T型 维亚·帕尼斯佩尔纳(Via Panisperna)物理研究所的成员习惯于给自己取一些好笑的绰号:恩里科·费米(Enrico Fermi)是“教皇”,奥索·科尔比诺(Orso Corbino)是“全能的上帝”,弗兰科·拉塞蒂(Franco Rasetti)是“红衣主教牧师”。那是1930年, 意大利首都吹嘘拥有一批奇迹般的科学家,他们正在为原子和核物理带来革命性的发展。 自从伽利略以来,意大利就没有表现出如此突出的科学地位。 特立独行的团队被称为“Via Panisperna Boys”,由现年20多岁的恩里科·费米(Enrico Fermi)领导,当时他已经是一名全职教授。 但它的许多其他名字对当今的物理学生来说听起来也很熟悉:威克、拉卡哈、塞格雷、蓬特科沃…
正如通常发生在这些神奇团体身上的一样,这是一种偶然的发现,天才和有远见的政治家偶然汇聚而成。 后者以黑手党保护者、参议员科尔比诺(Corbino)的形式出现,他有足够的权力阻止科学官僚和墨索里尼的怪癖。 因此,在现实世界的庇护下,男孩们在每一个高强度科学机构中都存在着恶作剧、笑话和非正式的气氛中进行科学研究,这种学术氛围在《费曼先生,你一定在开玩笑》中广为流行 Via Panisperna Institute是一所能够培养真正创造性思维的科学幼儿园,在那里,严重的问题与谁能最快地解决微分方程的赌注交织在一起。 顺便说一句,这些总是由“Il Grande Inquisitore”——Ettore Majorana赢得的。
埃托雷·马约拉纳(Ettore Majorana)是这群人中的怪人之一。 作为一个神童,他从小就能够在头脑中建立立方根,他将与他人相关的伴随问题带到了成年,并与女性相关,从而为横向思维提供了必要的内在挫折。 马约拉纳是在一个功能失调的高飞家庭中长大的,由一位专横霸道的母亲统治,她超越了他的那一代人。 他来自西西里岛,西西里岛是一个以艺术才能闻名的地方,但也几乎完全缺乏科学天赋(更不用说对科学根深蒂固的怀疑,以及迷信的偏爱)。 马约拉纳在晚年已经是一位公认的科学家,但与他的同事们截然不同,他们代表了庸俗科学家的陈词滥调。 马约拉纳精通皮兰德洛和叔本华,对科学以外的兴趣超出了标准问题的爱好,尤其是文学和哲学。 他是当今所谓的文艺复兴时期的人。
他受到了同行和教授们的敬畏和尊重,但他也随波逐流。
全家搬到罗马后,马约拉纳报名参加了一个工程项目,在那里,他被证明是老师们的终极噩梦,因为他有能力在头脑中做数学,并能一见钟情地发现矛盾。 他受到了同龄人和教授们的敬畏和尊重,但他也漂泊不定,从不学习或对自己应该做的事表现出任何兴趣。 爱因斯坦在早年的时候,在年龄和成熟导致创造力的大规模爆发之前,就有过这种超然,这种与世界的脱离。 在马约拉纳的案例中,他成功的机会被放在一个银盘上,形状为Via Panisperna。
每个Via Panisperna的男孩都做过实验和理论工作,但Majorana除外,他从来没有在实验室弄脏过自己的手。Majorane更倾向于数学,他满足于在研究所迟到,坐在一边,指出令人尴尬的错误“一目了然” 然后提出了几十年后才冲击物理学主流的理论。 马约拉纳是帕尼斯佩尔纳男孩(Panisperna Boys)中一位令人畏惧的开箱即用的思想家,在他的利基地位上,他对对称及其核心数学工具群论产生了兴趣。
正在消失的物理学家: 埃托雷·马约拉纳(Ettore Majorana)在30岁出头的时候,在理论物理方面完成了开创性的工作,其重要性需要数年才能被认识到,之后他就消失得无影无踪了。 维基媒体
P(P) 粒子和反粒子太相似了,不能用对称性联系起来。 考虑一下电子和正电子(或反电子)。 如果它们不完全相同(它们具有相同的质量和自旋),则它们正好相反(例如,它们的电荷值相同,但符号相反)。 几年后,马约拉纳、理查德·费曼和恩斯特·斯图尔伯格第一个明白,这种不可思议的相似性可以理解为时间之箭倒转下的对称性。
假设我们开始倒退播放世界电影。 在我们人类的经验中,结果将是一派胡言。 即使是孩子们的故事也会很荒谬:在幸福地生活了很久之后,有一天王子会亲吻公主,让她迅速陷入深度昏迷,之后他会忘记她,去打猎。 几年后,睡美人会在纺锤附近随机醒来,然后是更难以理解的垃圾……把孩子们放在床上真是一个糟糕的故事!
