纪念“夸克之父”丨我物理真的一般 也就能拿个诺奖而已
高能物理理論的巨人蓋爾曼默里·蓋爾曼(Murray Gell-Mann)于當(dāng)?shù)貢r(shí)間 5 月 24 日辭世,享年 89 歲。
蓋爾曼是一位粒子物理學(xué)界的奇才,作出了許多奠基性的工作。自 20 世紀(jì) 50 年代以來,蓋爾曼在粒子物理學(xué)中一直扮演著最重要的角色。特別是他于 1964 年提出的夸克模型,開辟了人們對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)的新篇章,被譽(yù)為“夸克之父”,1969 年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
此外,蓋爾曼還是一個(gè)鳥類學(xué)家和語(yǔ)言天才。他和語(yǔ)言學(xué)家 John Hawkins 合著有The evolution of human languages《人類語(yǔ)言的演化》。
默里·蓋爾曼
(Murray Gell-Mann)
1929 年,蓋爾曼出生在紐約的一個(gè)猶太家庭,父親曾就讀于維也納大學(xué)和海德堡大學(xué),在第一次世界大戰(zhàn)之后從奧地利移居美國(guó),是一位語(yǔ)言老師,同時(shí)也精通數(shù)學(xué)、天文學(xué)、考古學(xué)等。
蓋爾曼有個(gè)比他大 9 歲的哥哥,從小蓋爾曼就就像個(gè)“跟屁蟲”一樣,哥哥去哪兒,他就跟著去哪兒。他們或一起觀察鳥類、各種小動(dòng)物,或一起讀歷史、參觀博物館、學(xué)習(xí)各種語(yǔ)言。
于是,小小年紀(jì)的蓋爾曼就已經(jīng)非常博學(xué),成為了紅遍街區(qū)的小神童,同學(xué)們都稱他為“會(huì)走路的百科全書”。
8 歲的時(shí)候,蓋爾曼由于出色的成績(jī)而獲得了一筆獎(jiǎng)學(xué)金,同時(shí)也從本來的地方公立學(xué)校升入了紐約的一所高級(jí)學(xué)校。
說到這里,估計(jì)很多模友都會(huì)以為,蓋爾曼是一個(gè)熱愛學(xué)習(xí)的好好學(xué)生。
然而,事實(shí)上,蓋爾曼十分厭惡學(xué)校的生活,學(xué)校太單調(diào)乏味了,尤其是物理最讓人討厭了。
所以,秉著“趕緊讀完書,然后離開這無聊學(xué)校”的想法,蓋爾曼一路跳級(jí),不到 15 歲便考上了頂級(jí)學(xué)府耶魯大學(xué)。。。
不過,在選擇專業(yè)的時(shí)候,蓋爾曼與父親差點(diǎn)要吵起來了。
當(dāng)父親問蓋爾曼想學(xué)什么的時(shí)候,蓋爾曼很誠(chéng)實(shí)的回答了:“只要跟考古或語(yǔ)言學(xué)相關(guān)就好,要不然就是自然史或勘探。”(反正就是文科)
當(dāng)時(shí)美國(guó)經(jīng)濟(jì)狀況仍然不理想,父親聽到兒子的想法后,反應(yīng)激烈:“這樣的話,你以后會(huì)餓死的!你給我學(xué)工程去!”
還不到 15 歲的蓋爾曼看到父親竟然如此激動(dòng),只好乖乖點(diǎn)頭。
然而,尷尬的是,經(jīng)過能力測(cè)試,蓋爾曼被認(rèn)為是適合學(xué)習(xí)除了“工程”以外的所有學(xué)科。。。
不過,父親仍然不死心,他還是不想讓兒子學(xué)歷史、語(yǔ)言那些,便說:“我們干嘛不折中一下,學(xué)物理呢?”
