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科學報 科學文摘 宇宙

15歲考上耶魯大學物理系,智力驚人的他讓混亂的微觀粒子變得有序


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更新日期:2024807
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量子電動力學,無論用哪種尺度衡量,都是真正偉大的發現,它光榮總結了半個世紀令人目不暇接的科學。在量子電動力學中,原子帶給我們一個理論,它以驚人的准確性解釋了我們宇宙的大部分。

但是,自從量子電動力學自20世紀40年代末期大獲全勝以來,物理學界開始變得支離破碎。作為量子電動力學的結果,科學家確信宇宙中絕大部分物質由兩種基本單位組成:原子與光。

光由稱為光子的微小粒子組成,而原子由三個部分組成,電子,質子和中子。而由於反物質的存在,還有反質子,反中子和正電子。

由於量子電動力學的法則,物理花園裏的一切看起來欣欣向榮。但是,很大程度上處於物理學家的努力工作,一批新的怪異粒子突然出現了,好像宴會上突然闖入的不速之客,那些怪異的實體,不容於任何已知的理論,頻頻出現在物理實驗室中,科學家甚至都來不及給它們起名字,中微子,正介子,負介子,K介子…,每一個都有其發物質伴隨。情況完全是一團糟,物理學家絕望地稱之為“粒子動物園”!

看起來好像每次科學家解決自然的一個奧秘,原子就會給他們看看更奇怪的。不到幾年時間,原子物理就從泰然自若變成一團亂麻。當然,要解釋這一新的謎團需要另一個科學革命!

默裏-蓋爾曼時隔少年天才,15歲的時候就已經在耶魯大學開始學習物理了,20歲剛出頭它就拿到了博士學位,它不可思議的智力常常令旁人驚駭。他能說好幾門語言,並且似乎對別人提出的任何問題都有深入的了解。

蓋爾曼獨辟蹊徑,使用了一種完全不同的數學使得數目龐大的亞原子粒子可以處理。他所用的是一種偏僻的數學,成為群論。顧名思義,這門理論分析數學和符號的分類,把它們組成簡單的模式和對稱形式,就像一門抽象的折紙藝術。使用這一技術,蓋爾曼逐漸把所有已知的粒子歸位到一個有組織的系統中,他把它叫做八正道,這個詞來源於一首佛教的詩。

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接著他得到最驚人的啟示,蓋爾曼意識到它的群論指向一個更深刻的數學真理,將完全重寫原子法則手冊。蓋爾曼的數學給他的啟示是,為了讓所有的新粒子在他的八正道中顯現連貫的模式,他必須承認一個更深刻更基礎的現實,事物完全和它們的表象不同。

物理學家已經習慣於這樣的概念,原子裏有三種不同的微粒,電子繞圈運動,質子和中子組成其核心。而蓋爾曼大膽猜測,質子和中子本身由更基本的微粒組成,他稱作“誇克”!誇克的發現成功地讓混亂的粒子動物園變得有序!

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