在混沌中尋找秩序

1.

對於物理學家來說，沒有什麼比一堆匪夷所思的實驗結果更吸引他們注意力的了。在許多物理學家的心中，自然在本質上是簡潔的、優雅的，只要他們努力地去思考，就能發現那些隱秘的能給混沌帶來秩序的原理。諾貝爾獎得主、物理學家默里·蓋爾曼（Murray Gell-Mann）就是這樣一位善於從混沌中找到秩序的人。

蓋爾曼最著名的事迹是發展了」夸克「理論。在1964年以前，物理學家認為原子只有三種基本部分組成——電子、中子和質子。但蓋爾曼懷疑，質子和中子可能是由更小的、不可分割的粒子組成的。

上世紀五六十年代是粒子物理學的黃金時代，物理學家在擁有強大的加速器中，將粒子加速並且讓他們碰撞，由此發現了大量具有不可預測性質的新粒子。隨之衍生的一個新問題是：在這些沒有任何明顯規律的碰撞中，產生了太多的新粒子，這背離了物理學家所期待的簡潔與優美。

但蓋爾曼卻覺察到了這些粒子屬性的模式，他意識到這些粒子都可以通過某種數學對稱性聯繫起來。通過一波波精妙的操作，蓋爾曼揭示了使一切恢復正常的秘密模式。根據這些粒子的電荷、自旋和其他屬性，蓋爾曼設計了一種新的方法來分類粒子，這個方法被稱為「八重法」。八重法之於基本粒子，就如同元素周期表之於化學元素，它不僅能夠解釋已發現的，也能夠預測未發現的。最終，他提出了用「夸克」來解釋幾乎所有的新發現，這種未被發現的基本粒子會以兩個或三個成組的形式結合在一起。

諾貝爾物理學獎得主格David Gross曾說：「在有大量新的實驗發現的20世紀五六十年代，蓋爾曼成為了那段時期的理論粒子物理學的主導。憑藉著近乎神奇的直覺，他發現了許多新粒子之間的模式和對稱性。」

○ 蓋爾曼（1966年）。| 圖片來源：Caltech Archives

夸克具有驚人的性質，比如它們的電荷是-1/3和2/3，這一屬性在物理上最初被認為是不可能的。但現在，夸克的存在已是毋庸置疑的事實，這些基本粒子構成了我們對宇宙物理理解的基礎。

夸克的發現並不是蓋爾曼在物理上的唯一貢獻。蓋爾曼還展示了量子力學如何能將一個粒子轉變成另一個粒子，然後再轉變回來。他證明了粒子相互作用的強度將取決於它們碰撞時的能量。他與費曼一起解釋了弱核力（四種基本力之一）的對稱結構。他提出了一個新的物理量——「奇異數」，用它來解釋為什麼有的粒子比其他粒子存在的時間更長。他與物理學家哈拉爾德·弗里奇（Harald Fritzsch）提出存在一種攜帶力的粒子，他們稱之為「膠子」，這種粒子會將夸克束縛在一起。這些想法都在後來的實驗中被一一證實了。

2.

對於一名物理學家而言，能作出以上的這些成就中的任何一項，都足以讓他/她的職業生涯熠熠生輝。而且，還有許多科學成就都與蓋爾曼有關，但他的完美主義常常讓他等太久才將結果發表，所以偶爾會有其他科學家捷足先登的情況。例如，八重法就是由尤瓦爾·涅曼（Yuval Ne』eman）獨立提出的，而夸克理論則是由喬治·茨威格（George Zweig）提出的。蓋爾曼的完美主義讓他的研究變得更好。

在為自己的想法命名方面，蓋爾曼幾乎總是走在最前面。Ne"eman只是簡單地用數學標籤「SU(3)」來稱呼自己的提議，這始終難以與「八重法」這樣浪漫又「佛」性的名字相比，不過這種佛性後來也給蓋爾曼帶來了一些苦惱，因為總有人想要藉此把量子物理學與一些神神叨叨的事物聯繫起來。而夸克這個名字，與他在小說《芬尼根的守靈夜》中看到「向麥克老大三呼夸克」這句話有關，這樣一句與粒子物理學毫無關係的話，也沒能阻止蓋爾曼將其中的一個詞變成一個色彩斑斕的新詞。

