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见识科学家的另一副“面孔”
——利昂·莱德曼著《上帝粒子》校译后记

尹传红

 

  一位白发蓬乱、举止优雅的老人,此刻正坐在一列从芝加哥出发的市郊火车上。车厢内很是拥挤、嘈杂。
  靠站了,一个小护士领着一群表情奇怪的人上了车。他们来自当地的精神病院,一进车厢就把老人围在了中间。这时,小护士一边嚷嚷一边开始清点人数:“一,二,三……”数着数着她的眼光就移到了那位老人身上,并停下来问道:“你是谁?”
  “我是利昂·莱德曼,”老人颇为自得地回答说,“诺贝尔奖获得者,费米实验室主任。”
  “哦,是的,”小护士用手指着老人,点了点头,难过地继续数道:“四,五,六……”
  没错,那位老人确是利昂·莱德曼(Leon Max Lederman,1922~)。1988年,他因发现μ子型中微子、揭示了轻子的内部结构而荣获诺贝尔物理学奖。上面这个令他哭笑不得的小故事,出自他在1993年出版的《上帝粒子》一书。翻翻这部“可能是迄今描写物理学的最有趣的一部作品”,你还能读到由这位“继理查德·费恩曼之后最有魅力的物理学家”讲述的、有关科学家的许多让人忍俊不禁的趣闻轶事。

科学家的“多样性”

  《上帝粒子》这个书名带着一个副题:假如宇宙是答案,究竟什么是问题?乍一看,论述的是非常严肃的话题。然而,即便是叙说探寻物质最终要素这个老生常谈的故事,作者讲的也是引人入胜、妙趣横生——穿插了许多俏皮的字句、机智的旁白和诙谐的典故,让我们得以一窥诸多著名科学家的“另一面”,笔者本人在校译之时常常也乐在其中,非常开心。
  先来说说1908年诺贝尔化学奖得主卢瑟福吧。尽管他本人也是一位不错的理论物理学家,但他却几乎不加掩饰自己对理论家的轻蔑。下面就是一些流传了几十年的卢瑟福语录:
  千万不要让我逮到谁在我的实验室里谈论宇宙。
  哦,那个东西(相对论),我们在工作中从来就懒得惹它。
  所有的科学除了物理学就是集邮。
刚才我在读我早期的一篇论文。读完后我对自己说,“卢瑟福,这小伙子,你他妈的真是太聪明了。”
  1985年诺贝尔物理学奖得主卡洛·鲁比亚也很“各色”。他不能容忍愚蠢的行为,其强有力的甚至有点儿霸道的“管制”方式,让一些下属和同僚心里很不舒服。在长岛举行的一次夏季会议期间,有人在海滩上做了这样一个标记:“严禁游泳,大海正由卡洛使用。”
  最有趣的要算1945年诺贝尔物理学奖得主沃尔夫冈· 泡利。他以要求严格和脾气暴躁而出名。有一次他向一位同行抱怨,他找不到一个富有挑战性的问题:“可能是由于我知道得太多了。” 当一个年轻的新助手韦斯科普夫——未来理论界的领导者——向他报告时,他上下打量了一下对方,然后摇晃着脑袋嘀咕道:“啊,你太年轻,所以你什么也不懂。”几个月后,韦斯科普夫向泡利呈交了一份理论报告。他扫了一眼,说道:“呃,这东西还算过得去!”
  泡利还曾对他的一个博士后说:“我并不介意你思考得慢,我介意的是你发表文章的速度比你思考的速度还要快。”没有人能够在泡利那里全身而退。他曾经向爱因斯坦推荐一位新的助手,当时爱因斯坦正致力于研究他那没有结果的统一场论在数学上的奇异结果。泡利在推荐信上写道:“亲爱的爱因斯坦先生,这个学生很优秀,只是他有点儿分不清数学和物理学。不过,另一方面,主啊,您自己对这两者的鉴别能力似乎也丧失很长一段时间了。”
  在《上帝粒子》一书中,作为实验物理学家的莱德曼不时地总要对理论物理学家挪喻一番。他承认:实验和理论的相互作用是粒子物理学的乐趣之一;物理学总体上是在实验家和理论家这两类人的相互影响下发展起来的,但两者却永无休止地陷入到一种爱恨交加的纠葛之中,因为人们总在计算两者的高下。他还不无讥讽地说:理论物理学家可能一辈子也碰不到实验工作中存在的智力挑战,也经历不到其中的激动和危险。理论家面临的唯一风险,是当他们在查找计算错误时用铅笔戳到自己的脑袋瓜子。
  在他看来,理论家经常会得到一些并非恰如其分的荣誉。他还打了这样一个比方:理论家、实验家和科学发现的关系就像农夫、猪和块菌的关系。农夫把猪带到可能有块菌的地方,猪就开始努力地寻找块菌。最后,猪找到了一块,可正当它要吃掉块菌时,农夫却把块菌拿走了。
  不过,莱德曼对理论物理学家、1957年诺贝尔物理学奖得主李政道似乎颇有好感,书中多处提及李政道(他说他“不是很了解杨振宁”),对李政道在中餐馆点菜的“派头”印象尤深,还有一段很传神的描绘:
  在午餐会开始讨论严肃话题之前,李政道先在一个恭敬的餐馆领班递来的小便笺本上点菜——每星期来吃饭他都要干这些琐事。李政道点菜很有派头,那真是一种艺术。只见他瞅了一下菜单、便笺本,用汉语向服务员问了一个问题,而后皱皱眉头,提笔划过纸面,认真地写下几个符号。接着是另一个问题,在一个符号上做了一下改动。为了得到神的指引,他瞥了一眼锡制的浮雕天花板,然后,大笔一挥而就。最后再看时,他的两只手都停在便笺本上,一只手五指伸开,传递着教皇对众人的祝福,另一只手则握着铅笔杆。一切尽在此间?阴阳、色、香和味的完美交融? 
  《上帝粒子》以流畅风趣的文笔描绘了一个杰出的科学家群体,但作者显然没有刻意去拔高或一味地颂扬他们(包括作者自己)。正如莱德曼所指出的那样:科学家通常也是普通人。正因为如此,他们才有着巨大的多样性,使得人们如此……如此有趣。
  在他眼里,科学家有的很安静,也有的雄心勃勃;他们有的受好奇心驱动,也有的是为了一己私利;他们有的有着天使般的美德,也有的贪得无厌;他们有的绝顶聪明,也有的年老时还像孩子般天真。穷根问底,神魂颠倒,心灰意懒…… 


