​1929年9月15日美国著名物理学家、诺奖得主默里·盖尔曼诞辰

1929年9月15日美国著名物理学家、诺奖得主默里·盖尔曼诞辰

文史公曰：他提出了质子和中子由三个夸克组成，夸克理论的提出者，夸克的命名者；一辈子找“人类不知道的东西”；一个活着的时候就已经被写进物理学教科书的伟大科学家；人们说他有“五个大脑”，15岁时考入了耶鲁，26岁就成为加州理工最年轻的终身教授；24岁发现了基本粒子的一个新量子数——奇异数；28岁建立了正确描述弱相互作用的V-A理论；32岁提出了强子分类的八正法(相当于介子和重子的门捷列夫周期表)；35岁创立了夸克模型(quark)；40岁荣获诺贝尔物理学奖。这些重大理论突破中的每一项也曾由别人独立地提出过，但只有盖尔曼一人对所有发现都有原创性的贡献。

他是“统治基本粒子领域20年的皇帝”；自20世纪50年代以来，在粒子物理学中一直扮演着最重要的角色。特别是他于1964年提出的夸克模型，开辟了人们对物质结构认识的新篇章，被誉为“夸克之父”。

他深邃的洞察力与旺盛的创造力使同时代的许多物理学家黯然失色。他对基本粒子物理学的重要贡献极大地加深了人类对微观世界的了解。

人们说他有“五个大脑”，遗传运算法则创始人约翰·赫兰（麦克阿瑟天才奖获得者）称他是“真正的天才”；诺贝尔物理学奖获得者菲利普·安德森曾评价他“现存的在广泛的领域里拥有最深刻学问的人”；诺贝尔物理奖获得者斯蒂文·温伯格说他“从考古到仙人掌再到非洲约鲁巴人的传说再到发酵学，他懂得都比你多”。

默里·盖尔曼1929年出生于美国纽约的一个犹太家庭。盖尔曼的父母是第一次世界大战之后从奥地利移居到美国的。他的父亲阿琵·盖尔曼是一位语言教师，并且通晓数学、天文学和考古学。

盖尔曼8岁那年就获得了一笔奖学金，从一家地方公立学校升入纽约的一所高级学校。

到14岁时，他考虑申请到耶鲁大学，父亲问他想学什么，“我回答说‘只要跟考古或语言学相关就好，要不然就是自然史或勘探’，父亲的第一反应是‘你会饿死的’”。时值1944年，战争时期的美国经济状况并不理想，他的父亲强烈建议他学“工程”，然而讽刺的是，在经过能力测试后盖尔曼被认为适合学习“除了‘工程’以外的一切学科”。于是他父亲建议：“我们干吗不折中一下，学物理呢？”

15岁时，盖尔曼考入了耶鲁大学。

1948年，盖尔曼获得了物理学士学位，并获得了麻省理工学院的研究生奖金而成为那里的研究生。在麻省理工学院，盖尔曼从师于著名物理学家V·韦斯柯夫。

1951年元月，盖尔曼获得了博士学位。由于他在研究生期间的出色工作，盖尔曼被资助到普林斯顿高级研究院工作一年（1951年）。同年的夏季，他在伊利诺斯大学进行了一段教学和研究。

1952年，盖尔曼成为芝加哥大学核研究所（后来改名为费米研究所）的讲师。在这个研究所里工作，盖尔曼深为以费米为中心所形成的学术气氛而激励。

1953年，盖尔曼升为助理教授，并在此年提出了著名的奇异量子数概念。

1954年盖尔曼成为副教授，该年秋季，盖尔曼到哥伦比亚大学讲学。于1955年初他离开芝加哥，又一次来到了普林斯顿高级研究院工作。

1955年9月，最好的选择是去加州理工学院，“那里有费曼”，盖尔曼接受了加州理工学院物理学副教授的位置，并于次年成为教授。不到26岁就成为加州理工学院最年轻的终身教授。

20世纪40年代末到50年代初，人们首先是从宇宙线实验，随后是在加速器实验中，发现了一批行为“奇特”的粒子（奇异粒子）。这些粒子的奇特之处在于它们通过强作用产生，却通过弱作用衰变，这按当时的理论是无法解释的。如何解释奇异粒子的这种大的产生截面和长的衰变寿命这一矛盾现象呢？

盖尔曼的主要科学贡献之一是关于奇异量子数的研究。1952年初，刚到芝加哥大学的盖尔曼也开始研究奇异粒子问题。同年8月，他发表了有关奇异数的重要论文“同位旋和新的不稳定粒子”。

在1954年7月的格拉斯哥会议上，他与A·佩斯联名提交了有关奇异数方面的论文，并从实验中总结出在弱相互作用中Δ/= 1/2的选择定则。

盖尔曼又于1956年发表了题为“作为位移荷多重态的新粒子的解释”的论文，进一步详细地论述了他的奇异量子数概念，并提出了盖尔曼-西岛法则（日本物理学家K·西岛和彦于1955年独立地提出了奇异量子数方案。当时西岛和彦称奇异数为η 荷）。

