首頁 > 環球地理 > 正文

諾貝爾物理學獎得主萊德曼去世:創“上帝粒子”說法

時間:2018-10-06 10:37:51 來源:好奇心日報 評論:0 點擊:0
  本周三早間,粒子物理學家利昂·萊德曼(Leon Lederman)在愛達荷州雷克斯堡一家護理機構去世,享年96歲。他利用粒子加速器進行了許多巧妙的實驗,加深了人類對亞原子世界的認識。

  他的妻子埃倫·卡爾·萊德曼(Ellen Carr Lederman)證實了他的死訊。萊德曼生前曾長期擔任費米國立加速器實驗室(Fermi National Accelerator Laboratory)主任,退休后則與妻子住在愛達荷州東部。

  在他科學生涯早期,萊德曼博士和兩位同事發現至少存在兩種中微子(現在已知有三種),并因此獲得了1988年諾貝爾物理學獎。此后,萊德曼繼續帶領研究團隊,在位于伊利諾伊州芝加哥城外巴達維亞的費米實驗室里發現了另一種構成物質的基本粒子:底夸克。

  不少人對這些神秘的粒子一頭霧水,萊德曼博士對此深表同情。

  他在諾貝爾獎演講中開玩笑說:“‘兩個中微子’聽上去像一支意大利舞蹈團隊。”不過,他也一心要向世人普及自己熱愛的物理學科:“我們怎么才能與化學、醫學、特別是文學領域的同行分享知識大廈之美,而不是我們實驗的聰明之處?我們的實驗只是構成知識大廈的一塊磚頭。”

  萊德曼用自己的那份獎金(他與物理學家杰克·施泰因貝格爾[Jack Steinberger]和梅爾文·施瓦茨[Melvin Schwartz]共同獲得了1988年諾貝爾獎),在愛達荷州蒂頓山谷(Teton Valley)買了一幢木屋,退休后就住在那里。此時,萊德曼已經成了物理學界的杰出代表,他不僅開創了新物理學,也積極地向大眾解釋其背后的原理。

  1998年,他在接受《紐約時報》采訪時對克勞迪婭·德賴弗斯(Claudia Dreifus)表示:“(美國)高中理科的教學順序是不對的:先教生物、化學,然后20%的學生才會繼續學習物理。”他認為這種安排前后顛倒了。

  萊德曼惋惜道:“按照這樣的教學順序,學科之間都沒有聯系,學過就忘了。”他認為學生需要對原子構造有所了解,先學物理的話會好得多。這樣能為學習化學打下基礎,因為有了原子才會構成分子。然后再學生物學,因為分子相互作用,產生生命。接下去,學生或許可以繼續學習心理學。

  萊德曼博士認為,像這樣“物理優先”的課程安排可以重現宇宙的發展歷程。他表示:“原子構成分子,分子形成了從海洋里爬出來的生物。這才有了人類,有了為這一切操心的我們!”

  費米實驗室的理論物理學家約瑟夫·萊肯(Joseph Lykken)評價說,萊德曼博士是“自愛因斯坦以來,向大眾普及物理學科的最佳代表”。

  萊肯博士在一次采訪中表示:“利昂沒有用深奧的術語和數學公式來嚇唬人,而是傳達了科學研究的真正樂趣所在。他用說不完的笑話顛覆了科學家一本正經的形象,為大眾普及了現代科學。”

  為了讓物理學更加淺顯易懂,他把希格斯玻色子(Higgs boson)稱為“上帝粒子”(the God particle),令一些同行大為震驚。這也是他在1993年與科學記者迪克·特雷西(Dick Teresi)合著的一本物理科普書籍的名字。

 

  為了讓物理學更加淺顯易懂,萊德曼博士把希格斯玻色子稱為“上帝粒子”,令一些同行大為震驚。

  兩人在書中寫道:“出版商不讓我們把它叫做“該死的粒子”(the God-damn particle)。這是因為在粒子加速器實驗中,人們很難找到希格斯粒子的蹤影。直到 2012 年,科學家才證實了這種粒子的存在。(希格斯玻色子以英國理論物理學家彼得·希格斯[Peter Higgs]的名字命名,其它粒子與其碰撞后能獲得質量。)

  萊德曼博士在接受《紐約時報》采訪時說,自己頗有幽默感是因為他“害怕太把自己當一回事兒。”

  1922年7月15日,利昂·馬克斯·萊德曼(Leon Max Lederman)出生在曼哈頓。他的父親莫里斯(Morris)和母親明娜·(羅森堡·)萊德曼(Minna [Rosenberg])是來自俄羅斯的猶太移民,在曼哈頓經營著一家洗衣店。利昂在布朗克斯區長大,1939年畢業于詹姆斯·門羅高中(James Monroe High School),并在1943年從紐約市立學院(City College of New York)畢業。他本科的專業是化學,但那時他就對物理產生了興趣。

  二戰期間,萊德曼參加了駐法美軍陸軍通信兵團。他在戰后進入了哥倫比亞大學研究生院學習物理,于1951年獲得了博士學位。很快,他就在紐約州歐文頓市(Irvington)位于哈德遜河上游的內維斯實驗室(Nevis Laboratories)里,在學校的新型粒子加速器上工作。

  1957年,萊德曼完成了他第一個令人矚目的實驗。盡管遭到了各方質疑,理論物理學家李政道和楊振寧認為,弱相互作用中產生的放射性衰變可能違反了宇稱守恒定律(當年李政道和楊振寧共同獲得了諾貝爾物理學獎)。

