蓋爾曼生日｜科學史上的今天：9/15

2015/09/15 |

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「統治基本粒子領域20年的皇帝」、「夸克之父」、「活的百科全書」、「最具語言天才的物理學家」，這些稱譽都是形容一個人──美國物理學家蓋爾曼。

曾經，物理學家以為他們終於搞清楚原子的內部結構了：電子圍繞著由質子和中子組成的原子核。宇宙所有物質就由這幾個基本粒子構成。不料當他們自1930年代開始利用宇宙射線研究粒子碰撞時，竟陸續發現還有新的粒子，更別提後來有加速器可用時，撞出的更多新粒子了！

這是怎麼一回事？！科學的進展一直是循著「簡單就是美」的原則，而今面對這十幾種不同的粒子，該如何解釋呢？事實上，別說解釋了，光是想要從中找出某種規律或模式，就讓物理學家傷透了腦筋。難怪費米要說：「如果我有辦法記住這些粒子的名字，那我應該去當植物學家。」就在大家焦頭爛額之際，套句廣告詞：好險有蓋爾曼。

蓋爾曼從小就是天才兒童。他15歲進耶魯大學，21歲取得MIT博士學位，24歲主張在自旋之外還有新的量子數──奇異數（引用自培根名言：「凡絕美之物，必帶著幾許奇異」），成功解釋了為什麼某些粒子總是成對出現，而且發生衰變的時間遠比生成時間還久的奇特現象。27歲他成為加州理工學院有史以來最年輕的正教授。

1961年，蓋爾曼以數學中SU(3)對稱群的八維表示為基礎，將這些看似一團混亂的粒子一一擺到適當的位置，他將這個方法稱為「八重道」（取自佛家的「八正道」）。就像門得列夫制定元素週期表一樣，蓋爾曼不但為當時已發現的基本粒子找出模式，並且預測介子中的一個空格必定存在尚未發現的新粒子，幾個月後果然發現了這個η粒子。

模式找到了，但背後的基本解釋是什麼？蓋爾曼認為8這個數字絕對有其意義，經過計算後，他於1964年大膽主張質子與中子都不是基本粒子，而是由三個更小的夸克（出自喬伊斯《芬尼根守靈夜》中的海鳥叫聲）所組成。夸克模型優雅簡潔，即使後來又有更多新粒子出現，再據以擴充就可納入。蓋爾曼成了粒子標準模型的奠基者之一，而於1969年獲頒諾貝爾物理獎。

蓋爾曼雖然儼然是粒子標準模型的掌門人，他卻不墨守既有領域，反而不斷吸收新知，提攜年輕學者。70年代，他把一群得不到支持的弦論學者聚集到加州理工學院；1984年他藉由自己的聲望創立聖塔非研究院，作為「複雜系統」這個全新領域的研究中心。

從基本粒子這種化約論，跨到探索整體面貌的複雜理論；而其人文素養更是從他創造的那些名詞皆有典故可見一斑。蓋爾曼真是史上少見擁有全面觀點與開闊心靈的科學家。

本文同時收錄於《科學史上的今天：歷史的瞬間，改變世界的起點》，由究竟出版社出版。