莱德曼的“自画像”

  《上帝粒子》一书中不时流露出来的真情,也活脱脱地向我们展示了一个真诚、谐趣、可爱的莱德曼形象。例如他谈到“科学家之间能力的差距也是巨大的”:这是允许的,因为科学既需要建筑大师,也需要混凝土操作工人。我们之中有权威无上的人,有绝顶聪明的人,有心灵手巧的人,有直觉灵敏的人。但对于科学来说,最最重要的还是——运气。这里面甚至也有傻瓜和……笨蛋!
  据莱德曼说,对于他的这个观点,他的母亲有一次抗议道:“(笨蛋)你是指别人相对你来说的吧。”他的回答很干脆:“不,妈妈,是像其他的笨蛋一样笨。”他母亲又问:“那他是怎样得到博士学位的?”莱德曼答道:“坐臀,妈妈。”他接着解释说:坐臀是一种耐着性子把工作干完的能力,一遍又一遍地做,直到把工作完成。那些颁发博士学位的也是人——迟早他们会让步的。
  莱德曼甚至还坦率地披露了他对于同行、1976年诺贝尔物理学奖得主丁肇中的偏见,以及他还没获得诺贝尔奖时的那种“酸葡萄”心理。他在书中写道:
  丁肇中是一个小心谨慎、循规蹈矩而又有条理的实验家……我在给他写的推荐信中故意夸大了他的一些弱点——要想帮人找工作,这样做很有效。但我这样做只是为了说明:“丁肇中是个狂热、酸腐的中国科学家”。实际上,我对丁肇中是怀有偏见的,因为他是个中国人,这种偏见还是我小时候养成的。那时我爸爸开了家小洗衣店,因此经常听他讲起中国人与他进行竞争的许多事情。长大以后,与中国科学家共事总让我有点儿神经质。
  莱德曼还提到,当他端坐书房撰写《上帝粒子》一书时,仍能回忆起17年前听到丁肇中获得诺贝尔奖的消息时的那种感觉:“作为一个科学家,作为一个粒子物理学家,我为这个重要发现而感到万分高兴,高兴之中自然也有几分对发现者的嫉妒,甚至还有一点‘恶狠狠’的怨恨。这该算正常的情绪反应吧,因为我曾经在那里工作过——应该说丁肇中一直在做我未做完的实验!虽然在1967-1968年时还没有可以得到这种精确结果的仪器,但我们在布鲁克黑文实验室所作的那个实验孕育了两项诺贝尔奖,如果当初我们有一个功率更强的探测器,如果比约肯那时在哥伦比亚大学,如果我们更聪明一点……”
  能拿到诺贝尔奖,自然是件很光彩的事。莱德曼承认,诺贝尔奖给获得者罩上了一层神圣的光环。“即使是你最好的朋友,一个你从小玩到大的伙伴,一旦他获得了诺贝尔奖,在你眼中他的形象也会有所改变。”获此殊荣确实使他的生活发生了改变,甚至还会“带来一些有趣的副效应”,因为公众对你的头衔的敬畏永远不会消失。
  有一次,当莱德曼想为芝加哥的公立学校做点什么时,诺贝尔奖的光环就起作用了。人们聆听着他的讲话,方便之门一个个也打开了,“一夜之间就有了加强城市中学科学教育的计划”。诺贝尔奖这张不可思议的“通票”,竟使一个人可以对社会活动产生不小的影响。莱德曼感叹:“不管你因为什么荣获诺贝尔奖,你都会立刻成为一个各方面都精通的专家。”想必有人问过他,他才有这番调侃:“巴西的债务?当然懂。公共安全?没问题。‘莱德曼教授,请告诉我,妇女的裙子多长为好?’‘当然是越短越好喽!’我在心里这么说。不过,我确实很想凭借这个荣誉为美国高等科学教育的发展尽一份力。为这项事业计,让我再拿一次诺贝尔奖不好吗?”
  多少年来,科学家在人们的头脑中似乎都已经“固化”成了一种模版式的形象。但翻一翻《上帝粒子》一书,听一听莱德曼的夫子自道,再瞧一瞧他的“自画像”,相信你看到的会是一个“真实”的科学家,一个“可爱”的莱德曼。


