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默里·蓋爾曼

研究者

默里·蓋爾曼（英語：Murray Gell-Mann，1929年9月15日—2019年5月24日），美國物理學家和美國國家科學院院士。[3]因成功建立對基本粒子的系統分類以及對基本粒子相互作用的新發現而獲得1969年諾貝爾物理學獎。蓋爾曼通曉的學科極廣，是一個百科全書式的學者，也是20世紀後期學術界少見的通才。[3]除數理類的學科外，他對考古學、動物分類學、語言學等學科的知識也如數家珍。

默里·蓋爾曼1969年諾貝爾物理學獎得主
Murray Gell-Mann
2012年年度世界經濟論壇上的默里·蓋爾曼
出生(1929-09-15)1929年9月15日
 美國紐約曼哈頓
逝世2019年5月24日(2019歲—05—24)（89歲）
 美國新墨西哥州聖塔菲
國籍 美國
母校耶魯大學 （B.S.）
麻省理工學院 （Ph.D.）
知名於基本粒子的系統分類
蓋爾曼矩陣
蓋爾曼-西島關係
蓋爾曼–勞定理
蓋爾曼-大久保質量公式（英語：Gell-Mann–Okubo mass formula）
有效複雜度（英語：Effective complexity）
獎項 諾貝爾物理學獎 (1969年)
科學生涯
研究領域粒子物理學
複雜系統學
機構聖菲研究所
新墨西哥大學
南加州大學
加州理工學院
芝加哥大學
博士導師維克托·魏斯科普夫[1]
博士生肯尼斯·威爾森1982年諾貝爾物理學獎得主
西德尼·科爾曼
Rod Crewther（英語：Rod Crewther）
詹姆斯·哈妥
Christopher T. Hill（英語：Christopher T. Hill）
傑·梅洛許
Barton Zwiebach（英語：Barton Zwiebach）
受影響自恩里科·費米1938年諾貝爾物理學獎得主
施影響於朱棣文1997年諾貝爾物理學獎得主[2]

生平

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早年與求學

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1929年9月15日，默里·蓋爾曼出生於美國曼哈頓一個移民自奧匈帝國的猶太家庭。[4][5]蓋爾曼的父母是在第一次世界大戰之後移居到美國的。[3]他的父親名叫阿瑟·伊斯多勒·蓋爾曼（Arthur Isidore Gell-Mann）是對外英語教師；他的母親名叫泡琳·萊西施坦因（Pauline Reichstein）。[6]父親阿瑟通曉數學、天文學和考古學，這也影響了蓋爾曼。[3]其姓氏中的連字符是他父親自己加上去的。[7]

蓋爾曼從小就有「會走路的百科全書」的稱號，[8]7歲時就自學微積分。[9]蓋爾曼於1948年在耶魯大學取得物理學學士學位。後來，蓋爾曼沒能如願獲得前往普林斯頓大學等常春藤盟校繼續深造的機會，願意接納他的哈佛大學也並不會馬上給他提供獎學金，很看重學校檔次的他只能接受維克托·魏斯科普夫的邀請，去讀他當時看不起的「髒兮兮」的麻省理工學院，為此他幾乎有考慮過自殺[10]。他此前並沒有聽說過魏斯科普夫的名字[10]。

1951年，他在魏斯科普夫指導下憑論文《耦淨力度與核相互作用》取得麻省理工學院物理學博士學位。[1][11]

職業生涯

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默里·蓋爾曼，攝於1965年（當時約36歲）。

1955年初，蓋爾曼到普林斯頓高等研究院工作，同年9月又到加利福尼亞理工學院任教。[3]1956年，蓋爾曼見到了同時代的蘇聯大物理學家列夫·朗道。[12]1967年，蓋爾曼成為加州理工學院密立坎理論物理學教授，並長期在該院從事粒子物理學研究。[3]

1961年，蓋爾曼與西島和彥引入了強子分類方案。蓋爾曼參考佛教術語「八聖道分」，別出心裁地將此方案稱為「八重道」。[3][13]該方案現已可由夸克模型給出合理解釋。另一位以色列物理學家尤瓦勒·內埃曼（英語：Yuval Ne'eman）也曾獨立地提出過相似的方案。[14]