就這樣,別無選擇的蓋爾曼只好在入學(xué)表格上填了物理專業(yè)。。。
事實(shí)上,蓋爾曼父親跟天下大多數(shù)父母一樣,都是有私心的。
這并不是僅僅的“退而求其次選物理”,其實(shí)還有一個(gè)很重要的原因,那就是:蓋爾曼父親本來就非常喜歡物理,他的偶像便是愛因斯坦,他經(jīng)常會(huì)把自己鎖在房間里研究廣義相對(duì)論,盡管他自己幾乎沒弄懂過。。。
1944 年 9 月 15 日,剛好蓋爾曼 15 歲生日這天,蓋爾曼正式開始了他的大學(xué)生活,開始學(xué)習(xí)他曾經(jīng)最討厭的科目。
剛開始的時(shí)候,蓋爾曼仍然認(rèn)為物理是沒有意思的,還一直在研究他喜歡的語(yǔ)言學(xué)、歷史學(xué)。
直到遇到了物理教授亨利·馬耿諾,這位老師盡管在科研上的成績(jī)不突出,但是在教書育人方面的技術(shù)可謂是一流,蓋爾曼就是因?yàn)樯狭怂恼n,才燃起了對(duì)物理的熱情。
尤其是接觸到量子物理之后,更是一發(fā)不可收拾地愛上了物理。
憑著過人的天賦,頂著幾乎為零的學(xué)業(yè)壓力,于 1948 年獲得了耶魯大學(xué)物理學(xué)士學(xué)位,并拿下了麻省理工學(xué)院的研究生獎(jiǎng)金而成為了那里的研究生,師從著名物理學(xué)家韋斯柯夫。
也就是從這時(shí)開始,蓋爾曼才真正了解到物理學(xué)家的工作,時(shí)不時(shí)就去參加一些學(xué)術(shù)討論會(huì),這也使得他慢慢產(chǎn)生了對(duì)科學(xué)發(fā)起挑戰(zhàn)的欲望。
于是,在確定博士論文選題的時(shí)候,蓋爾曼選擇了難度極高的大統(tǒng)一理論,尤其是主要研究了中間耦合理論,并于 1951 年初獲得了博士學(xué)位。
大一統(tǒng)理論:是關(guān)于強(qiáng)相互作用和電弱相互作用統(tǒng)一的一個(gè)理論,希望能借由單一個(gè)理論來解釋強(qiáng)相互作用、弱相互作用和電磁相互作用導(dǎo)致的物理現(xiàn)象?,F(xiàn)有的研究成果和觀測(cè)發(fā)現(xiàn)可以在理論上闡釋強(qiáng)相互作用、弱相互作用、電磁相互作用的統(tǒng)一,但仍然無法將萬(wàn)有引力納入該系統(tǒng)中。
由于蓋爾曼在研究生時(shí)期的突出表現(xiàn),被“原子彈之父”奧本海默推薦到普林斯頓高級(jí)研究院繼續(xù)博士后工作,并且接觸到了父親的偶像——愛因斯坦。
一年后,蓋爾曼又去到了芝加哥大學(xué)核研究所(即后來的費(fèi)米研究所)當(dāng)講師,與第二年升為助理教授。
在這里,蓋爾曼研究了困擾人們?cè)S久的奇異粒子(通過強(qiáng)作用產(chǎn)生,卻通過弱作用衰變是粒子)問題,于 1952 年提出了著名的“奇異量子數(shù)”的概念,首次發(fā)表了有關(guān)奇異數(shù)的重要論文《同位旋和新的不穩(wěn)定粒子》。
奇異數(shù)方案的提出,不僅解釋了奇異粒子的行為,而且還預(yù)言了一些新的奇異粒子,這些粒子后來陸續(xù)為實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。它不僅建立了基本粒子與相互作用之間的一個(gè)邏輯、簡(jiǎn)明的關(guān)系,而且為后來強(qiáng)子分類的研究工作奠定了基礎(chǔ)。奇異數(shù)守恒已成為粒子物理學(xué)中的一個(gè)基本原則。
于是,不到 24 歲的蓋爾曼便成為了粒子物理學(xué)界的重要人物。
蓋爾曼(右)
不過,關(guān)于奇異數(shù)的想法,是出自蓋爾曼的一次口誤。。。
起初,蓋爾曼試圖用同位旋 I =5/2 來描述奇異粒子的行為,并于 1952 年普林斯頓高級(jí)研究院做了一次報(bào)告。
報(bào)告過程中,估計(jì)是覺得終于可以解釋奇異粒子的“古怪”行為了,一激動(dòng),便將本來要講的5/2,錯(cuò)誤說成了1……
結(jié)束報(bào)告回家之后,神奇的蓋爾曼竟然一直在思考這次的口誤,想著想著,便產(chǎn)生了奇異數(shù)的想法。。。
1955 年,蓋爾曼接受了加州理工學(xué)院物理學(xué)副教授的位置,并于次年升為教授,成為了加州理工學(xué)院最年輕的終身教授。
隨后的研究,蓋爾曼仍然是放在粒子物理上,在奇異數(shù)的基礎(chǔ)上,建立了正確描述弱相互作用的V-A 理論,提出了“八重法理論”(一個(gè)強(qiáng)作用對(duì)稱性的理論,指將八個(gè)粒子聯(lián)合一起形成一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)),對(duì)大量粒子進(jìn)行了分類。
964 年,在他的強(qiáng)子分類八重法的基礎(chǔ)上,提出了更為復(fù)雜的夸克模型,認(rèn)為中子、質(zhì)子這一類亞原子粒子是由更基本的單元——夸克(quark)組成的,“夸克”是構(gòu)成宇宙中幾乎一切物質(zhì)的亞微粒子。