與那時的繁榮相比，如今的粒子物理學似乎有些平淡。從高能加速器產生的所有數據都可以用一個平凡的名字——標準模型——來解釋。標準模型是現代粒子物理學基礎中的一塊閃閃發亮的基石，它是由許多有科學家用多年的努力才拼湊而成的模型。而在這個模型的建造過程中，蓋爾曼再次當仁不讓地扮演了最重要的角色之一。

但到了20世紀80年代，在標準模型取得巨大成功後，蓋爾曼便想要改變自己的生活。他不再滿足於這些榮譽，開始認為我們迫切地需要對複雜系統進行更多的跨學科研究。正因如此，他離開了讓他聲名鵲起的加州理工學院，搬去了新墨西哥州，參與了聖塔菲研究所的創辦。他從一名傳統粒子物理學家，轉而成為了一名前衛科學方法的實踐者。聖塔菲研究所成為了他生命中最後幾十年的科研基地，如今，那裡已成為了世界領先的複雜性研究中心。

對於一位功成名就的粒子物理學家來說，這樣的舉動並不尋常。基本粒子是自然界最基本的組成部分，對它們的研究就像是尋找對純粹形式的最簡化表達。而複雜性研究則剛好相反，它的本質是新秩序的出現，只有在龐大而混亂的系統中才會顯現。

但是這種轉變很適合蓋爾曼，因為他從來都不喜歡狹隘的學科界限。他是一個少有的博學多才的人，除了物理，他還精通考古學、歷史學和鳥類學。他並致力於發展出量子力學的新詮釋，他與他之前的學生James Hartle一同發表了一系列重要的論文。他的最後一個研究項目與人類語言的進化有關。

3.

蓋爾曼還是出了名的暴脾氣。他是超弦理論的早期倡導者，如果該理論得到證實，那麼弦將是比夸克更為基本的存在。一些物理學家認為超弦理論有望將量子力學與愛因斯坦的廣義相對論統一起來；但也有一些物理學家認為弦的探測需要極高的能量，所以覺得超弦理論並不科學。蓋爾曼會嚴厲地抨擊後者，他相信超弦理論可能與所有力和所有粒子的統一理論有關，他認為不能直接檢測到弦並不等於這個理論失效，因為我們可以轉而探測由這個理論所導致的一些其他結果。

在認識新朋友的時候，蓋爾曼總是想要向他們提供名字的詞源和正確的發音。他還會向法國和西班牙餐館的服務員抱怨菜單上的拼寫錯誤。如果有人讓他評價某位著名物理學家的工作時，他很可能會直言道：「我不知道他在說些什麼。」

但在這刺蝟一般的外表下，蓋爾曼是個真正溫暖的人。他可以毫不留情地批評別人，但一旦被證明是錯的，就會立馬改變主意。在一場紀念費米百年誕辰的演講研討會上，蓋爾曼帶著聽眾回顧了一遍自費米之後自己所取得的成就之後，不禁哽咽起來，他回憶起自己對費米的喜愛，以及這位年長的物理學家對他的影響。而他響應這些感觸的方式，就是大力支持年輕科學家的那些極其大膽的想法。

他珍視這些年輕科學家向傳統智慧發起的挑戰，他曾說：「大多數對科學正統學說的挑戰都是錯誤的，那些人中的很多人都是民科。但偶爾也會出現正確的對科學正統觀念的挑戰，而發起這種挑戰的人在被傾聽、被相信、被認真對待方面都面臨著可怕的處境。」他之所以會前往聖塔菲，也是希望能夠幫助改善這一點。

小說家科馬克·麥卡錫（Cormac McCarthy）也是聖塔菲學院的一名研究員，他說，蓋爾曼「知道的東西比我見過的任何人都多。」他的天才和在混亂中尋求秩序的熱情將被深深地懷念。

參考鏈接：

[1]https://www.nytimes.com/2019/05/28/opinion/gell-mann-physics.html

[2]https://www.caltech.edu/about/news/caltech-mourns-passing-murray-gell-mann

[3]https://www.nature.com/articles/d41586-019-01907-y?utm_source=twitter&utm_medium=social&utm_content=organic&utm_campaign=NGMT_2_JNC_Nature

[4]https://www.sciencenews.org/blog/context/murray-gell-mann-gave-structure-subatomic-world

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