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诺贝尔物理学奖得主莱德曼去世:创“上帝粒子”说法

时间:2018-10-06 10:37:51 来源:好奇心日报 评论:澳门威尼斯人注册手机版下载 点击:0
  本周三早间,粒子物理学家利昂·莱德曼(Leon Lederman)在爱达荷州雷克斯堡一家护理机构去世,享年96岁。他利用粒子加速器进行了许多巧妙的实验,加深了人类对亚原子世界的认识。

  他的妻子埃伦·卡尔·莱德曼(Ellen Carr Lederman)证实了他的死讯。莱德曼生前曾长期担任费米国立加速器实验室(Fermi National Accelerator Laboratory)主任,退休后则与妻子住在爱达荷州东部。

  在他科学生涯早期,莱德曼博士和两位同事发现至少存在两种中微子(现在已知有三种),并因此获得了1988年诺贝尔物理学奖。此后,莱德曼继续带领研究团队,在位于伊利诺伊州芝加哥城外巴达维亚的费米实验室里发现了另一种构成物质的基本粒子:底夸克。

  不少人对这些神秘的粒子一头雾水,莱德曼博士对此深表同情。

  他在诺贝尔奖演讲中开玩笑说:“‘两个中微子’听上去像一支意大利舞蹈团队。”不过,他也一心要向世人普及自己热爱的物理学科:“我们怎么才能与化学、医学、特别是文学领域的同行分享知识大厦之美,而不是我们实验的聪明之处?我们的实验只是构成知识大厦的一块砖头。”

  莱德曼用自己的那份奖金(他与物理学家杰克·施泰因贝格尔[Jack Steinberger]和梅尔文·施瓦茨[Melvin Schwartz]共同获得了1988年诺贝尔奖),在爱达荷州蒂顿山谷(Teton Valley)买了一幢木屋,退休后就住在那里。此时,莱德曼已经成了物理学界的杰出代表,他不仅开创了新物理学,也积极地向大众解释其背后的原理。

  1998年,他在接受《纽约时报》采访时对克劳迪娅·德赖弗斯(Claudia Dreifus)表示:“(美国)高中理科的教学顺序是不对的:先教生物、化学,然后20%的学生才会继续学习物理。”他认为这种安排前后颠倒了。

  莱德曼惋惜道:“按照这样的教学顺序,学科之间都没有联系,学过就忘了。”他认为学生需要对原子构造有所了解,先学物理的话会好得多。这样能为学习化学打下基础,因为有了原子才会构成分子。然后再学生物学,因为分子相互作用,产生生命。接下去,学生或许可以继续学习心理学。

  莱德曼博士认为,像这样“物理优先”的课程安排可以重现宇宙的发展历程。他表示:“原子构成分子,分子形成了从海洋里爬出来的生物。这才有了人类,有了为这一切操心的我们!”

  费米实验室的理论物理学家约瑟夫·莱肯(Joseph Lykken)评价说,莱德曼博士是“自爱因斯坦以来,向大众普及物理学科的最佳代表”。

  莱肯博士在一次采访中表示:“利昂没有用深奥的术语和数学公式来吓唬人,而是传达了科学研究的真正乐趣所在。他用说不完的笑话颠覆了科学家一本正经的形象,为大众普及了现代科学。”

  为了让物理学更加浅显易懂,他把希格斯玻色子(Higgs boson)称为“上帝粒子”(the God particle),令一些同行大为震惊。这也是他在1993年与科学记者迪克·特雷西(Dick Teresi)合著的一本物理科普书籍的名字。

 

  为了让物理学更加浅显易懂,莱德曼博士把希格斯玻色子称为“上帝粒子”,令一些同行大为震惊。

  两人在书中写道:“出版商不让我们把它叫做“该死的粒子”(the God-damn particle)。这是因为在粒子加速器实验中,人们很难找到希格斯粒子的踪影。直到 2012 年,科学家才证实了这种粒子的存在。(希格斯玻色子以英国理论物理学家彼得·希格斯[Peter Higgs]的名字命名,其它粒子与其碰撞后能获得质量。)

  莱德曼博士在接受《纽约时报》采访时说,自己颇有幽默感是因为他“害怕太把自己当一回事儿。”

  1922年7月15日,利昂·马克斯·莱德曼(Leon Max Lederman)出生在曼哈顿。他的父亲莫里斯(Morris)和母亲明娜·(罗森堡·)莱德曼(Minna [Rosenberg])是来自俄罗斯的犹太移民,在曼哈顿经营着一家洗衣店。利昂在布朗克斯区长大,1939年毕业于詹姆斯·门罗高中(James Monroe High School),并在1943年从纽约市立学院(City College of New York)毕业。他本科的专业是化学,但那时他就对物理产生了兴趣。

  二战期间,莱德曼参加了驻法美军陆军通信兵团。他在战后进入了哥伦比亚大学研究生院学习物理,于1951年获得了博士学位。很快,他就在纽约州欧文顿市(Irvington)位于哈德逊河上游的内维斯实验室(Nevis Laboratories)里,在学校的新型粒子加速器上工作。

  1957年,莱德曼完成了他第一个令人瞩目的实验。尽管遭到了各方质疑,理论物理学家李政道和杨振宁认为,弱相互作用中产生的放射性衰变可能违反了宇称守恒定律(当年李政道和杨振宁共同获得了诺贝尔物理学奖)。

