝」去世

　　文章來源：賽先生

　　加州理工學院羅伯特·安德魯·密立根理論物理教授（榮譽退休）， 1969年諾貝爾物理學獎獲得者默里·蓋爾曼（Murray Gell-Mann），於2019年5月24日去世，享年89歲。

（圖源：wikipedia.org）

　　撰文 | 張建東 李唐 金庄維

　　蓋爾曼的主要貢獻在於為二十世紀五六十年代的粒子物理領域帶來了秩序。當時，「原子粉碎」實驗中發現了大量令人眼花繚亂的新粒子，他發明了一種新的方法將粒子按照電荷、自旋和其它性質分成八個一組。以色列科學家尤瓦勒·內埃曼（Yuval Ne『eman）也得到了類似的分類方法。

　　蓋爾曼借用佛教中表述八種覺悟方式的概念「八正道」，將他的分類方法命名為「八重道」（The Eightfold Way）。

　　由於這項研究成果及相關工作，蓋爾曼被授予諾貝爾物理學獎，獲獎原因是「他對基本粒子的分類和相互作用的研究所作出的貢獻」。

　　他的同事，諾獎得主大衛·格羅斯（David Gross）稱，蓋爾曼「在二十世紀五六十年代統治著理論粒子物理學領域」。另一位諾獎得主謝爾登·李·格拉肖也稱他為「統治基本粒子領域20年的皇帝」。

　　但鮮為人知的是，這位粒子物理領域的「皇帝」在高中時代並不喜歡物理。

　　從「博學家」到物理學家

　　蓋爾曼於1929年9月15日出生於紐約。他的父親阿瑟出生於奧地利，後來移民到曼哈頓找工作。他從事過很多工作，包括在孤兒院為孩子們提供諮詢、在華爾街工作、為一家玩具進口公司處理德國相關事宜、以及開辦了一所語言學校。阿瑟在1919年和蓋爾曼的母親波林結婚。

　　在加州理工檔案館的一份口述歷史（oral history）中，蓋爾曼提到，母親「總是夢想著我能做一些偉大的事情」，而她的夢想在他通過私立語法學習的全額獎學金時實現了。他跳了好幾級。

　　在這份口述歷史中，蓋爾曼還描述了自己的廣泛興趣。他說：「我的主要興趣都是涉及個性、多樣性和進化的主題。歷史、考古、語言學、各個物種——鳥類、蝴蝶、樹木、草本開花植物等等的自然歷史，這些是我喜歡的東西。此外還有數學和其它各種東西——例如藝術和音樂。」

　　蓋爾曼於1948年獲得耶魯大學物理學學士學位，並於1951年獲得麻省理工學院物理學博士學位。之所以選擇物理學作為專業，離不開他父親的勸說。

　　根據蓋爾曼的說法，物理是「我在高中時唯一學得很差的課程，而且我討厭它。」但他的父親告訴他，他會喜歡量子力學和相對論的。「所以我選擇了物理學，並且很快就喜歡上它了。我發現父親是對的，事實上——一反常態，他說得很對。量子力學和相對論非常了不起。」

　　在加州理工

　　蓋爾曼從1956年起成為加州理工學院的教授，此後38年，加州理工一直是他的「大本營」。正是在那裡，他完成了出色的研究工作。

　　從20世紀50年代到70年代，蓋爾曼在幫助建立基本物理標準模型的過程中發揮了領頭作用。

　　夸克的想法（喬治·茨威格也同時獨立提出了這一想法）就是蓋爾曼對基本粒子及其相互作用進行分類的工作的一部分。蓋爾曼用詹姆斯·喬伊斯的小說「芬尼根守靈夜」中的「向麥克老人三呼夸克」，為這種基本粒子取了名。

　　夸克是構成質子、中子和其它亞原子粒子的不可分割的物質。夸克從來沒有被獨立觀測到，而且也不能從所組成的更大的粒子中被分離出來。它們的電荷是-1/3和2/3，而這最初被認為在物理上是不可能的。後來的實驗證明了夸克的存在，這些物質現在也構成了我們對宇宙的物理理解的基礎。

　　蓋爾曼後來還與人合作，發展了關於夸克的量子場論，也就是量子色動力學（QCD）。這一理論解釋了核子及其強烈的相互作用。

　　除了廣為人知的夸克，蓋爾曼還在粒子物理領域引入了一些其它概念，比如控制著一些粒子如何衰變「奇異性」，以及與在原子核內將質子和中子結合在一起所產生的作用強核力有關「色荷」。

