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《马约拉纳:天才与谜团》译后记 精选

已有 5594 次阅读 2025-7-30 14:10 |系统分类:科普集锦

   埃托雷·马约拉纳1906年出生于意大利卡塔尼亚,1938年离奇失踪。在短短的三十余年时间中,马约拉纳在理论物理方面取得了许多重大成就,关于理论物理的许多认知大幅超前于他所处的时代,只是很不幸地被那个时代学界的主流所忽视或误解。尽管他的失踪已过去很久,后人从来没有忘记这位科学天才,例如1962年在意大利埃里切成立的埃托雷·马约拉纳科学文化中心、2006年举办的纪念马约拉纳百年诞辰大型国际会议和自2006年起设立的马约拉纳奖等。2018年起,卡塔尼亚大学用马约拉纳命名该校的物理与天文系,而最近二十多年来,以马约拉纳命名的词汇在物理学甚至在社会科学某些领域的前沿研究中变得越来越火。毫无疑问,这些都增加了社会公众进一步了解马约拉纳这位科学家的兴趣。

 

   这里举三个例子,说明马约拉纳在当今科学中的影响。

  第一个例子是在粒子物理领域。当前粒子物理学前沿领域中的一个高频词汇是马约拉纳费米子,这种费米子的反粒子就是它自身。马约拉纳1937年在理论上预言了这种粒子,而且还提出中微子可能就是这种粒子的候选者。中微子尽管在实验上被直接探测到已有数十年,但因为与普通物质的相互作用截面太小,其本质依然未能很好地确定。而一旦如马约拉纳所言,中微子确实是其自身的反粒子,那么就找到了轻子数不守恒的实验证据。中微子到底是不是自身的反粒子这一问题与宇宙中正反物质不对称的起源有直接关系,是现代科学前沿中十分重大的问题。回答这个问题的一种可行方法是在实验上寻找无中微子双贝塔衰变过程,然而这个过程即使客观存在也是极为稀有的,因此该实验只能在极低本底的环境下进行,同时需要高灵敏性的探测方法,是粒子物理领域具有很高挑战性的实验之一。而在凝聚态物理中,人们发现在某些超导材料中马约拉纳费米子可以作为准粒子出现,这种以束缚态形式存在的马约拉纳准粒子被称为马约拉纳零模,它不遵循费米统计,而是遵守非阿贝尔统计的任意子。有人认为,马约拉纳零模所遵守的非阿贝尔统计使其有潜力被应用于未来的拓扑量子计算机。

 

   第二个例子是原子核结构理论中的马约拉纳相互作用。在低能原子核结构的重要理论之一相互作用玻色子模型中,玻色子哈密顿量中有一项质子玻色子-中子玻色子交换相互作用,被称为马约拉纳相互作用。这一项可以把价质子-价中子具有相反相位状态的能量推高,是很重要的一项相互作用。而在关于核子 核子相互作用的经典教科书中,核力中也有一项被称为马约拉纳力,它指的是在核子 核子相互作用中与两核子空间坐标交换相关的部分(核力中的马约拉纳力在本书中被简单提到,见本书第3章海森伯的改进小节)。那么,相互作用玻色子模型中的马约拉纳和20世纪30年代对于核力交换性做出杰出贡献的马约拉纳是不是同一个人呢?答曰:这两位马约拉纳确实是同一个人。然而,相互作用玻色子模型是在20世纪70年代中期才被提出,区分质子和中子的玻色子模型更是在此之后,而马约拉纳在1938年就失踪了,为什么他的名字会在玻色子模型中出现呢?笔者就此专门请教了玻色子模型提出人之一亚凯洛(Francesco Iachello)教授。根据亚凯洛教授写给笔者的专文说明,在20世纪70年代末亚凯洛及其合作者在玻色子模型中引入了质子玻色子-中子玻色子交换相互作用,在数学形式上完全类似于马约拉纳引入的交换力,因此在玻色子模型中也称之为马约拉纳相互作用,相应的对称性被著名学者塔勒米(Igal Talmi)教授称为Franco (Franco是亚凯洛教授名字Francesco的简称,Franco旋后来被简称为F-旋)对称性。然而这件事其实还有一个容易被忽视的侧面:尽管马约拉纳和亚凯洛所处时代不同,但是两人是老乡,都成长于意大利西西里岛,在亚凯洛命名玻色子马约拉纳相互作用时,不知他是否考虑过老乡的因素(在过去半个多世纪的时间里,亚凯洛作为马约拉纳奖获得者,多次在埃里切的埃托雷·马约拉纳科学文化中心举办国际会议)。有趣的是,笔者在20世纪90年代初发表过一篇F-旋的相关论文,不过那时对上述来龙去脉一无所知。

 