  人们通常会用机械钟的例子来阐释宇称守恒定律:如果让指针顺着逆时针方向转动,钟面上的数字也相应反转,那么镜像结构的钟表仍会显示正确的时间。

  根据宇称守恒定律,无论是左是右、顺时针还是逆时针,宇宙都没有偏好。此前物理学界也普遍认为,无论是在星际尺度上还是亚原子领域,宇称守恒现象都普遍存在。

  一天星期五中午,李政道在哥大附近一家中餐馆就餐时告诉莱德曼博士等人说,自己和物理学家吴健雄刚刚完成了一项实验。实验结果表明,弱相互作用和其它力不同,确实违背了宇称守恒定律。他们发现在一种同位素的衰变过程中,伽马射线往某个方向发射的可能性更大。

  当晚,莱德曼博士、理查德·加温(Richard Garwin)和另一名研究生马塞尔·温里克(Marcel Weinrich)一起回到了哈德逊河上游的内维斯实验室。他们花了一整个周末,用自己的方法证实了吴健雄博士的实验结果。

  宇称守恒定律由此被推翻,世界为之震动。一条基本的物理学原理中发现了例外,宇宙比它表面看上去的更令人不可思议。

  莱德曼博士在1981年接受《纽约时报》科学板块撰稿人、《发现》杂志(Discovery)的马尔科姆·布朗(Malcolm W. Browne)采访时,回忆了发现全新物理现象时的喜悦。他说:“最好的发现似乎都是在凌晨做出的。大家都在睡觉,没有任何干扰,思维也最活跃。”

  “在一个人迹罕至的地方,你看着计算机吐出一页一页印满数字的纸,”他继续道。“你看了又看,突然间就发现了异常:你发现了数据里的峰值。”

  2002年莱德曼博士在芝加哥大学任教期间,为“末日之钟”拨快了2分钟。自1947年以来,《原子科学家公报》杂志就一直用末日之钟来提醒人们核灾难可能带来的危险。

  “你测试了一些数据,试着寻找错误,但不论怎样峰值依旧存在,它就在那里。你有了新的发现,世界上没有比这更美好的感觉了。”

  1962年,他在长岛的布鲁克黑文国家实验室(Brookhaven National Laboratory)与施瓦茨博士、施泰因贝格尔博士进行的实验证明了两种中微子的存在,一种是电中微子,另一种则是 μ 中微子(muon)。后来,科学家又发现了更重的 τ 粒子(tau),继而证实了 τ 中微子的存在。

  这些发现最终奠定了粒子物理标准模型的框架,成了20世纪物理学的最高成就。世界上的一切物质都由三种亚原子粒子构成,每种粒子都含有一对夸克(quark)。

  1977年,莱德曼博士的实验团队在芝加哥城外的费米实验室里发现的就是其中一种夸克:底夸克。(科学家此前已经证实存在上、下、粲、奇四种夸克。1995年,费米实验室又发现了顶夸克。)

  莱德曼博士离开哥伦比亚大学后,从1979年开始担任费米实验室主任。他在那儿主持建造了当时最强大的加速器:兆电子伏特加速器(Tevatron),它能以高达一万亿电子伏特的能量撞击粒子。继续深入研究物质结构需要更大的能量,所以在1980年代期间,莱德曼博士一直积极说服政府出资,在得克萨斯州建造一台全世界最强大的机器:超导超大型加速器(Superconducting Super Collider)。可惜在1993年,美国国会决定取消拨款,让莱德曼的梦想化为了泡影。

  那时,莱德曼博士已从费米实验室退休,在芝加哥大学担任物理教授。不过他依旧积极推动科学教育普及工作。1992 年,他开始担任美国科学促进会(American Association for the Advancement of Science)会长。

  就在莱德曼 90 岁生日前,他和妻子埃伦(Ellen)搬到了位于爱达荷州德里格斯的住处。由于得了老年痴呆症,医生建议他在安静的环境中生活。2015 年,夫妇俩同意让一家在线拍卖公司出售莱德曼的诺贝尔奖章。拍卖税前所得 765002 美元的收入则留作他未来的治疗费用。

  这时候的莱德曼已经忘了他担任费米实验室主任的岁月,也忘了自己怎么会得到诺贝尔奖章。

  他在 2015 年接受美联社采访时表示:“我没什么故事可讲,我只是坐在甲板上望望群山。”

  莱德曼博士的第一任妻子弗洛伦丝·戈登·莱德曼(Florence Gordon Lederman)于 1990 年去世。他于 1981 年与埃伦·卡尔(Ellen Carr)结婚。除了埃伦以外,莱德曼身后还留下了他和第一任妻子生养的 3 个儿女以及 5 个孙辈。女儿雷娜·莱德曼(Rena Lederman)在普林斯顿大学担任人类学教授;蕾切尔·莱德曼(Rachel Lederman)是一名民权律师;儿子杰斯(Jess)则是一名作家,他还开办了一家网站,专门介绍苏格兰小说家、诗人兼牧师乔治·麦克唐纳(George MacDonald)的作品。

  1998 年,莱德曼博士告诉《纽约时报》说:“我们的知识总有边界,边界以外的世界超乎我们的想象。当然了,这条边界一直在不断拓展。”

  混沌之初有了物理定律,但这些定律从何而来?谈到这儿,莱德曼说:“我被难住了。”

  “我通常会回答说:‘去马路对面问问神学院里的家伙吧,因为我不知道。’”

  翻译:熊猫译社 智竑

  题图及文内图片版权:Science History Images/Alamy

  © 2018 THE NEW YORK TIMES

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