1964年，蓋爾曼[3]和喬治·茨威格都獨立提出了夸克理論。「夸克」（quarks）這個術語是蓋爾曼參考詹姆斯·喬伊斯的小說《芬尼根的守靈夜》中的一句「Three quarks for Muster Mark!」而提出的。[15]茨威格則是用「撲克牌A」（aces）來稱呼這種粒子。[16]模型預言的Ω粒子不久後被發現，蓋爾曼認為自己的功勞應與茨威格平分。[17]蓋爾曼的術語「夸克」後來成為主流的叫法。1969年，他因在基本粒子的分類及相互作用方面的貢獻而獲得諾貝爾物理學獎。

1972年，他與哈拉爾德·弗里奇引入了新的守恆量子數，取名為「顏色荷」（"color charge"）[3]。緊接着又同漢里奇·勞意特維勒（Heinrich Leutwyler）一起提出了新術語「量子色動力學」（quantum chromodynamics, QCD）。夸克理論成為量子色動力學的一個組成部分。[18]

晚年

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20世紀90年代，他積極參與了聖菲研究所的集資籌辦和研究。該機構由物理學家菲利普·安德森和經濟學家肯尼斯·阿羅等人於1987年初創，主要開展有關複雜性的研究[19]。他參與過《大英百科全書》第16版的編輯，擔任籌備委員。蓋爾曼還協助編輯了語言學家焦恩·霍金茲（英語：John A. Hawkins (linguist)）的著作《人類語言的演化》（The Evolution Of Human Languages）。

2019年5月24日，蓋爾曼去世，享年89歲。[20]

個人生活

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蓋爾曼有一個曾做過報刊攝影記者的哥哥本尼迪克·蓋爾曼（Benedict Gelman (Gell-Mann)，1920年－2007年）。蓋爾曼對鳥類及自然歷史的強烈興趣是受到了哥哥的影響。[20]

婚姻與家庭

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1955年，蓋爾曼與瑪噶瑞特·豆（J. Margaret Dow）結婚，育有一子一女。1981年，豆去世，蓋爾曼陷入情感低谷。[21]10年後的1992年，蓋爾曼又與瑪西婭·搜斯維克（Marcia Southwick）結婚。

業餘愛好

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蓋爾曼喜歡觀察鳥類和收藏古董[22]。他熟悉古代文化和民俗傳說，甚至熟悉許多土著文化。[23]他能流利地使用13門語言[9]，並樂於炫耀自己過人的外語能力[24]。

逸聞

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蓋爾曼和費曼都是好勝心很強的知名科學家，2人曾經常為攀比誰是加州理工學院最聰明的人而爭執不休。[25]費曼知道博學的蓋爾曼喜歡侃侃而談，於是常常拿蓋爾曼說過的話開玩笑，故意激怒他，然後看他無語和抓狂的樣子，這讓蓋爾曼很惱火。[26]蓋爾曼和費曼都是紐約老鄉。

蓋爾曼在參加學術研討會時容易表現出傲慢的一面，如果他認為在他面前作報告的人所講的東西不重要或沒意思，他會公然拿出一份報紙然後埋頭看報，表示自己的不屑。[27]

蓋爾曼一開始並不怎麼喜歡物理，他有一次參加中國清華大學的諾貝爾獎大師聚會時回憶說：「我在耶魯大學開始學物理的時候，簡直是特別的頭痛，真是一點也不喜歡。」[28]

蓋爾曼好為人師，有一次還想當面糾正楊振寧說的漢語。[29]

青年時期的蓋爾曼認為去當時物理系並不強的麻省理工學院學物理是一個很掉身價的事情，因為沒有更好的選擇，他為此曾考慮過自殺。後來，他意識到自殺和去麻省理工讀書這2件事情的先後順序不滿足交換律，如果先自殺了就不能再去讀書了，於是選擇先去讀書，等以後再決定還要不要自殺。這就是「去MIT讀書與自殺不可交換順序」（attending MIT and killing himself didn't commute）的典故。[10][30]