于 1964 年 2 月,蓋爾曼在歐洲《物理快報(bào)》上發(fā)表了關(guān)于夸克模型的論文《重子和介子的一個(gè)簡(jiǎn)略模型》。
盡管這篇論文只有兩頁(yè)長(zhǎng),且極少公式,但卻成為了物理界的一個(gè)重要里程碑,從此粒子物理學(xué)邁進(jìn)了一個(gè)全新的領(lǐng)域,蓋爾曼也因此被稱為“夸克之父”。
在粒子物理領(lǐng)域,蓋爾曼是當(dāng)之無愧的權(quán)威人物,每一次重大突破的理論都是他提出的,有人甚至認(rèn)為他是愛因斯坦的繼承人之一。
在 1966 年的一次國(guó)際高能物理會(huì)議上,會(huì)議組織者準(zhǔn)備請(qǐng)幾位專家分別作各個(gè)方面的進(jìn)展報(bào)告。當(dāng)對(duì)請(qǐng)誰(shuí)來作報(bào)告而產(chǎn)生爭(zhēng)議時(shí),有人提出了一個(gè)令人鼓舞的建議:讓蓋爾曼一個(gè)人將所有的事全包下來。
然后,在 90 分鐘的講演中,蓋爾曼權(quán)威地對(duì)整個(gè)領(lǐng)域作了評(píng)述。。。
由于在粒子物理學(xué)的開創(chuàng)性貢獻(xiàn),蓋爾曼獲得1969 年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),除此之外,蓋爾曼于 1959 年獲得了美國(guó)物理學(xué)會(huì)的丹尼·海涅曼獎(jiǎng),1966 年獲美國(guó)原子能委員會(huì)頒發(fā)的E·O·勞倫斯物理學(xué)獎(jiǎng),1967 年獲費(fèi)城富蘭克林學(xué)院的富蘭克林獎(jiǎng)?wù)拢?968 年獲美國(guó)科學(xué)院的J·J·卡蒂獎(jiǎng)?wù)?,也被很多大學(xué)授予榮譽(yù)科學(xué)博士。
事實(shí)上,蓋爾曼在提出夸克模型的時(shí)候,并沒有祈求要讓物理界接受,便起了個(gè)幽默的名字,出自他少年時(shí)期讀過的一篇小說《芬尼根的守靈夜》,“夸克”是指蘇格蘭的一種野鴨的叫聲,原文是:
Three quarks for Muster Mark!
(向馬克三呼夸克!)
而質(zhì)子和中子剛好由三個(gè)夸克組成,對(duì)應(yīng)了小說中的三呼夸克,然后,在蓋爾曼的理論里,每個(gè)夸克還有它各自的“顏色”和“味道”。(怎么感覺“夸克”越來越像餐桌上的食物了?。浚?/p>
蓋爾曼在給自己新理論起的名字,都是出了名的稀奇古怪,比如出自培根名言“沒有任何極致之美,在其結(jié)構(gòu)中不會(huì)呈現(xiàn)任何奇異性”的“奇異數(shù)”,源自佛教中八種免除人生痛苦的勸說的“八重法”,甚至還有“小牛肉和野雞”。。。
也許這都是源于蓋爾曼本身的博學(xué)多才吧,盡管在物理學(xué)里面成果豐碩,但他一直都沒有放下兒時(shí)的愛好,在語(yǔ)言學(xué)方面,除了會(huì)講法語(yǔ)、德語(yǔ)等6、7 種語(yǔ)言之外,蓋爾曼還熟知幾百種語(yǔ)言的特點(diǎn)。
蓋爾曼的愛好還包括研究鳥類及其他野生動(dòng)物、收集古董、管理牧場(chǎng)、考古學(xué)、自然歷史、有關(guān)創(chuàng)造性思維的心理學(xué)等等等等。
蓋爾曼已經(jīng)在世界各地觀察了超過 4000 種的鳥,對(duì)鳥類的分類知識(shí)連專家都自愧不如
他還是個(gè)環(huán)保主義者,四處奔走,極力宣傳保護(hù)野生動(dòng)物,保護(hù)生態(tài),保護(hù)自然和文化的多樣性,保護(hù)環(huán)境,防止盲目發(fā)展。
這樣的蓋爾曼,在別人眼里無疑是天才中的天才,是“擁有 5 個(gè)大腦的人”。
遺傳運(yùn)算法則創(chuàng)始人約翰·赫蘭(麥克阿瑟天才獎(jiǎng)獲得者)稱蓋爾曼是“真正的天才”;
1977 年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者菲利普·安德森曾說蓋爾曼“現(xiàn)存的在廣泛的領(lǐng)域里擁有最深刻學(xué)問的人”;
1979 年諾貝爾物理獎(jiǎng)獲得者斯蒂文·溫伯格說“從考古到仙人掌再到非洲約魯巴人的傳說再到發(fā)酵學(xué),他(蓋爾曼)懂得都比你多”。
然而,蓋爾曼卻不認(rèn)為自己是天才,只不過是對(duì)學(xué)習(xí)有一些體會(huì)而已。。。
來源:超級(jí)數(shù)學(xué)建模
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的纪念“夸克之父”丨我物理真的一般 也就能拿个诺奖而已的全部?jī)?nèi)容,希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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