盖尔曼——拥有全面观点与开阔心灵的科学家

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9/15——盖尔曼生日(Murray Gell-Mann, 1929- )

“统治基本粒子领域20年的皇帝”、“夸克之父”、“活的百科全书”、“最具语言天才的物理学家”,这些称誉都是形容一个人——美国物理学家盖尔曼。

曾经,物理学家以为他们终于搞清楚原子的内部结构了:电子围绕着由质子和中子组成的原子核。宇宙所有物质就由这几个基本粒子构成。不料当他们自1930年代开始利用宇宙射线研究粒子碰撞时,竟陆续发现还有新的粒子,更别提后来有加速器可用时,撞出的更多新粒子了!

这是怎么一回事?!科学的进展一直是循着“简单就是美”的原则,而今面对这十几种不同的粒子,该如何解释呢?事实上,别说解释了,光是想要从中找出某种规律或模式,就让物理学家伤透了脑筋。难怪费米要说:“如果我有办法记住这些粒子的名字,那我应该去当植物学家。”就在大家焦头烂额之际,套句广告词:好险有盖尔曼。

盖尔曼从小就是天才儿童。他15岁进耶鲁大学,21岁取得MIT博士学位,24岁主张在自旋之外还有新的量子数——奇异数(引用自培根名言:“凡绝美之物,必带着几许奇异”),成功解释了为什么某些粒子总是成对出现,而且发生衰变的时间远比生成时间还久的奇特现象。27岁他成为加州理工学院有史以来最年轻的正教授。

1961年,盖尔曼以数学中SU(3)对称群的八维表示为基础,将这些看似一团混乱的粒子一一摆到适当的位置,他将这个方法称为“八重道”(取自佛家的“八正道”)。就像门得列夫制定元素周期表一样,盖尔曼不但为当时已发现的基本粒子找出模式,并且预测介子中的一个空格必定存在尚未发现的新粒子,几个月后果然发现了这个η粒子。

模式找到了,但背后的基本解释是什么?盖尔曼认为8这个数字绝对有其意义,经过计算后,他于1964年大胆主张质子与中子都不是基本粒子,而是由三个更小的夸克(出自乔伊斯《芬尼根守灵夜》中的海鸟叫声)所组成。夸克模型优雅简洁,即使后来又有更多新粒子出现,再据以扩充就可纳入。盖尔曼成了粒子标准模型的奠基者之一,而于1969年获颁诺贝尔物理奖。

盖尔曼虽然俨然是粒子标准模型的掌门人,他却不墨守既有领域,反而不断吸收新知,提携年轻学者。70年代,他把一群得不到支持的弦论学者聚集到加州理工学院;1984年他藉由自己的声望创立圣塔非研究院,作为“复杂系统”这个全新领域的研究中心。

从基本粒子这种化约论,跨到探索整体面貌的复杂理论;而其人文素养更是从他创造的那些名词皆有典故可见一斑。盖尔曼真是史上少见拥有全面观点与开阔心灵的科学家。

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