   第三个例子是关于他的一篇科普性质的评述文章。1936年初,马约拉纳应邀为庆祝他伯父朱塞佩·马约拉纳教授荣休的文集撰写了一篇评论性文章,这篇文章的主题是社会科学与自然科学之间的互动以及统计规则在社会科学中所起的作用。但是因为各种原因,文集最终未能出版。马约拉纳的这篇文章是在他失踪后由密友真蒂莱代为投稿并发表于意大利《科学》期刊的。这篇文章在发表后的几十年时间里完全被忽略了,直到1997年因为被一篇金融物理方面的开创性文章引用,才引发人们对马约拉纳工作的重新诠释。马约拉纳的名字在复杂系统领域也迅速获得了超级人气,不少人甚至将他与统计力学创始人麦克斯韦和玻尔兹曼联系起来。这件轶事的来龙去脉在本书中解说得十分完整,见第3章的最后一节。从以上三例容易看出,马约拉纳是20世纪30年代十分杰出并对后世产生深远影响的科学家。根据恩里科·费米的评论,马约拉纳属于伽利略、牛顿和爱因斯坦那种级别的学者。马约拉纳只有十篇文章面世,这些文章都是精品中的精品,经过历史考验依然熠熠生辉、令人叹服。即使他失踪已八十多年,他的个人笔记依然具有很高的研究和参考价值,还有不少人寻找他笔记中丢失的部分。本书第3章和第6章对此有详尽的讨论和分析。

 

    关于马约拉纳失踪真相,英文维基网站列举了六种可能的结局,目前最流行的说法是他跳海自尽,另一种流行说法是马约拉纳后来到了南美,还有一些说法略显离奇。本书在这方面并没给定论,不过本书作者似乎更倾向于马约拉纳最终去了南美。无论如何,马约拉纳的人生并不符合好人好报的观念,有比较强的悲剧色彩。他性格善良而敏感、不善交流,在后期有明显的抑郁症征兆。由于学术研究需要一个人长时间专注思考,通常是在一个小小的点上锲而不舍,因此付出的心力和体力都很大, 容易导致有些学者显得有些孤僻、不谙世事。正如那不勒斯大学校长1939年给教育部部长的信中所说(见本书第238页):他们全身心投入需要高度专注和极大自我牺牲的学科研究,几乎完全脱离了生活的其他方面……然而,在严格而专注的学术训练过程中,他们对生活环境的现实需求几乎一无所知,因此完全没有做好应对这些挑战的准备。这种类型学者的心灵在人际交往过程中可能比较容易受到伤害,然而在这些学者中有相当比例其实是很优秀的,关心保护那些看起来也许孤僻的怪才是一个健康社会整体义不容辞的责任。正如生活中锦上添花者多、雪中送炭者少一样,认识到这一点很容易,而在现实中真正尽到这种责任往往是十分困难的。

 

   马约拉纳在他短暂人生中曾与费米、海森伯、玻尔等著名学者有许多交集,因而留下许多轶事,例如他对于自己发表论文如何吹毛求疵、对科学问题的领悟力和直觉如何之强等。本书对马约拉纳各阶段的人生传奇、科学研究与见解做了十分详实的记载和讨论,还对涉及马约拉纳的各种资料做了全面细致的甄别整理,因此是理解马约拉纳科学研究、生活点滴的权威资料。书中引述了与马约拉纳直接接触过的人士的谈话和档案资料,并附有大量参考文献。

 

  本书还十分生动地刻画了几位配角,例如重情率真的真蒂莱教授(马约拉纳的好友),偶尔喜欢摆谱儿、学风严谨、手腕灵活的卡雷利教授(马约拉纳生前任职研究所的所长),美丽纯真的塞纳托雷(马约拉纳的学生)和她有些小心眼儿的丈夫琴纳莫(卡雷利的助手),不太走运、性格略有点儿轴的莫雷诺(马约拉纳的编外学生)等,人物形象无不栩栩如生、入木三分。令人感慨的是,莫雷诺自1938年听课后,珍藏马约拉纳讲义长达半个多世纪,直到2000年去世,却始终未受到关注。然而他的努力并没有付诸东流,在他去世四年后这些珍贵资料终于成为研究马约拉纳文献中很重要的一部分;在这个意义上,他又是十分幸运的,人生有时就是这样奇特!

 

   总之,本书很好地兼顾了科学严谨性、艺术性和通俗性。本书对绝大多数科学内容的讲述做到了深入浅出,即使是对物理并不熟悉的读者,也通常能顺畅阅读而不觉晦涩。因此,本书是马约拉纳传记中的精品,可以说是一本雅俗共赏的好书。

 

   笔者在翻译这本书的过程中得到了编辑WJ的大力帮助,在此表示诚挚的谢意。限于笔者学识水平等原因,错误在所难免,恳请读者批评指正。

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