發現自然之美：諾貝爾物理獎1969

1969年的諾貝爾物理獎頒給美國物理學家默里·蓋爾曼（Murray Gell-Mann，1929年9月15日－2019年5月24日）。得獎理由是「對基本粒子的分類及其交互作用的研究發現」。組成質子與中子的基本粒子，夸克，正是蓋爾曼所命名的。蓋爾曼通曉的學科極廣，是一個百科全書式的學者，除了數理類的學科外，他對考古學、動物分類學、語言學等學科的知識也如數家珍。他是20世紀後期學術界少見的通才。

蓋爾曼於1929年9月15日出生於美國曼哈頓一個猶太移民的家庭，他們來自奧匈帝國轄下，今天隸屬於烏克蘭的Czernowitz。蓋爾曼的父母是在第一次世界大戰之後移居到美國的。他的父親亞瑟·伊斯多勒·蓋爾曼（Arthur Isidore Gell-Mann）是英語教師；他的母親名叫泡琳·萊西施坦因（Pauline Reichstein）。亞瑟通曉數學、天文學和考古學，這也影響了蓋爾曼。他們姓氏中的連字符是亞瑟自己加上去的。蓋爾曼從小就有「會走路的百科全書」的稱號，7歲時就自學微積分。蓋爾曼於1948年在耶魯大學取得物理學學士學位。後來，蓋爾曼沒能如願獲得前往普林斯頓大學等常春藤盟校繼續深造的機會，願意接納他的哈佛大學也並不會馬上給他提供獎學金，很在意學校排名的他只能接受維克托·魏斯科普夫的邀請，去讀他當時看不起的「髒兮兮」的麻省理工學院，為此他幾乎有考慮過自殺。他此前並沒有聽說過魏斯科普夫的名字。其實魏斯科普夫是推動量子電動力學發展的理論大師，可見年輕的蓋爾曼對當時的物理發展並沒有很深的了解。

1951年，他在魏斯科普夫指導下憑論文《耦淨力度與核交互作用》取得麻省理工大學物理學博。畢業後他到普林斯頓高等研究院工作，在那裡他結識了勞（Francis Low），他們合作證明了蓋爾曼-勞定理，說明了有交互作用的多體系統的基態（真空態）與相應的無交互作用多體系統之間的關係。之後他在伊利諾大學與哥倫比亞大學分別待了一年，1954年他成為芝加哥大學的副教授。在芝加哥的時候，他與勞再度合作，提出蓋爾曼-勞方程式，這是再重整群的先河，可惜提出時，沒有太多人領略到它的重要性，直到後來，才由K.G.Wilson 加以發揚光大。1955年9月蓋爾曼到加利福尼亞理工學院任教，在那裡待到退休。

蓋爾曼在加州理工學院的第一項重要成就是1958年他與比他年長十一歲的理查 費恩曼合作，提出了弱作用的V-A理論，在這個理論中，只有左手邊的費米子會與傳遞弱作用的W 玻色子耦合。

西島和彥（1926-2009）中野董夫（1926-2004）在1952年提出強子的電荷，同為旋分量與超荷之間的線性關係，蓋爾曼在四年後提出一模一樣的關係，這個關係後來被稱為蓋爾曼-西島-中野關係。這個關係的靈感是來自於研究不斷在宇宙線中發現的奇異性粒子的衰變過程。奇異性這個概念也是蓋爾曼對基本粒子分類工作的關鍵。1961年蓋爾曼提出強子質量與量子數的關係，隔年，羅契斯特大學的大久保進也提出一樣的公式。這條關係式被稱為蓋爾曼-大久保進質量公式（Gell-Mann-Okubo formula)，一般簡稱為GMO formula.

蓋爾曼當時苦思要將奇異性這個新的量子數納入強子的分類，在結識數學家Richard Earl Block 後，他領悟到只要將同位旋SU(2) 擴張到SU(3)就能得到滿意的結果。由於在SU(3)代數給出重子與介子的基態都是八元組，蓋爾曼參考佛教術語「八正道」，別出心裁地將他的分類稱之為「eightfold way」。五個月後另一位以色列物理學家尤瓦勒·內埃曼（Yuval Ne'eman 1925-2006）也獨立地提出過相似的分類。

接著八正道理論，1964年，蓋爾曼和喬治·茨威格都獨立提出了夸克理論。這個理論主張強子，像是質子，中子或是介子，其實是由更小的基本粒子所組成。「夸克」（quarks）這個術語是蓋爾曼參考詹姆斯·喬伊斯的小說《芬尼根的守靈夜》中的一句「Three quarks for Muster Mark!」而提出的。茨威格則是用「撲克牌A」（aces）來稱呼這種粒子。事實上，早在1955年日本物理學家坂田昌一就提出眾多的強子其實是由三種粒子組成的束縛態。但是坂田採用質子，中子與超子（hyperon）當作基本的三種粒子，雖然能夠解釋介子，卻無法解釋重子。蓋爾曼與·茨威格則是認為這三種粒子是帶著重子數1/3，而且帶著2/3 或-1/3基本電荷的基本粒子，由於實驗室從來沒偵測到這種粒子，所以一開始就是連蓋爾曼也只是說，這是數學的分類，但是物理上有沒有這種粒子，他也不敢打包票。夸克模型與坂田模型最關鍵的差別在於坂田模型中的基本粒子帶有整數的重子數，所以一個複合重子必須是由兩個基本粒子再加上一個基本反粒子，而夸克模型中，則是單純地由三個基本粒子構成。只有在夸克模型中，自旋為1/2 的重子會有八元組，坂田模型則會產生十五元組。而依照夸克模型，應該存在著帶著三個單位奇異性的自旋3/2的重子，今天稱之為Ω粒子。夸克模型所預言的Ω粒子不久後於1964年在美國的Brookhaven 國家實驗室被發現了！蓋爾曼的術語「夸克」後來成為主流的叫法。1969年，史丹佛大學直線加速器利用電子與質子的深度非談性碰撞，證實了質子的確是由眾多自旋為1/2的基本粒子所組成，這也是蓋爾曼能夠在此時得獎的重要原因。

物理學家們後來發現使用SU(3)規範場論能夠解釋眾多強子的現象。1972年，蓋爾曼與哈拉爾德·弗里奇引入了新的守恆量子數，也就是這個SU(3)規範群衍生的量子數，取名為「顏色荷」（"color charge"）。緊接著蓋爾曼又同漢里奇·勞意特維勒（Heinrich Leutwyler）一起提出了新術語「量子色動力學」（quantum chromodynamics, QCD）。量子色動力學如今已被公認是的強作用力的標準理論了。

20世紀90年代，蓋爾曼雖然不再活躍於粒子物理界，但仍積極參與了聖菲研究所的集資籌辦和研究。該機構由物理學家菲利普·安德森和經濟學家肯尼斯·阿羅等人於1987年初創，主要開展有關複雜性的研究。他參與過《大英百科全書》第16版的編輯，擔任籌備委員。此外他還協助編輯了語言學家焦恩·霍金茲的著作《人類語言的演化》（The Evolution Of Human Languages）。 

2019年5月24日，蓋爾曼去世，享年89歲。