主要成就

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1964年[3]，其夸克模型預測的Ω粒子被成功發現。[31][3]1967-1973年，史丹福大學直線加速器中心通過電子對質子的深度非彈性散射發現了暗示夸克存在的證據[31][32]，費曼稱之為「部分子」。標準模型是從蓋爾曼夸克模型發展而來的。[31]蓋爾曼還研究了重整化群。[3]

知名論文

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著作

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專著

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  • 《粒子物理學》（Particle Physics, 2005）

通俗讀物

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  • 《八重道》（The Eightfold Way. 1964, 與八重道的另一提出者尤瓦勒·內埃曼（英語：Yuval Ne'eman）合著）
  • 《破缺的尺度不變性以及光錐》（Broken Scale Invariance and the Light Cone, 1971, 與Kenneth Wilson合著）
  • 《夸克與美洲豹，簡單與複雜中的探險》（The Quark and the Jaguar: Adventures in the Simple and the Complex, 1994）
  • 《秩序與隨機性》（The Regular and the Random, 2002）
  • 《杓鷸的末日》(Last of the Curlews, 1963, 由Fred Bodsworth撰寫, 蓋爾曼作後記）
  • 《西南史前歷史專題》（Themes in Southwest Prehistory, 1994, 多人合著）
  • 《不可思議的奇蹟發生：法蘭克·奧本海默（英語：Frank Oppenheimer）和他的驚人探索館（英語：Exploratorium）》（Something Incredibly Wonderful Happens: Frank Oppenheimer and His Astonishing Exploratorium, 2009, 與K. C. Cole合著）

語錄

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維基語錄上的默里·蓋爾曼語錄
  • 「（理論學家）用紙、筆和廢紙簍作為研究工具，其中最重要的就是廢紙簍。」[33]
  • 「我們的工作就是一場令人愉悅的遊戲。」[31]
  • 「單憑几條簡潔的公式，怎麼可能預測大自然的普遍規律？」[33]
  • 「作為一個出色的物理學家，想像力很重要，一定要想像、假設。也許事實並不是這樣，但是這樣可以使你接着往前研究。創造力是最為重要的一個方面，這樣你才可以有新的角度去觀察事物。」[28]
  • 「成功來自好奇心，所以我們不能扼殺孩子的好奇心。」[8]

傳記

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蓋爾曼寫最為著名的傳記是由喬治·約翰遜（George Johnson）寫的《奇異之美：蓋爾曼與20世紀物理學革命》（Strange Beauty: Murray Gell-Mann and the Revolution in 20th-Century Physics）。另有由約翰·施瓦茨（施瓦茨曾受蓋爾曼關照多年）寫的《基本粒子與宇宙：向默里·蓋爾曼致敬的論文》（Elementary Particles and the Universe: Essays in Honor of Murray Gell-Mann, by John H. Schwarz, 1991）。

  • George Johnson. Strange Beauty: Murray Gell-Mann and the Revolution in Twentieth-Century Physics [奇異之美——蓋爾曼與20世紀物理學革命]. Vintage. 1999. ISBN 0679756884 （英語）. 
    • 漢譯版：George Johnson. 匡志強 (責任編輯) , 編. Strange Beauty: Murray Gell-Mann and the Revolution in Twentieth-Century Physics [奇異之美——蓋爾曼傳]. 朱允倫 (漢譯者); 江向東 (漢譯者); 楊美霞 (漢譯者); 郭鵬 (漢譯者) 1. 上海冠生園路393號: 上海科技出版社. 2002 [1999]. ISBN 7-5428-3031-7 （中文（中國大陸））. 

