从“天使粒子” 回溯天才头脑

2017年07月27日 01:34 科技日报

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  7月21日凌晨,《科学》杂志刊载“发现马约拉纳费米子(天使粒子)”的文章。随即,“发现天使粒子”刷爆了媒体圈,然而,这一提法在“行家”眼里却并不准确——

  在答应接受科技日报记者采访前,麻省理工学院研究员徐飞虎建议记者先阅读“果壳科学人”的一篇原创文章《马约拉纳费米子被发现?论文作者和凝聚态物理学家们没这么说》,文中说,“现在所有的发现都不是真正发现了马约拉纳费米子,而是发现了符合马约拉纳费米子性质的激发态。”

  简单地说,发现了“脚印”,并没看见“真身”。

  这和预言“天使粒子”存在的埃托雷·马约拉纳“本尊”的最近一次出场很像——2008年,在他失踪70年后,有人声称见过他,并展示了一张1955年拍摄的照片,经警方比对,与马约拉纳早年存照有10处相似点。

  一位天才的理论物理学家,在32岁时留下内容矛盾的信后离奇失踪,让人禁不住要探究他的内心。俗话说,最大的戏剧性是生活本身。此后,无数物理学家为他的预言孜孜探求近一个世纪,学界之外的文学创作者也以此为蓝本写出不少经典。

  理论物理学家

  大脑里有整个科幻基地

  是什么魅力,让理论物理学家不需要铁一般的事实,只是预言就能令研究者“舍得一身剐”探求经年?

  “在物理里面,无论是物质的相互作用还是物质的构成,都满足基本的物理理论。理论物理学家研究并完善这个理论。”徐飞虎研究员在攻读博士期间一直进行理论物理研究,他所在团队研究量子密码系统,并构建了量子密码系统在仪器不完美的现阶段仍不会被攻破的新模型。

  最典型的理论模型是“宇宙大爆炸”理论,南京大学天体物理系的课件中写道,“大爆炸刚开始时,宇宙充满了能量,能量以光子的形式存在,光子的频繁碰撞不断产生正反粒子,正反粒子相互碰撞、湮灭,又再度产生光子。”

  这个永远无法“亲见”的场景是由多个理论物理学家不断完善、推导而出的。“知乎”网站上有这样一个贴切的比喻:整个宇宙如果是个“黑箱”,理论物理学家在做的,是根据“黑箱”的输出,“推断”和“预测”其中的秘密。

  具有预见性,是理论物理学家与科幻作家如出一辙的地方,被誉为“神一样的人”的科幻作家艾萨克·阿西莫夫,就准确地预言了可视电话、无人驾驶汽车、火星探测等。

  不同的是,理论物理学家的预言,不会以自然语言的方式广为传播,他们用公式推导表达整个世界。

  这并不仅仅是科学门类使然。事实上,当研究的维度进入到“基本粒子”的范畴,人类无法赋予物理中的粒子一个特定的“形象”。“你不能把正、反粒子的湮灭想象成两个球碰撞,在消失时发出了能量。”

  除了公式、方程,找不到更准确的表达。徐飞虎解释,理论物理学家做的,往往是“基于实验发现,构建对应的物理模型;基于数学的证明以及新的实验发现不断完善此模型,并提出新理论。”一位不愿具名的研究者这样告诉记者。

  数学是构建模型的粘合剂。有轶闻这样写道,天才理论物理学家马约拉纳拥有堪比“超算”的计算速度,他和费米曾有过一场计算能力的比拼,费米用纸笔尺,马约拉纳只用脑子,比赛结果是平局。而以费米的计算能力,可以在原子弹冲击波到来前的时间里,根据纸片被卷走的高度、速度和距离计算出原子弹释放的能量值。

  可以想见,在理论物理学家伟大的头脑里拥有一个另类的科幻基地,这个基地的构成单元包括:物理理论、数学推导、求解方程、构建模型,以及严丝合缝、精巧至极的“幻想”,这些幻想由严密推导而生,激发出实验物理学家想要验证它的欲望,进而不断设计新的实验研究。

  “在构建物理模型时,我们往往会发现新的理论,但新的理论在实际中由于器件和实验技术的限制可能无法实现。”徐飞虎说,实验的精度经常造成正确的理论不会马上被证实,这就敦促实验物理学家“千方百计”验证“到底是理论正确,能够预见,还是理论模型不完美,需要再建新模型”。

  当理论和实验互相印证时,“往往伴随新物质的发现,就有可能得诺贝尔奖。”徐飞虎说。

  天才的心思

  作家来演绎

  除了令人称奇的智慧,马约拉纳另一个令人称奇的是他留给后世的不解之谜。

  据称,1932年开始,马约拉纳闭关四年。他的天才头脑和孤僻性格让人不禁联想起阿瑟克拉克的短篇小说《安全调查》,以下是调查时的对话——

  “这是飞船内部。”“你设计的?”“是啊。”

  “火星博尔达市,这是空中俯瞰景观。”“也是你的主意?”“那还有假?”

  “这是质子枪,我的得意之作。”“全是你设计的?”“我没剽窃任何人!”

  一位在废弃仓库后独居的巧匠,由于制作出了与火星人世界完全一致的模型而被带走,他被认为泄露了火星机密。直到被带出门口,他才明白不是FBI对他的审查,因为等待他的是一艘宇宙飞船。

  天才总是会被普通人揣度为“泄露天机”,事实上,在探究马约拉纳的心思时,不该忽略他的宗教背景,“泄露上帝的秘密”似乎更准确。据载,与马约拉纳一同研究的意大利天才少年们组成了物理研究团体,他们热衷于给彼此起绰号:“教皇”“全能的上帝”“大主教”……他们把核物理学里深不可测的问题和“幼稚”的赌注结合,看谁能最快解开。无怪有连环画揣测他被外星人接走,泄密可能是最具说服力的缘由。

  1938年3月,马约拉纳给家人和单位领导各留了一封信后,带上积蓄和科研笔记登上了一艘开往巴勒莫的邮船。抵达了巴勒莫后,又发了一封电报和一封信给单位领导,明确说他放弃了自杀念头。售票记录显示,他确实买了返回那不勒斯的船票,且有人证。但是他却从此消失,后被认为定居南美。

  巴勒莫、那不勒斯、威尼斯,这些地名巧合地与1999年马特达蒙主演的电影《天才雷普利》相一致。在《雷普利》系列丛书中,美国作家帕特里夏·海史密斯就设计了一位天才画家德瓦特的离奇消失。利用了这个消失,主人公雷普利声称画家定居南美,找人伪造他的画。由于制作赝品画,伪造者贝纳德的画技开始精湛起来,展现天才的一面,却受良心谴责,在巴勒莫、那不勒斯、威尼斯等地的辗转中,他最终选择自杀。

  无论是调侃式的“因泄密被外星人劫走”,还是悲剧式的“因无法疏解内心而自杀”,文学作品用揣度的方式传承着天才留下的巨大财富,实验物理学家则用持续的探究来向伟大的头脑致敬。

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