但对于简单(而非复杂)的物理系统,童话故事大体上不会改变。 如果我们想象一个太阳系,所有的速度都颠倒了,导致了一部“时间倒退”的电影,这一切都会很好地解决。 地球和其他行星的年长度是一样的。 太阳会从西方升起,在东方落下,但一天的持续时间也一样。 同样,在时间箭头的反转下,亚原子粒子的世界经历了非常简单的变化。 具体来说,粒子被转化为反粒子,反之亦然(请参见“非恶作剧”)。
当Majorana在Via Panisperna活动时,时间反转在粒子物理中的作用还不为人所知,而反粒子,正如当时人们所理解的那样,带来了一系列奇怪的现象。 保罗·狄拉克几年前,也就是1928年,在一种仍然具有历史特色的治疗方法中刚刚发现了它们。 他着手统一量子力学和狭义相对论,并发现了最简单的,而不是最明显的群论结构。作为推论,它包含反物质。 但在他的理论中,真空必须被定义为具有负能量的无限粒子海,而这个无限的海洋被假设为不可观测。 该理论还预测了物质粒子和反物质粒子的产生和湮灭,但这些过程被认为是深奥的,属于科幻领域,而非真正的科学。 社区对狄拉克理论的成功仍持模棱两可的态度。
马约拉纳也不喜欢反粒子。 他的职业生涯始于实验发现之前,甚至在考虑无限真空海和湮灭之前,反粒子数学的细节让他感到不快。 科学家们常常被直觉和品味所引导:虽然我们认为大自然的美具有普遍吸引力,但它往往首先是旁观者眼中的闪光。 因此,他把他不折不扣的数学技能的全部重量都放在了试图规避反物质预测的背后。 他的计划是在相对论和量子力学之间实现与狄拉克相同的统一,但不产生反粒子。
结果就是现在著名的马略那中微子。 它的结构比狄拉克的更复杂,但在逻辑上也是对现有理论的一个明显扩展。 狄拉克追求简单,马约拉纳追求逻辑极简。 他的新粒子是它自己的反粒子,因此不需要发明任何新的反粒子。 这可以通过将费曼-斯图埃克伯格(Feynman-Stueckelberg)的照片(取自马约拉纳(Majorana))与薛定谔(Schrödinger)猫的特质相结合来理解。 如果量子力学允许活猫和死猫的可怕叠加,那么它也允许时间的两个箭头的叠加。 猫和反猫可以折叠成一个,或者把猫排除在外,可以建立中微子和反中微子的完美对称叠加。 马略那中微子在时间上前后移动,数量相等,因此,如果我们在时间上向后播放它的胶片,它将保持不变。
他的新粒子使马约拉纳得以避免狄拉克反世界的尴尬局面。 如果自然界尽可能简单,所有的粒子都应该是马略那粒子,反粒子就不存在了。 然而,自然界就是这样,关于电子,狄拉克是对的,马略拉纳是错的。 卡尔·大卫·安德森于1933年在宇宙射线中发现了正电子(或反电子)。 但正如狄拉克本人曾经指出的那样,“一个深刻真理的反面很可能是另一个深刻的真理。”
N个 马约拉纳周围的一个人甚至都很清楚他在干什么:其他男孩,尽管他们有天赋,但他们都很低调。 和当时大多数物理学家一样,他们认为马略拉那的构造是纯粹的数学,与物理学无关。 正如马约拉纳所做的那样,将群体理论应用于身体问题只是一种修饰,或者就像英国人喜欢说的那样,“过度刺激布丁”