关于“奇异”一词，盖尔曼最初采用了“好奇”（Curious），后来改用“奇异’（Strange）。这一词来自F·培根的词句“在比例中不具有某种奇异性是不会成为至美的”。

他还指出，在强作用中，奇异数是守恒的，这解释了为什么奇异粒子的衰变不能由强作用引起以及在非奇异粒子的碰撞中奇异粒子为什么会成对产生。他还证明，电磁作用中奇异数也是守恒的，而在弱作用中奇异数不守恒。

奇异数方案的提出，不仅解释了奇异粒子的行为，而且还预言了一些新的奇异粒子，这些粒子后来陆续为实验所证实。它不仅建立了基本粒子与相互作用之间的一个逻辑、简明的关系，而且为后来强子分类的研究工作奠定了基础。奇异数守恒已成为粒子物理学中的一个基本原则。

1956年，李政道和杨振宁关于弱作用宇称不守恒的提出，导致了粒子物理学家对弱作用本质的研究。从1957年春天到夏天，盖尔曼同A·罗森费尔德开始研究弱作用，盖尔曼得出了普适的费米作用具有V-A形式的假设。随后，他与R·P·费曼于1958年发表了“费米相互作用理论”的论文。

这一理论给出了弱作用的普适形式（与此同时，G·苏达香和R·马夏克也提出了类似的想法）。这是经过20多年曲折发展以后达到的关于弱作用的正确的唯象理论。

该文还提出了弱作用由中间矢量玻色子传递的思想，为弱电统一理论的发展开辟了道路。

同时，论文中他们首先将流的概念应用到弱作用，并发展成流代数。盖尔曼所提出和发展的流代数是60年代强作用唯象理论研究的主流之一。人们曾利用流代数得出矢量守恒（CVC）、轴矢流部分守恒（PCAC）、阿德勒-韦斯伯格求和规则和其他一些低能定理。同时它对盖尔曼研究八重法和夸克模型都起到了重要作用。

1959年至1960年期问，盖尔曼应邀来到法国，在法兰西学院及巴黎的其他研究机构作为期一年的访问研究。在那里，他同M·利维合作继续研究他与费曼已开始的关于戈德伯格-特里曼（Goldberger-Treiman）关系式的推导，这导致了轴矢流的散度与π场成正比的想法。于是他同M·利维等人得出部分轴矢流守恒定理。

1960年3月，美国的S·L·格拉肖也来到法国进行学术报告。在这里，他与盖尔曼对弱电统一规范理论进行了讨论，而且盖尔曼还鼓励格拉肖发表了他的关于弱电统一理论的论文（1961年）。这篇重要的论文使格拉肖与温伯格、萨拉姆共同分享了1979年度诺贝尔物理学奖。

盖尔曼之所以对格拉肖的工作感兴趣，原因是自1958年提出V-A理论后，他也在思考用杨-米尔斯规范理论来统一描述弱作用和电磁作用的问题。

1960年秋季，格拉肖应盖尔曼之邀，来到加州理工学院做一年的访问研究。这期间，盖尔曼同格拉肖一起进一步研究了如何将杨-米尔斯理论应用到弱电作用和强作用中。正是此时，盖尔曼了解到了李代数，这促使他提出了著名的八重法理论。

盖尔曼的另一杰出工作是八重法理论。到60年代初，人们已在实验中发现大量的强子，对这些粒子进行有秩序，有规律的描述乃是粒子物理学家所追求的目标之一。

早在1949年，费米和杨振宁曾提出π介子是由核子-反核子组成的假说，认为核子是更基本的粒子，以解释其他一些粒子的组成。但该理论不能解释奇异粒子的组成。

1959年早期，他决定用杨-米尔斯理论来描述强相互作用，随后他研究了杨-米尔斯理论的可能推广。由于他当时对群论并不熟悉，致使他没有取得重大进展。

1960年12月的一次偶然的机会，他从本院的数学助理教授R·布洛克那里了解到了李群，并且马上意识到他所研究的八个生成元相应于SU（3）群。这使他很快提出了“八重法理论”。

1961年新年伊始，盖尔曼按照他的八重态理论，对大量粒子进行了分类。由于每八个粒子能填人SU（3）群的8维表示中，因而他命名他的方案为“八重法”。

同年，盖尔曼将他的八重法方案写成报告：“八重法：一个强作用对称性的理论”，并于1962年正式发表了“重子和介子的对称性”这篇重要论文，进一步讨论了八重法方案（与此同时，以色列的Y·尼曼也独立地提出了八重法理论）。