人物評價

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蓋爾曼興趣廣泛而且記性很好，通曉的知識領域既廣又深，在物理學家圈子中也是出了名的博學者，並作為專家參與過《大英百科全書》的編纂。但是他也以愛張揚、炫耀自己的才學[9][34]和看不起應用研究[35]而聞名。他甚至用英文諧音詞稱固態物理學為「骯髒狀態物理學」（squalid state physics）。[35]蓋爾曼也曾有心胸狹隘的一面。楊振寧和李政道在提出宇稱不守恆理論前，曾經提出一種宇稱雙重態來解釋「θ-τ之謎」。蓋爾曼也曾有想到過類似的科學假說，但是沒想到被李、楊二人搶先發表，所以蓋爾曼出於妒忌心理而對他們提出的想法進行抨擊。但是事後蓋爾曼和李、楊二人雙方還是達成了和解。

蓋爾曼涉獵廣泛，同時對科學中的還原論和各種分類性的學科有興趣，晚年還投入到複雜性理論的前沿浪潮中。但他和另一位參與創建聖菲研究所的菲利普·安德森看待覆雜性現象的觀點並不一樣。安德森也不認同蓋爾曼對固體物理等非基礎性學科的輕視。

  • 老對手理查德·費曼：「我們的基礎物理學知識里，但凡有成果的點子，沒有一個不冠有默里·蓋爾曼的名字。」（"Our knowledge of fundamental physics contains not one fruitful idea that does not carry the name of Murray Gell-Mann."）
  • 量子場論大師史蒂文·溫伯格：「從考古到仙人掌，再到非洲約魯巴克人的傳說，再到發酵學，他（蓋爾曼）懂得都比你多。」[8]
  • 量子場論名家戴維·格婁斯曾在2010年的一次訪談中說：「（蓋爾曼）主宰了20世紀50年代到60年代的理論粒子物理學，那是1個新實驗發現大量湧現的時代。」[36][37]