寻找“上帝粒子”

  看似杂乱无章的世界,是不是可以归结为极少数的东西?不消说,用一个简单的理论,即全能的“超统一理论”来描述我们生活的宇宙的错综复杂性,是每一个物理学家的梦想。
  然而,这谈何容易?伟大的爱因斯坦用他一生的大部分精力试图统一引力和电磁力,但没有结果,最终他还是抱憾离去。
  尽管难以企及,寻求“统一”的接力依旧还在传递。莱德曼就是这诸多孜孜以求者当中极为执著的一位。在《上帝粒子》一书的开篇中,他有这样一段描述:
  我是在布朗克斯长大的,那时我经常一连几个小时地看我哥哥摆弄化学药品。他是一个神童。我情愿做所有的家务活,以便他允许我看他做实验。现在他在做一些新奇商品的买卖,出售的东西包括狂欢的软垫、升降机牌照或者印有流行字眼的T恤等。这些T恤能够让人们用一句长度不超过胸宽的话总结出他们的世界观。科学家的目标也不过如此。我的目标就是活到能看到所有的物理学定律都被还原为一个简洁优美的公式,可以非常轻松地印到一件T恤的胸前。
  少年时代读过的一本书给莱德曼留下了极为深刻的印象。10岁那年,莱德曼曾因为出麻疹而卧床不起,为了给他解闷、鼓劲,父亲给他买了一本爱因斯坦和英菲尔德合著的《相对论的故事》。书里讲的是科学上的侦探故事,每一个故事中都包括一个谜案、几条线索和一个侦探。侦探通过线索来解决这一谜案。而数十年后莱德曼在《上帝粒子》一书中讲述的故事,则有两个谜案需要去解决,它们都跟粒子有关。
  第一个就是人们苦苦追寻的由德谟克利特最早提出的不可见也不可分的物质粒子——“原子”,它位于整个粒子物理学讨论的基础问题的核心。人们已经为解决这个谜案奋斗了2500年,积累了上千条线索。在《上帝粒子》的前几章中,莱德曼详细地回顾了前辈们所做的工作。他告诉我们,有许多“现代”的思想,实际上早在16和17世纪,甚至在基督教产生之前几个世纪就已经出现了。在《上帝粒子》的后几章中,莱德曼又引导我们回到现在来追寻第二个、也许是更大的一个谜案,其主角便是他认为在指挥着宇宙交响曲的粒子。
  在莱德曼生动流畅的笔触中,我们可以看到两位不同时代的科学家之间存在的天然的血缘关系。其中一位是个16世纪的科学家,他从比萨斜塔上将两个重物抛了下来;另一位是个当代的粒子物理学家(说的大概就是莱德曼自己吧?),他坐在寒风扫过的伊利诺伊平原上一间临时营房里,冻僵了手指,还在检查从埋在封冻的地下、价值5亿美元的加速器里流出来的数据。他们都问了相同的问题:什么是物质的基本结构?宇宙是怎样运行的?
  在寻找这样一件终极T恤的过程中,人们付出了持续几个世纪的努力,并且取得了显著的进步。例如,牛顿发现的万有引力,可以解释好多看起来毫不相关的现象:潮汐、苹果落地、行星运行和星系的形成。牛顿的T恤上写着F=ma。再往后,法拉第和麦克斯韦揭开了电磁波谱的秘密。电、磁、阳光、无线电波和x射线都是同一种力的表现。1929年,劳伦斯建造了世界上第一台粒子回旋加速器,打开了探索未知亚原子世界的大门……由此,物理学们家一步步地形成了对天地万物组成的基本认识。 