Majorana并不在乎。 他力量的一部分是一种自我保护的意识,他用这种意识抹黑自己所做的一切; 事实上,他对自己的想法比对其他想法更消极 他可以尝试不寻常的途径,因为他不把自己当回事,所以不必担心失败。 在给一位朋友的信中,他谈到了自己早期在对称性及其工具箱方面的努力,他说, “至于我自己,我什么都不做。也就是说,我学习群论的坚定意图,与陀思妥耶夫斯基(Dostoyevsky)这个角色类似,他有一天开始搁置自己的零钱,完全相信自己很快就会像罗斯柴尔德(Rothschild)一样富有。”
这是他与同事逐渐和最终疏远的开始。 马约拉纳很不善于加入通常的科学黑手党,这些黑手党为任何明智的科学家确保了一个没有麻烦的职业生涯。 作家莱昂纳多·西亚西娅(Leonardo Sciascia)曾说过,马约拉纳“像所有‘好’西西里人一样”,不愿意成为任何团体的一部分,也不愿意建立团队或伙伴关系。 在Via Panisperna,他从来都不是真正的男孩。 他们称他为大检察官是有充分理由的。 他发现了别人所没有的错误和不足,并将自己的观点表述为尖锐而贬损的批评。 当他在附近时,人们觉得自己受到了宗教裁判所的无情摆布,这让其他人产生了怨恨。
但如果他批评别人,他会对自己更加严厉。 在他看来,他的理论和想法永远不够好。 自我贬低是一张很难打出的牌——在他最黑暗的时刻,一点自我放纵可能会创造奇迹。 多年来,他有很多好点子却拒绝发表,这让每个人都很恼火。 在一个“出版或毁灭”一直是口头禅的社区里,他对自己的文章数量毫不在意。 当他的同事们被优先权纠纷困扰时,他一笑置之。
在接下来的四年里,他几乎不愿意离开卧室,只要求每天一盘食物,而这些食物只剩下一些牛奶。
大多数人发现他悲伤和抑郁也无济于事。 他的幽默感几乎是英国式的,但最终却是刻薄和反传统的。 他在交友方面遇到了严重的问题,最终还是一个孤独的人。 这在一定程度上是由于他的神童过去的影响,当时他在游客面前游行,在他的脑海中做立方根,并且不允许与其他孩子玩耍,以遵循他父亲设计的严格的学习计划。 莫扎特的伟大与虐待儿童之间的界线可能非常模糊。
关于女性,他有自卑感。 正如他的朋友加斯顿·皮奎(Gaston Piqué)在一次采访中所说:“因为他真的很漂亮,实际上他并不漂亮;事实上,他很丑陋。还有……有一个女孩……一个非常聪明的女孩,这个年轻人,如此惊人,如此天才,真的吸引了她。但他什么也没做,甚至回避了她,因为他是自卑情结的受害者…” 正如他的一位亲戚曾经说过的那样:“爱会让一切变得不同。”但事实并非如此。
1933年左右,马略拉那岛内部终于爆发了一些东西。 在接下来的四年里,他几乎不会离开卧室,每天只需要一盘食物,而这些食物已经减少到只需要一些牛奶。 他进入了自己的反世界。 这种行为在患有严重抑郁症的人中并不罕见。 日本人为他们创造了一个术语: hikikomori村 现代隐士。 在他多年的隐居生活中,家人和朋友都让他去做。任何一种治疗或咨询在当时都是不合时宜的,他甚至可能都不会接受。科学家和艺术家以珍视而非解决宿醉而闻名。 心理治疗会被视为把婴儿连同洗澡水一起扔出去。 最后,婴儿和洗澡水都以一种壮观的方式从现实中喷出。
