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马约拉纳:物理学界的绝世隐者  

2013-05-29 20:00:20|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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能够和牛顿、伽利略比肩的物理学家,你能想到谁?似乎除了爱因斯坦,很难再有其他人选了。
但是有一位不为人知的意大利人,被诺奖得主、量子力学创立者之一、著名物理学家恩里科·费米列为可与牛顿、伽利略比肩的人物。这个神秘的意大利人,就是埃托雷·马约拉纳。

把成果扔进垃圾桶的怪人
马约拉纳1906年生于意大利的西西里岛,自小便拥有极高的数学天份。21岁时,他就加入了罗马大学物理研究所,这个研究所由费米领导,汇集了意大利最优秀的一批物理学家。大家都在费米的指导下开展工作,只有马约拉纳一个人单独进行研究。但费米并不对此耿耿于怀,相反,马约拉纳超级的分析与计算能力及天才的物理直觉,令研究所的同事们十分佩服,他的工作对研究所帮助很大。
不过费米也对马约拉纳有些不满,这是因为马约拉纳对发表自己的研究成果毫无兴趣。在科学界,第一个公布成果的人会获得崇高的荣誉,第二个公布成果的人就没人在意了。许多时候,研究所的同事完成了一项实验,把数据交给马约拉纳,他立刻就能分析和计算,然后给出理论上的解释。有了数据和解释,只要写出论文,就可以发表出来。可是马约拉纳怎么做的呢?他经常把自己的研究成果随手写在烟盒背面,或者餐巾纸上。更令费米生气的是,马约拉纳搞清楚某个问题后,居然会把写有成果的纸片一揉,直接丢进垃圾桶!

中子的最早提出者
最让费米痛心疾首的是,马约拉纳迟迟不发表自己关于中子的研究。我们现在知道,原子核是由带正电的质子和不带电的中子构成的。但是在马约拉纳搞研究的时期,中子还没有发现,人们以为原子核是由带正电的质子和带负电的电子所构成的。1929年,研究所的一位同事对氮原子核进行了研究,马约拉纳看到研究成果后,立刻意识到,过去的原子核模型是错误的,原子核里没有电子,而是有一种不带电的、质量与质子相近的粒子所构成的。他把这种粒子叫做“中性粒子”,这就是人们后来所说的中子。
深具洞察力的马约拉纳还意识到,既然原子核里带电的只有质子,质子们彼此会“同性相斥”,原子核既然没有散架,肯定是因为里面存在着一种比电磁力还强大的相互作用力。他的推测是对的,这种相互作用力就是后人所说的强相互作用力。
马约拉纳对原子核的这番理解发表出来,可以立刻轰动当时的科学界。可是他竟然拒绝把这套理论拿去发表,费米费尽口舌也没用。后来,俄国的伊万年科认识到了中子的存在,海森堡发表了与马约拉纳原子核理论近似的理论。于是,人们把成果归功于海森堡的贡献。费米觉得马约拉纳至少可以把已有的研究成果发表出来,但马约拉纳淡淡地回了一句话:“现在海森堡已经把该做的都做了。”也许在马约拉纳眼中,这个理论既然已经搞清楚了,就可以丢入垃圾桶了,该转入新问题的研究了。

中微子研究先驱
很多中国人都知道,李政道和杨振宁由于提出宇称不守恒,最终由吴健雄实验证明,而获得了诺贝尔物理学奖。其实,第一个想到宇称可能不守恒的人,也许是马约拉纳,这个物理学界的绝世隐者。
所谓宇称,是描述粒子经过空间等条件变换下,物理性质是否发生变化。对于许多粒子来说,某些物理性质比如自旋的情况,是对称的,有左旋的粒子,就相应有右旋的粒子,这就是宇称守恒。但是,宇称有时是不守恒的,比如对于中微子来说,所有的中微子都是左旋的,右旋的中微子根本不存在。在马约拉纳的时代,人们才刚刚猜测自然界也许存在中微子,根本想不到宇称是否守恒的问题。
计算能力超强的马约拉纳恰好是研究中微子的高手。他在20世纪30年代初,就建立起自己的中微子理论,也提出了上一篇文章谈到的马约拉纳粒子。从他的研究上看,他已经开始意识到宇称有可能不守恒。当然了,想到宇称不守恒和证明宇称不守恒,还不是一回事。
实际上,马约拉纳当时并不是专门为了研究中微子,而是想和爱因斯坦一样,构建一个统一所有物理学重要理论的新理论——大一统理论,而中微子方面的研究只是这个构想中的理论的一个附录。我们知道,爱因斯坦的后半生为了建立大一统理论而殚精竭虑,马约拉纳对此虽然有所研究,显然没能解决这个物理学界的最大问题。于是,马约拉纳把自己关于大一统理论的研究锁进了抽屉里,他对中微子的研究成果也一并尘封于抽屉。

神秘失踪
1933年,马约拉纳因健康原因辞去了罗马大学物理研究所的职位,回家赋闲了4年时间,期间只是完成了一些杂七杂八的小研究。1937年,当时意大利巴勒莫大学有个教授职位要招聘,马约拉纳突然“出山”,要应聘这个职位,令人大感意外。由于应聘条件有一条是必须提交一篇论文,于是马约拉纳从抽屉里拿出关于中微子的研究,世人才终于知道他已经构建了一个很完善的中微子理论。
1938年,年仅32岁的马约拉纳买了一张从意大利巴勒莫到那不勒斯的船票,然后就离奇地失踪了。几十年来,人们对他的结局有诸多猜测,被绑架、自杀身亡、隐身修道院、隐身国外……也许,短短几年的学术生涯就已经被物理学界瞩目的他,厌倦了被人注视的生活,就像把自己的学术成果束之高阁一样,他把自己也束之高阁,隐身而去了。

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