  如今,通过对多种粒子的研究,我们已经建立了“标准模型”,可以把现实中的一切归结为大约12种粒子和4种作用力。这个标准模型至今仍被证明是正确的,它将那些组成天地万物的所有基本微粒系统地分门别类,形成了一张简单的列表,并阐明了微粒之间相互作用的规律。
  可是,在粒子物理学家眼中,标准模型里仍有两种令人烦恼的缺陷。第一种与它的不完备性有关。顶夸克直到1993年初仍没有找到(1995年宣布找到了)。中微子中尚有一种(τ中微子)也没有被直接观测到,物理学家所需要的许多数字还没有获得精确值。例如,我们不知道中微子是否有静止质量。我们需要知道CP对称性的破坏——物质的起源过程——是如何出现的。第二种缺陷则纯粹是美学上的,因为标准模型还没能达成数学的一致性。
  到底是什么东西在阻碍我们得到那件完美的T恤呢?
  莱德曼“咬牙切齿”地说: “宇宙中有一个无所不在的幽灵一样的大坏蛋,正在阻止我们理解物质的真正本质,阻止我们获得终极的知识。”这个看不见的阻止我们了解真相的障碍叫希格斯场(Higgs Field)。它那阴冷的触角伸向宇宙的各个角落,而它的科学和哲学意义让物理学家起了一身鸡皮疙瘩。希格斯场通过一种粒子来施展它的邪恶的魔力。这种粒子的名字就叫做希格斯玻色子(Higgs boson)。寻找希格斯玻色子就是建造超级对撞机的主要原因之一。
  今天,这种小得超乎想像的微粒已经处于当今物理学疆域的核心,它对于我们最终理解物质的结构举足轻重;而同时,它又是那样的难以琢磨,所以莱德曼给它取了一个绰号:上帝粒子(God Particle)。
  不过,莱德曼原来取的名字是“该死的粒子”( Goddanmn Particle):“考虑到它那‘恶毒’的本性,再加上花在它身上的巨额资金,我认为这个名字可能更加合适。”但出版商不干,于是变通一下就成了“上帝粒子”。
  其实这个名字也是非常合适的,因为这个“该死的粒子”是如此神秘,与我们已知的任何东西都全然不同。如果希格斯玻色子真的存在(对此仍还有些疑问),并能识别出来,那就能回答一个长期以来只有哲学家和疯子才会提出的“傻”问题:物质为什么会有质量?借用欧洲原子能委员会的发言人彼得·杰尼的说法:物理学家需要希格斯玻色子来解释一个对普通人来说不是问题的问题:万物皆有质量。
  为了实现那个雄心勃勃的“统一”目标,物理学家一直在跟某些抽象的物理和数学理论打交道。这些理论有不少晦涩难懂的名称(如超弦、超对称性、超引力等)。英国著名的理论物理学家霍金说过:“如果我们能找到一个答案,我们将宣告人类理智的最后胜利,因为我们将懂得上帝的意图。”
  是的,在“上帝粒子”的背后,揭示了一个辉煌的、令人目眩的世界。可很快我们便会察觉到,我们并没有得到所有的答案:电子、夸克和黑洞里面到底有什么呢?这些问题将牵引着我们继续探究下去。


《上帝粒子》,(美)利昂·莱德曼 迪克·泰雷西著,米绪军等译,尹传红校,上海科技教育出版社,2003年月第1版,定价:33.50元

 

2004年10月2日加入