1938年1月,马约拉纳在那不勒斯大学担任教授。 他参加了一场声望很高的学术比赛,这让多年没有收到他的消息的Via Panisperna的每个人都感到惊讶。 他的作品包括他现在著名的关于马略拉纳粒子的论文。 在经历了一些与他不寻常的情况有关的政治扭曲后,他“凭借非凡的才能”被授予主席一职。起初,他在那不勒斯的生活表面上表现出正常。 但一场风暴正在海面下酝酿。 很难深入追踪他过去三个月的表现,除了搜集到一些线索,表明在几个方面事情实际上都严重出错。 甚至有证据表明,他爱上了他的一个学生,一个名叫吉尔达·塞纳托雷的漂亮女人。 很明显,这是单恋。 她是最后一个见到他的人。
证明中微子是马略拉纳粒子将对我们理解自然界的对称性产生重大影响。
1938年3月25日晚上,马约拉纳登上一艘船,从此再也没有人见过她。 他留下了一系列非常奇怪的纸币,这些纸币可能被视为自杀信件,但他还随身携带了相当于75000美元的现钞和护照。 他的尸体一直没有复原。 多年来,他在许多场合都被“发现”,导致了无休止的阴谋论。 他的心理学仍然很有趣,但研究较少。
研究最多的,也是今天马约拉纳留下的持久遗产,是他留下的数学公式。 维格纳杰作的版本 群论及其在原子光谱量子力学中的应用 从20世纪40年代开始引用马略拉那。 但直到20世纪60年代,物理学家才开始从对称性和群论的角度思考自然的基本理论,马约拉纳的全部贡献得到了认可。 1982年,Via Panisperna的一个男孩Pontecorvo写道,“在50年代和60年代,人们经常表达这样的观点,即中微子a la Majorana虽然美丽有趣,但在自然界中是无法实现的;……[事情发生了变化],而Majorana提出的问题现在是中微子物理学的中心问题。” 不久之后,国际上开始大规模搜索马略那中微子,重点是一个称为无中微子双β衰变的过程,这是马略那中微子的一个明确标志。 如今,这项搜寻工作涉及大约十几个国际合作项目,数百名物理学家共同努力,马略拉那的名字可以从其中许多人的首字母缩写中识别出来,例如NEMO(中微子埃托雷-马略拉纳天文台的缩写)。
证明中微子是马略那粒子将对我们理解自然界中的对称性产生重大影响,并代表了基本粒子标准模型中最后一个悬而未决的争论之一。 下一代粒子模型的主要竞争者依赖于超对称性,它假设每个费米子都有对应的玻色子。 如果中微子是马略那粒子,则超对称性更可能成立。 在固体物理学中,也正在研究Majorana粒子的数学类似物,并且已经发现。
至于它的创造者,这个谜永远不会被解开。 留给我们的是一个创造者和一个粒子的故事,它们奇怪地平行,粒子为其创造者的最终消失提供了完美的隐喻。 在马略拉那出生于卡塔尼亚的房子外墙上,一块匾额上写着:“他胆小而孤独的天才用1938年3月很快蒸发的流星火焰仔细审视并照亮了宇宙的秘密,给我们留下了他思想的神秘。”马略拉纳离开时只有31岁。 或到达,视情况而定。
Joáo Magueijo是帝国理工学院理论物理教授,研究宇宙学和量子引力。 他是光速变化理论的先驱,他的工作经常集中在早期宇宙的“变化常数”模型上。
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