一、盖尔曼是一位怎样的理论物理学家?
盖尔曼多才多艺,是一位理论物理学家与霍金一样,在他们身上体现了当代自然科学家探讨世界各种事物现象与本质的联系。他的著作涉及到宇宙论、基本粒子物理学、量子场论、生物学、经济学、语言学、社会学、人类学、考古和文化艺术多种领域,而且思维异常深刻。
二、盖尔曼简历
盖尔曼
盖尔曼(Murry Gell-Mann, 1929-)因对基本粒子的分类及其相互作用方面的卓越贡献,获得了1969年度诺贝尔物理学奖。
最初,电子、质子和中子被认为是基本粒子,所有物质都是由它们构成的。后来,在20世纪40-50年代,先在宇宙线事例中,后又在高能加速器中发现了一些新的不稳定粒子。其中,有些粒子(介子)的质量大约为电子质量的1000倍;有些具有10-10秒的长寿命,与所期望的强相互作用的寿命10-23秒相比,显得很“奇异”。盖尔曼(左图)发现几乎所有的已知粒子都可被分成族或多重态,而这些多重态又显示出与挪威数学家李研究过的李群表示相对应的几何图样。当把这些几何规律应用于粒子物理学时,就出现了一种既能解释多重态中粒子的性质,又能预言新粒子存在的理论,这有点类似于门捷列夫在构造元素周期表时所取得的成功。大约在1961年,盖尔曼和以色列物理学家尼曼彼此独立地发展了这种新理论,盖尔曼将它称为八重法(依据佛教关于八种正确的生活方式能免遭痛苦的劝说而命名)。按照称之为SU(3)群的数学结构,盖尔曼在定义了一个新量子数——奇异量子数S以后,将一些同位旋多重态组合成超多重态。1962年,盖尔曼据此预言存在质量为1532MeV和1679 MeV的粒子,1964年这两种粒子(分别称为S10和W-)均被发现了,这就突出了该理论的重要性。
为了进一步从理论上解释构成强子的组分粒子,盖尔曼在坂田模型和八重态方法的基础上于1964年提出了“夸克模型”的设想。按照这种模型,所有已知的基本粒子都是由三种更为基本的粒子——“夸克” 组成的。“夸克”一词,取自乔埃斯在《菲内根的觉醒》中所说的:“为马克王呼叫三声夸克!”。利用夸克模型,可以很好地解释重子的八重态、十重态以及介子的八重态。
三、fomula是配方还是配料的意思?
formula
[5fC:mjulE]
n.
公式, 规则, 客套语
formula
for.mu.la
AHD:[fôr“my…-l…]
D.J.[6f%8rmj*l*]
K.K.[6f%rmj*l*]
n.(名词)
【复数】 for.mu.las或 for.mu.lae [-l¶”]
An established form of words or symbols for use in a ceremony or procedure.
惯用法:用于典礼、仪式或礼节的惯用语或标志
An utterance of conventional notions or beliefs; a hackneyed expression.
客套话:常用信条的陈述或信仰的自白;陈腐的语句
A method of doing or treating something that relies on an established, uncontroversial model or approach:
准则,方案:依据惯用的、无争议的模式或方法而采取的对某些事情的做法或处理方式:
a new situation comedy that simply uses an old formula.
只沿用旧方案的新系列幽默剧
Chemistry
【化学】
A symbolic representation of the composition or of the composition and structure of a compound.
分子式:表示化学物质成分或组成方式的符号表达式
The compound so represented.
分子:分子式所表示的化合物
A prescription of ingredients in fixed proportion; a recipe.
配方,处方:按一定比例将各种成分配制成药剂的方法;处方
A liquid food for infants, containing most of the nutrients in human milk.
婴儿食品:用来哺育婴儿的液体食物,含有人奶中的大部分营养物
Mathematics A statement, especially an equation, of a fact, rule, principle, or other logical relation.
【数学】 公式,程式:表示普遍事实、规律、法则或其它逻辑联系的陈述,尤为一等式
Formula Sports A set of specifications, including engine displacement, fuel capacity, and weight, that determine a class of racing car.
Formula 【体育运动】 训练课程:一套规程,包括发排机排量、燃料容量和重量,决定着赛车的级别
Latin f½a [diminutive of] f½rma [form]
拉丁语 f½a [] f½rma的小后缀 [形式]
for”mula“ic
AHD:[-l³“¹k] (形容词)
for”mula“ically
adv.(副词)
formula
[5fC:mjulE]
n.
(pl. formulas, formulae [-li:])
公式, 方程式
计算式准则; 方案
【医】配方, 处方, 药方
(礼节、法津、宗教仪式及政治口号等的)惯用语句; 提法; 表述; 俗套话
【宗】信仰表白书
分子式, 结构式
代乳品
formula of integration
积分公式
a binominal formula
【数】二项式
a molecular formula
【化】分子式
a structural formula
【化】结构式, 构造式
a formula for making soap
肥皂配方
a legal formula
法律上的惯用语句
formula investing
公式投资(按公式计划进行的一种投资方法)
formula
[5fC:mjulE]
adj.