  人們通常會用機械鐘的例子來闡釋宇稱守恒定律:如果讓指針順著逆時針方向轉動,鐘面上的數字也相應反轉,那么鏡像結構的鐘表仍會顯示正確的時間。

  根據宇稱守恒定律,無論是左是右、順時針還是逆時針,宇宙都沒有偏好。此前物理學界也普遍認為,無論是在星際尺度上還是亞原子領域,宇稱守恒現象都普遍存在。

  一天星期五中午,李政道在哥大附近一家中餐館就餐時告訴萊德曼博士等人說,自己和物理學家吳健雄剛剛完成了一項實驗。實驗結果表明,弱相互作用和其它力不同,確實違背了宇稱守恒定律。他們發現在一種同位素的衰變過程中,伽馬射線往某個方向發射的可能性更大。

  當晚,萊德曼博士、理查德·加溫(Richard Garwin)和另一名研究生馬塞爾·溫里克(Marcel Weinrich)一起回到了哈德遜河上游的內維斯實驗室。他們花了一整個周末,用自己的方法證實了吳健雄博士的實驗結果。

  宇稱守恒定律由此被推翻,世界為之震動。一條基本的物理學原理中發現了例外,宇宙比它表面看上去的更令人不可思議。

  萊德曼博士在1981年接受《紐約時報》科學板塊撰稿人、《發現》雜志(Discovery)的馬爾科姆·布朗(Malcolm W. Browne)采訪時,回憶了發現全新物理現象時的喜悅。他說:“最好的發現似乎都是在凌晨做出的。大家都在睡覺,沒有任何干擾,思維也最活躍。”

  “在一個人跡罕至的地方,你看著計算機吐出一頁一頁印滿數字的紙,”他繼續道。“你看了又看,突然間就發現了異常:你發現了數據里的峰值。”

  2002年萊德曼博士在芝加哥大學任教期間,為“末日之鐘”撥快了2分鐘。自1947年以來,《原子科學家公報》雜志就一直用末日之鐘來提醒人們核災難可能帶來的危險。

  “你測試了一些數據,試著尋找錯誤,但不論怎樣峰值依舊存在,它就在那里。你有了新的發現,世界上沒有比這更美好的感覺了。”

  1962年,他在長島的布魯克黑文國家實驗室(Brookhaven National Laboratory)與施瓦茨博士、施泰因貝格爾博士進行的實驗證明了兩種中微子的存在,一種是電中微子,另一種則是 μ 中微子(muon)。后來,科學家又發現了更重的 τ 粒子(tau),繼而證實了 τ 中微子的存在。

  這些發現最終奠定了粒子物理標準模型的框架,成了20世紀物理學的最高成就。世界上的一切物質都由三種亞原子粒子構成,每種粒子都含有一對夸克(quark)。

  1977年,萊德曼博士的實驗團隊在芝加哥城外的費米實驗室里發現的就是其中一種夸克:底夸克。(科學家此前已經證實存在上、下、粲、奇四種夸克。1995年,費米實驗室又發現了頂夸克。)

  萊德曼博士離開哥倫比亞大學后,從1979年開始擔任費米實驗室主任。他在那兒主持建造了當時最強大的加速器:兆電子伏特加速器(Tevatron),它能以高達一萬億電子伏特的能量撞擊粒子。繼續深入研究物質結構需要更大的能量,所以在1980年代期間,萊德曼博士一直積極說服政府出資,在得克薩斯州建造一臺全世界最強大的機器:超導超大型加速器(Superconducting Super Collider)。可惜在1993年,美國國會決定取消撥款,讓萊德曼的夢想化為了泡影。

  那時,萊德曼博士已從費米實驗室退休,在芝加哥大學擔任物理教授。不過他依舊積極推動科學教育普及工作。1992 年,他開始擔任美國科學促進會(American Association for the Advancement of Science)會長。

  就在萊德曼 90 歲生日前,他和妻子埃倫(Ellen)搬到了位于愛達荷州德里格斯的住處。由于得了老年癡呆癥,醫生建議他在安靜的環境中生活。2015 年,夫婦倆同意讓一家在線拍賣公司出售萊德曼的諾貝爾獎章。拍賣稅前所得 765002 美元的收入則留作他未來的治療費用。

  這時候的萊德曼已經忘了他擔任費米實驗室主任的歲月,也忘了自己怎么會得到諾貝爾獎章。

  他在 2015 年接受美聯社采訪時表示:“我沒什么故事可講,我只是坐在甲板上望望群山。”

  萊德曼博士的第一任妻子弗洛倫絲·戈登·萊德曼(Florence Gordon Lederman)于 1990 年去世。他于 1981 年與埃倫·卡爾(Ellen Carr)結婚。除了埃倫以外,萊德曼身后還留下了他和第一任妻子生養的 3 個兒女以及 5 個孫輩。女兒雷娜·萊德曼(Rena Lederman)在普林斯頓大學擔任人類學教授;蕾切爾·萊德曼(Rachel Lederman)是一名民權律師;兒子杰斯(Jess)則是一名作家,他還開辦了一家網站,專門介紹蘇格蘭小說家、詩人兼牧師喬治·麥克唐納(George MacDonald)的作品。

  1998 年,萊德曼博士告訴《紐約時報》說:“我們的知識總有邊界,邊界以外的世界超乎我們的想象。當然了,這條邊界一直在不斷拓展。”

  混沌之初有了物理定律,但這些定律從何而來?談到這兒,萊德曼說:“我被難住了。”

  “我通常會回答說:‘去馬路對面問問神學院里的家伙吧,因為我不知道。’”

  翻譯:熊貓譯社 智竑

  題圖及文內圖片版權:Science History Images/Alamy

  © 2018 THE NEW YORK TIMES

文章排行榜更多
最近更新更多
经典千炮捕鱼达人2