隨想 物理

標準模型創始者:Murray Gell-Mann, 1929-2019

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撰文者:林祉均
發文日期:2019-08-08
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  • 2019年5月24日,近代物理學家Murray Gell-Mann在位於新墨西州聖塔菲的住家中辭世,享年89歲。他為近代粒子物理的進程鋪下了重要基礎,並在1969年因為「對於基本粒子的分類,與其之間交互作用的發現有著重要貢獻」獲得諾貝爾物理獎。另外,他是獨立顧問團體JASON的早期成員之一,也是美國國家科學院和美國物理學會的一員。除此科學研究上的卓越貢獻外,Murray Gell-Mann對於環境與人權議題不遺餘力,也獲得許多獎項的肯定。

    2019美國物理學會理事長David Gross說到:「當我還是個年輕的物理學家,Murray為我們帶來很多新想法,卻也有點讓人害怕。他宣稱自己對一切都瞭若指掌,而事實也通常如此。」

    今天我們所熟悉的標準模型,很大一部分是受到Gell-Mann的研究所影響。當每個禮拜都有新的粒子躍上檯面,他把各式各樣的強子和介子都化簡為最基本的組成成分,為當年眼花撩亂的粒子物理領域帶來秩序。「對物理學家來說,最心曠神怡的一刻莫過於發現渾沌背後的秩序,而Gell-Mann正是這方面的高手」,加州理工大學物理學家Sean Carroll這麼形容。

     

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                          Murray Gell-Mann                             


     

    Gell-Mann並非一開始就想踏入物理研究工作。他最初的興趣是在語言學、考古學,和演化生物學等方面;但他父親認為比起上述的各個學科,工程領域更能帶來穩定的收入;妥協之下,Gell-Mann選擇了物理學的道路。但他廣泛的興趣並沒有從此被埋沒,他後來共同創立了聖塔菲研究所,專門研究複雜的跨領域科學。在那裡,他能用簡潔的物理語言描述並解釋其他領域中出現的複雜系統。

    做為一個完美主義者,Gell-Mann對於精確度的堅持以及他尖銳的批評都是眾所皆知。聖塔菲研究所的經濟學家Ole Peters分享了一個小故事:「和他工作真是愉快極了。有一次我們在思考一個問題,都已經寫好了一些方程式,也說服自己這個思考方向是正確的。我感到蠻有成就感,就放下手中的筆,舒服的把頭靠在椅背上。這時候只聽到Murray說:『好吧,我們現在來思考為什麼這樣做是錯的』」。

    但也有人覺得他性格暴躁,難以共事,像是理論物理學家Helen Quinn。他說:「我覺得他的性格缺陷在於他對自己學術成就的自傲。大家明明都已經認可他的豐功偉業,他卻還是要不斷提起」

    Murray Gell-Mann在1929年9月15日生於曼哈頓。他的父母,Pauline (Reichstein) 和Arthur Isidore Gell-Mann是來自歐洲的猶太移民。在孩提時代,他和他哥哥Ben喜歡探索紐約城內的動植物。對他們來說,整個紐約城像是個巨大的森林,只是被過度砍伐而已。同時,他也迷上他父親關於字源學和各種語言的書籍,這項興趣從此跟著他一輩子。

    Gell-Mann在14歲就以畢業生代表的身分從高中畢業,並獲得了耶魯大學的獎學金。接著他繼續前往麻省理工學院,接受Victor Weisskopf的指導,攻讀博士學位。在些許客座教授的經歷之後,1955年,Gell-Mann在加州理工大學找到穩定的教職,並持續待到了1993年。

    Gell-Mann起初和費曼共事,想要解釋所謂弱交互作用。不過這方面的研究成果被Robert Marshak和George Sudarshan捷足先登,而Gell-Mann和費曼兩人之間發展出的敵對關係後來也變得惡名昭彰。Gell-Mann最重要的研究成果在於基本粒子的分類,為了解答K介子和超子的衰變時間為何如此長,他和Abraham Pais發展出一個新的守恆量:奇異數(strangeness);只有在罕見的弱交互作用中,才會出現奇異數不守恆的例外。

    1961年,Gell-Mann引入了一套革命性的粒子分類系統,他將之戲稱為八重道(the Eightfold Way,類似於佛教的八正道Eightfold Path)。透過這套系統的對稱性,他和Yuval Ne’eman分別都預測了Ω⁻粒子的存在,這項預測也在1964年由觀測證實。

    同一年內,他和George Zweig分別發表研究結果,宣稱強子是由更基本的粒子組成,並提供了少許的數學架構。Gell-Mann在閱讀詹姆斯·喬伊斯的《芬尼根的守靈夜》後,採用其中一句:「給馬斯特·馬克來的三個夸克!(Three quarks for Muster Mark!)」中提到的「夸克」,來為這種新的基本粒子命名,這個稱謂也一直沿用至今。除此之外,為了幫自己提出的夸克和膠子更有效的分類,他和Harald Fritsch在1972共同提出粒子的色荷(color charge)概念。

    爾後,在1970和80年代,新的實驗觀測結果不斷湧現,一個個都證實了Gell-Mann先前鋪下的理論基礎,也就是後來所謂的標準模型。他的研究在學界中舉足輕重,讓他有足夠的聲量能夠為當時飽受批評的弦理論背書。在1984年,他共同成立聖塔菲研究所,追隨一直以來對其他領域的熱忱。對他來說,粒子物理的簡潔優雅,和生物體與語言系統的複雜性,其實是息息相關的。關於這種奇妙的連結,他出版了一本著作《夸克與美洲豹》。(The Quark and the Jaguar)標題出自美籍華裔詩人阿圖·史的詩句:「夸克的世界關係到/一隻夜色中潛行的美洲豹」。(The world of the quark has everything to do/ with a jaguar circling in the night.)

    Gell-Mann的晚年生活都在聖塔菲研究所度過,他將剩餘的生命投注在研究關於複雜適應系統的許多未解難題。聖塔菲研究所前所長,物理學家Geoffrey West這麼形容:「我覺得他最厲害的特質不是『他無所不知』,而是在於他能夠整合許多事物。所以他才會有某種異於常人的能力,總是能夠問出所謂『正確的問題』」。

     



    本文感謝APS NEWS(美國物理學會)同意以中文形式翻譯轉載
    原文刊登於APS NEWS網站:https://www.aps.org/publications/apsnews/201907/gell-man.cfm  
    原文作者:Daniel Garisto   

     

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