“抢来”的优先权:物理大家费曼的另一面

作者: 邢志忠

来源: 赛先生

发布日期: 2024-07-23 18:01:37

本文探讨了物理学家费曼在弱相互作用V-A理论中的贡献及其与苏达山和马沙克的优先权争议。文章详细描述了费曼和盖尔曼如何合作发表了关于V-A理论的论文,并分析了这一过程中涉及的学术竞争和优先权问题。

理查德·菲利普斯·费曼(英语:Richard Phillips Feynman,1918年5月11日—1988年2月15日),美国理论物理学家。关于弱相互作用V-A理论,大物理学家费曼多次表示认可印度裔科学家苏达山的优先权,却从来没有正式引用他的论文。这似乎反映了费曼为人的另外一面。

弱相互作用竟然最大程度地破坏宇称守恒,这一令学术界倍感震惊的科学事实,于1957年初分别被哥伦比亚大学的吴健雄(Chien-Shiung Wu)和利昂·莱德曼(Leon Lederman)实验组发现后,最受伤的其实并不是理论物理学大师沃夫冈·泡利(Wolfgang Pauli),他曾断言“我不相信上帝是一个软弱无力的左撇子”,而是两位美国物理学家弗雷德里克·莱因斯(Frederick Reinesi)和克莱德·考恩(Clyde Cowan)。

1956年6月14日,莱因斯和考恩给远在苏黎世的泡利发了一封电报,其内容足以促使泡利和他的同事们开一箱香槟酒庆贺一番:“我们高兴地告知您,我们已经确凿无疑地从核裂变的碎片中通过质子的逆贝塔衰变反应探测到了中微子。所测得的反应截面与理论预期值符合得很好”。也就是说,二人在核反应堆实验中首次观测到了泡利在26年前所预言的假想粒子——中微子。

问题在于,他们当时所采用的贝塔衰变理论,是假设了宇称在弱相互作用过程中守恒的“旧”理论,而该理论所做出的预言至少要比宇称最大破坏的“新”理论的预期值小一半!因此从1957年开始,莱因斯和考恩的好心情逐渐降到了冰点,不得不面对无比尴尬的局面。

他们直到1960年才澄清了当初的实验结果,将问题归咎于数据分析的失误,而不是外界所质疑的那种有意向理论结果靠拢的“不专业”,并公布了与“新”理论的预言相一致的新实验结果。

正确描述原子核贝塔衰变等弱相互作用过程的“新”理论,就是著名的V–A理论,其中V代表矢量(vector)流,而A代表轴矢(axial vector)流。

该理论的提出者之一、美国物理学家理查德·费曼(Richard Feynman)1974年在宾夕法尼亚大学演讲时调侃道,“我们拥有了弱相互作用的标准理论,它是由苏达山和马沙克创建的,由费曼和盖尔曼发表的,最终被卡比堡完善的。”话虽这么说,但费曼和盖尔曼却从来不引用乔治·苏达山(George Sudarshan)和罗伯特·马沙克(Robert Marshak)的论文。

而苏达山和马沙克关于V-A理论发表的论文,其引用量远远小于费曼与盖尔曼的论文,后者的论文又被后世认为存在抢发的嫌疑。

1957年夏天,就在马沙克和苏达山向盖尔曼和玻姆分享自己的V–A理论之际,尽管还在巴西讲学,加州理工学院的大物理学家费曼也意识到了所有的弱衰变过程都可能统一在具有V–A结构的相互作用图像中。

费曼从巴西回到加州后,很快就听说了盖尔曼和玻姆关于弱相互作用可能具有V–A结构的讨论,后者与自己的想法不谋而合!据说马沙克也曾在当年的某一场合向费曼透露过他和苏达山的初步分析结果,但这其实很难证明什么。经过一番颇具“费曼风格”的计算之后,费曼对V–A理论的正确性感到深信不疑。他后来曾经这样语无伦次地描述自己当时激动无比的心情:“我在那一瞬间从椅子上飞起来,并喃喃自语道,‘我全明白了!我全明白了!

我明天早上就向你们解释这一切!’……当我这么说的时候,他们以为我在开玩笑……但是我并没有开玩笑。我需要的就是从只钻标量流S和张量流T的牛角尖中解脱出来,原因在于我得到了一个理论,倘若其中可以存在矢量流V和轴矢流A,那么V和A就是对的。道理很简单:这样的结构干净利落,而且漂亮可人”。

行事一贯不疾不徐的费曼,这次一反常态,很快就写出了论文的初稿,并准备投稿发表。

就在此时,盖尔曼度假结束回到了加州理工学院。听说自己的老“对手”费曼正在写一篇与弱相互作用的V–A理论有关的学术论文,盖尔曼立刻就坐不住了,因为他本人也有这方面的独特想法和计算结果。于是盖尔曼不顾先前对马沙克和苏达山所做的不会专门写文章的承诺,决定也写一篇与费曼的论文相抗衡、具有自己所擅长的“流对称性”风格的论文。

得知这两位身为同事的明星物理学家正在竞写同一内容的论文后,加州理工学院物理系主任也坐不住了,因为他认为这种“恶性竞争”有伤名校的体面。于是他马上出面干预,要求费曼和盖尔曼两人合作,发表一篇论文就足够了。令人吃惊的是,这两位先前从未合作过而且彼此一直在学术上“较劲”的大理论家竟然同意了。1957年9月16日,费曼和盖尔曼将合作撰写的论文投到了《物理评论》杂志。

在该论文的致谢部分有这样一句话:“作者之一盖尔曼感谢马沙克和苏达山的颇有价值的讨论”。

尽管马沙克教授作为导师后来一再自责,并在公开场合诚恳地向自己的学生表达了歉意,但苏达山对痛失V–A理论的发现优先权这件事始终难以释怀。2007年在接受《印度斯坦时报》专访时,已是76岁高龄、深知“发表才是硬道理”的苏达山依旧抱怨道,“……温伯格、格拉肖和萨拉姆获得诺贝尔奖的工作是基于我作为一个26岁的学生的思想。假如你为一座大厦的建造颁奖,不应该把奖先颁发给建造第一层而不是第二层的人吗?”。

回到费曼在1974年所说的那句玩笑话,“我们拥有了弱相互作用的标准理论,它是由苏达山和马沙克创建的,由费曼和盖尔曼发表的,最终被卡比堡完善的”,其中意大利物理学家尼古拉·卡比堡(Nicola Cabibbo)的贡献(即在弱相互作用的V–A结构的基础上引入夸克混合角)是在1963年做出来的。

无独有偶,卡比堡的重要学术成果最终也没有得到诺贝尔物理学奖认可,尽管他生前获奖的呼声很高;而对卡比堡的工作不屑一顾的人,则是“夸克之父”盖尔曼。

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