八重法理论正如元素周期表一样，将大量已知的粒子进行了有规则的划分，并且根据某一族八重态中尚且空余的位置来预言新的粒子的存在及其性质。为了使人们发现这些粒子，盖尔曼曾建议建造较高能量的加速器。

1964年是使盖尔曼在粒子物理学中的地位愈加突出的一年。这一年，W-粒子的发现证实了八重法的理论预言；这一年，盖尔曼进一步提出了夸克模型，由此开辟了人们对物质结构认识的新篇章。

1960年代，盖尔曼指出，真正的基本粒子是“夸克”，那些新粒子其实都是“夸克”组成的。盖尔曼“夸克理论”的基本粒子包含三种：上夸克(u)，下夸克(d)，奇异夸克(s)。这三种夸克可以通过不同组合得到实验上发现的新粒子。

盖尔曼在撰文说明宇宙线粒子行为似乎违反了物理学定律时，援引了弗兰西研究图研究图斯·培根的名言："没有任何极致之美，在其结构中不会呈现任何奇异性"。

盖尔曼的夸克模型对当时发现的新粒子成功进行了分类。

他预言了当时尚未发现的粒子公式，理论预测给出的质量是1670MeV。人们随后在实验中证实了这个粒子的存在，实验测量的质量是1672.45±0.29MeV，与理论预言基本一致。夸克模型获得巨大的成功，人们得到了粒子物理的“元素周期表”。

1964年，盖尔曼和乔治·茨威格都独立提出了夸克理论，开辟了人们对物质结构认识的新篇章。

1966年在伯克利召开的国际高能物理会议上，会议组织者准备请几位专家分别作各个方面的进展报告。当对请谁来作报告而产生争议时，有人提出了一个令人鼓舞的建议：让盖尔曼一个人将所有的事全包下来。由于盖尔曼在这一领域的几乎所有方面都做过工作，在90分钟的讲演中，他权威地对整个领域作了评述。

1967年，盖尔曼成为了这里的R·A·密立根理论物理学教授。

1969年，盖尔曼因在基本粒子的分类及相互作用方面的贡献而获得诺贝尔物理学奖。瑞典皇家科学院的I·沃勒教授在授奖仪式上，高度评价了盖尔曼的科学工作，并指出“十几年来盖尔曼在粒子物理学中一直扮演着重要的角色”；他所引进的方法是“进一步研究粒子物理学的最强有力的手段之一”。整个国际物理学界对盖尔曼获得此项殊荣都表示了热情的接受。

他在诺贝尔奖颁奖庆典上致词说：“对于我，研究那些法则是与对表现千差万别的自然界的热爱不可分的。自然科学基本法则的美，正如粒子和宇宙的研究所揭示的，在我看来，是与跳到纯净的瑞典湖泊中的野鸭的柔软性相关的……”

1972年，盖尔曼与Harald Fritzsch引入了新的守恒量子数，取名为“颜色荷”（"color charge"）。紧接着又同Heinrich Leutwyler一起提出了新术语“量子色动力学”（quantum chromodynamics, QCD）。夸克理论成为量子色动力学的一个组成部分。

70年代早期，盖尔曼和H·弗里兹进一步推广了流代数理论，发展了光锥代数，这是一种理解标度无关性的场论方法。1972年，盖尔曼和弗里兹还发展了夸克的“颜色”量子数概念。这是继Y·南部和韩提出夸克具有另外荷思想的重要发展。盖尔曼对倡导和发展量子色动力学理论也作出了许多必要的工作。量子色动力学（简称QCD）的命名就是出自盖尔曼。

20世纪90年代，在获得诺贝尔奖约15年后。他掉转了方向，发起创建了圣菲研究所，并在该机构开展有关复杂性的研究。使之成了世界研究复杂性理论的中心之一。该所主要研究方向为非线性物理，混沌动力学和复杂性系统。

盖尔曼也曾写过一本书科普书，叫《夸克与美洲豹》。这本书总结了盖老在两个不同研究领域的感受。从这本书中可以充分领会到他百科全书式的博学多才。

此外，盖尔曼还是一个鸟类学家和语言天才。他和语言学家John Hawkins 合著有 The evolution of human languages《人类语言的演化》。

盖尔曼曾在尼克松总统科学顾问委员会工作过，他还是伦敦皇家学会的外籍成员以及法国物理学会的荣誉成员，他还被许多大学授予荣誉科学博士。

1959年，获得了美国物理学会的丹尼·海涅曼奖：

1966年，获美国原子能委员会颁发的E·O·劳伦斯物理学奖；

1967年，获费城富兰克林学院的富兰克林奖章；

1968年，获美国科学院的J·J·卡蒂奖章；

1969年，诺贝尔物理学奖。

2019年5月24日，高能物理理论的巨人盖尔曼默里·盖尔曼辞世，享年89岁。

默里·盖尔曼（Murray Gell-Mann，1929年9月15日—2019年5月24日），出生于美国纽约。美国物理学家。