參考資料

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引用

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  1. ^ 1.0 1.1 默里·蓋爾曼在數學譜系計劃的資料。（英文）
  2. ^ 朱氏感言：别把大脑当容器. 人民網, 海南日報 (轉載自人民網). 2008年12月17日: 013版 [2016年12月31日]. （原始內容存檔於2021年2月12日） （中文（中國大陸））. 進入大學，朱棣文的求知慾爆發...這時候，他的英雄是牛頓、麥克斯韋、愛因斯坦，以及當代偉人費曼、蓋爾曼、楊振寧和李政道。 
  3. ^ 3.00 3.01 3.02 3.03 3.04 3.05 3.06 3.07 3.08 3.09 3.10 3.11 “无所不知”的默里·盖尔曼. 新華網. 2001年9月7日 [2017年3月9日]. （原始內容存檔於2017年3月12日）. 蓋爾曼的父母是第一次世界大戰之後從奧地利移居到美國的。父親阿瑟·蓋爾曼是一位語言教師，並通曉數學、天文學和考古學。蓋爾曼生於1929年9月15日，受父親的影響，蓋爾曼從小就愛好語言學和數學，並顯示出很高的天賦，常被人們稱為「奇才」。1951年在麻省理工學院獲得哲學博士學位。蓋爾曼的博士論文是研究亞原子粒子，對1963年諾貝爾獎獲得者維格納的研究工作有很大影響。1953年蓋爾曼提出某些核粒子的「奇異性」概念。1955年初，蓋爾曼到普林斯頓高級研究院工作，同年9月到加利福尼亞理工學院任教。1967年，蓋爾曼成了這裏的密立坎理論物理學教授，此後他一直在該院從事粒子物理學的研究。蓋爾曼對粒子物理學中幾乎所有主要研究領域都作出了重大貢獻，特別是他關於強子分類及其結構的研究，加深了人類對物質結構的深刻理解。蓋爾曼於1961年發表了他的「八重法」（仿照佛教的「八正道」）。「八重法」又名SU(3)對稱，即把全部粒子劃歸為簡單有序的族類系統，可與元素週期表類比。這個分類表裏也有空白，蓋爾曼預言一些新粒子的存在，其特性可以填補這些空白。1964年發現反Ω粒子，補滿了一個主族，使「八重法」在物理學界獲得公認。同年蓋爾曼與尼曼共同編輯出版了《八重法》一書。這一年蓋爾曼進一步提出了夸克模型，由此開闢了人們對物質結構認識的新篇章。蓋爾曼對科學發展的貢獻是多方面的。1953年，蓋爾曼與F·洛研究了後來被稱為重正化群的理論，對20世紀70年代發展起來的量子色動力學等規範理論起着重要的作用，著名粒子物理學家溫伯格對這一研究成果的評價是：「它是在量子場論方面發表的最重要的論文之一。」1972年，蓋爾曼與弗里茲希發展了夸克的「顏色」量子數概念。蓋爾曼對倡導和發展量子色動力學理論做了大量研究工作，他還提出和發展了流代數理論，蓋爾曼還對美國的教育、科學和宗教、科學與藝術、人口問題以及日益惡化的自然環境等方面發表過獨到的見解。除了獲得諾貝爾獎，他還獲得美國物理學會丹尼·海涅曼獎等多種獎勵，他是美國科學院院士之一，並被許多大學授予榮譽科學博士。1994年4月蓋爾曼的新書《夸克與絮凝劑》出版。  （需注意該新聞將書名《夸克與美洲豹》(The Quark and the Jaguar）誤寫成了《夸克與絮凝劑》。)
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  9. ^ 9.0 9.1 9.2 見DK科學百科 2015，第306-307頁，原文摘錄如下：「默里·蓋爾曼生於美國曼哈頓，可謂一個神童，7歲自學微積分，15歲進入耶魯大學學習，1951年獲得MIT博士學位...西島和彥也提出了同樣的量子數，但他稱其為『η電荷』。蓋爾曼興趣十分廣泛，能夠流利地說大約13種語言。他很喜歡通過文字和晦澀難懂的引用展現自己的博學多才。可能正是蓋爾曼引發了給新粒子起有趣名字的潮流。」
  10. ^ 10.0 10.1 10.2 見Johnson 2002，第65頁 (位於原書第2章「一部活百科全書」)。
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  13. ^ 見DK科學百科 2015，第306-307頁，原文摘錄如下：「1964年，八重法：一個強作用對稱性的理論...蓋爾曼用『八重法』對基本粒子進行分類，『八重法』源自佛教達到最高理想境地的八種方法。正如德米特里·門捷列夫將化學元素排入一張週期表中，蓋爾曼也設想了一張表格，其中可以排列基本粒子，同時為尚未發現的粒子留出空位。為了讓表格最簡化，蓋爾曼提出強子由一種尚未發現的基本粒子組成。因為質量較大的粒子不再作為基本粒子，從而將基本粒子的數量減少到了可控的範圍，此時強子看成是由多種基本粒子組成的。」
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  15. ^ 見DK科學百科 2015，第306-307頁，原文摘錄如下：「蓋爾曼十分喜歡給粒子起古怪的名字，他根據詹姆斯·喬伊斯《芬尼根的守靈夜》小說中他最喜歡的一句話，將這種新的粒子命名為夸克。」
  16. ^ 見DK科學百科 2015，第306-307頁，原文摘錄如下：「1964年...喬治·茨威格...提出，強子由四種基本粒子組成，他將其稱作「艾斯」（Ace，撲克牌中的A）。歐洲核子中心的《物理快報》拒絕了茨威格的論文，但同年卻發表了更資深的蓋爾曼的文章...蓋爾曼的論文得以發表可能是因為他並沒有指出夸克真實存在，他只是提出了一種組織體系。但是，這種體系似乎不能令人滿意，因為它要求夸克必須帶有分數電荷。」
  17. ^ 見DK科學百科 2015，第306-307頁，原文摘錄如下：「蓋爾曼的論文發表不久，紐約布魯克黑文國家實驗室就發現了由三個夸克組成的Ω粒子。這一發現證實了新的粒子模型。蓋爾曼堅稱，這一模型應該歸功於他和茨威格兩個人。」
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  25. ^ 見Mlodinow 2007，第35頁（位於原書第6章）和Mlodinow 2007，第135頁 (位於原書第24章)。
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外部連結

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