（portrayed by Toya Walker）

　　如此成就斐然，蓋爾曼自然容易吸引「對手」的注意。在加州理工，他遇到了與他「針鋒相對」的同事——理查德·費曼

　　蓋爾曼和費曼都是好勝心強的人，兩人經常為攀比「誰是加州理工學院最聰明的人」而爭執不休。

　　費曼知道博學的蓋爾曼喜歡侃侃而談，於是常常拿蓋爾曼說過的話開玩笑，故意激怒他，然後看他無語和抓狂的樣子，這讓蓋爾曼很惱火。

　　而蓋爾曼也直言不諱地指出：

　我對理查德的風格中廣為人知的另一面則不以為然。他將自己置身於層出不窮的神話之中，並且耗費了大量的時間和精力來打造關於自己的趣聞軼事。

　　兩人雖然同事多年，但除了與共同的學生喬治·茨威格（George Zweig）一起發表過一篇專業論文之外，費曼和蓋爾曼兩人多年來只合作發表過一篇學術論文。

　　但在喬治·茨威格的回憶中，這兩位教授更多時候表現出「英雄惜英雄」的一面。

　　茨威格曾經希望蓋爾曼成為他的論文導師，因為蓋爾曼如父親一般對他關愛有加。但是蓋爾曼拒絕了，因為他要去東海岸休假，並且建議茨威格「與迪克聊聊」。（註：迪克是費曼的別名）

　　當茨威格非常靦腆地問費曼是否願意成為自己的論文導師時，費曼回復道：蓋爾曼說你OK，那你就一定OK。

　　這種情況並非偶然。兩人一起聽報告時，費曼也非常看重蓋爾曼的態度。

　　在茨威格的回憶中，他倆經常坐在第一排中間，報告進行後不久，費曼就會問蓋爾曼：這傢伙聰明嗎？（Is this guy smart？）如果蓋爾曼上下點頭，費曼就會問問題；如果蓋爾曼來回擺頭，費曼也不會浪費時間提問。

　　此外，在1977年，費曼還提名蓋爾曼和茨威格作為諾貝爾物理學獎候選人。茨威格表示，據他所知，這是費曼所作的唯一一次諾獎提名。

蓋爾曼（左）和費曼（右）（Photo by Joe Munroe。 Physics。/Caltech Archives）

　　夸克與美洲豹

　　在職業生涯後期，蓋爾曼開始對生物學，生態學，社會學和計算機科學的複雜性問題產生興趣。 他於1994年出版了《夸克與美洲豹》（ The Quark and the Jaguar），向讀者介紹他對簡單性和複雜性的看法。

　　在書中，蓋爾曼表示自己幾十年以來一直保持著兩種愛好：尋找所有物質服從的基本定律以及探討地球上生命與人類文化的演化。這使得他自然而然地關注複雜系統。

　　生命起源和進化的過程中處處可以看到複雜適應系統。例如在抗生素廣泛使用的時代，細菌會產生耐藥性。這種系統通過獲取環境及其自身與環境之間相互作用的信息，總結出所獲信息的規律性，並把這些規律提煉成一種「圖式（schema）」或模型，最後以圖式為基礎在現實中採取相應的行動。

　　蓋爾曼認為，人類的科學活動便是一個典型的案例。科學理論即為圖式。然而，科學活動並不嚴格按照任何明確的模型進行。因為科學畢竟是人的科學，個人的信念、行為方式都會對他們的理論產生影響。但「科學活動的本性就使它具有自動修正性，並且能夠克服種種弊端，向正確方向前進。」

　　科學往往會產出局部統一的定律，比如麥克斯韋方程組就近乎完美地描述了所有電磁現象。這種理論將複雜的現象壓縮進了一個簡單而又威力強大的數學包中，於是，人們不用再去記憶繁多的事件，世界變得簡單，變得更易於理解。

　　但是對於像生物這樣十分複雜的系統，就算我們擁有一個大統一的理論，理論本身也不可能告訴我們關於宇宙的一切。考慮到量子力學的不確定性和普遍存在的混沌現象——初始條件的微小變化會對結果產生顯著的影響，如果把宇宙看作一個複雜系統，科學也許只能預言不同歷史發生的概率。

　　但蓋爾曼並不因此失望，他鼓勵道，當新現象產生時，我們應擴大科學，保護文化多樣性，「向一個更加持續的世界轉變」。

（圖源：achievement.org）

　　出於對複雜系統的興趣，蓋爾曼於1984年共同創立了聖達菲研究所，致力於複雜系統科學的研究。

　　1993年從加州理工退休後，蓋爾曼便生活在新墨西哥州聖達菲。除了偶爾到新墨西哥大學教課，他還在聖達菲研究所繼續工作。在那裡，他回歸了年輕時代對人類語言演化的熱情，和考古學家、人類學家、遺傳學家、語言學家等一起，追溯人類語言演化的起點。

　　蓋爾曼始終是一個孩童，他對這個世界充滿興趣。我們將為他的成就豎起紀念碑，並在他的鼓舞下，繼續在科學之路上前進。願他一路走好。

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