根据公式的; 俗套的
formula-symbol
n.
结构符号
formula-translation
n.
公式翻译
formulaic
[-5leiik]
adj.
formulaically
adv.
abbreviated formula
缩写式
activation formula
激活[活化]公式
add formula
加添公式
agreed formula
商定方案, 一致同意的办法
airlight formula
大气光学公式
always true formula
永真公式
analysis formula
解析式
antennal formula
(介壳虫)触角列式
antigenic formula
【免疫】抗原公式
approximate formula
近似公式, 近真公式
Arrhenius viscosity formula
阿仑尼乌斯粘度公式
assign-study-recite formula
讲解-作业-背诵的传统教学法
assumption formula
假定公式
asymptotic formula
渐近公式
atomic formula
原子式; 结构式
Austin's empirical formula
奥斯丁经验公式
backward interpolation formula
后向插值公式
barometric formula
气压公式
batch formula
料方
bending formula
弯曲公式
benzene formula
【有化】苯式
Bessel's interpolation formula
贝塞尔内插公式
betaine formula
【有化】内铵盐式
bilinear formula
双线性公式
Binet's formula
【心理】比奈观点
binomial formula
二项式定理, 二项式展开式, 二项式公式
blending formula
混和用配方
branchial formula
【动】鳃式
cage type formula
笼型式; 棱柱式
capacity formula
容量公式
Cauchy integral formula
柯西积分公式
central-difference formula
中心差分公式
centric benzene formula
向心苯式
charging formula
填充公式
character formula
特征标公式
chemical structural formula
化学结构式
check formula
验算公式
Chezy formula
【力】薛齐公式
Clairaut's formula
【测】克莱劳公式
closed type formula
闭型公式
Colm formula
柯尔姆公式(用于长期经济预测)
column formula
柱公式
computing formula
计算公式
Comstock refraction formula
【天物】康姆斯托克折射公式
connection formula
连接公式
constitutional formula
结构式
structural formula
结构式
conventional formula
习用式; 实验(公)式
coordinate formula
配价式
Cornu -Hartmann formula
【光】考纽-哈特曼公式
correlation formula
相关公式
cosine formula
余弦公式
cost formula
成本公式, 成本配方
cost sharing formula
费用分摊办法
Coulomb's formula
库仑公式(用于土力学)
covalent formula
共价式
crossing formula
交叉公式
curing formula
腌制配方
cut and try formula
试算公式
cyclic formula
环状式
delay formula
延迟公式
Deany's formula
丹尼经验公式
dentition formula
牙式, 齿式
design formula
设计公式
dew-point formula
【气】露点公式
diagonal formula
对角线式
diffraction formula
衍射公式
dimensional formula
因次式
dispersion formula
【物】色散公式
displacement formula
位移公式
double angle formula
倍角公式
dualistic formula
二元式
Duchemin's formula
杜赤明公式
Dulong's formula
杜隆公式
duplication formula
倍角[倍量, 加倍]公式
dynamic formula
动(态)式
electronic formula
电子式
empirical formula
实验式, 经验式; 经验公式
empirical mass formula
经验质量公式
Erlang's formula
爱尔郎公式(计算自动机键用)
erratic formula
性质无定的公式
Euler formula for long columns
【力】欧拉长柱公式
Euler's summation formula
欧拉求和公式
expansion formula
展开公式
extrapolation formula
外推公式
factory formula
生产配方
fin formula
鳍式
finite-difference formula
有限差公式
first variation formula
第一变分公式
Fisher-Tollen's formula
半缩醛环式
"five-factor"formula
美国财政分享中的"五项因素"计算公式
flexure formula
弯曲公式
floral formula
花程式
flower formula
花程式
forward interpolation formula
前向插值公式
four-factor formula
四因子公式
Freundlich's adsorption formula
弗罗因德利奇吸附式
Fresnel reflection formula
【光】菲涅耳反射公式
Gaussian distribution formula
高斯分布公式
Gell-Mann-Okubo mass formula
【物】盖尔曼-大久保质量公式
general formula
【化】通式
genetic formula
遗传公式
glaze formula
釉式
graphical formula
图解式, 构造式
Gregory-Newton interpolation formula
格雷果里-牛顿插值(法)公式
guidance formula
导引公式
half-angle formulas
【数】半角公式
half-side formulas
【数】半边公式
hammer-size formula
桩锤尺寸公式
Hartmann's dispersion formula
哈脱曼色散公式
hemiacetal ring formula
半缩醛环式
Heyer's indicating percent formula
赫氏指率公式
high accuracy formula
高精度公式
horse-power formula
功率公式
hundred volume total formula
体积百分率配方
hydraulic formula
水力学公式
hypsometric formula
【地物】测高公式
ideal formula
理想公式, 标准公式
identical formula
恒等公式
identically true formula
永真公式
impact formula
冲击公式
implicit formula
隐式公式
incidence formula
关联公式
inhour formula
倒时数公式, 逆时针公式
integrated budget formula
综合预算方案
integration formula
积分公式
international gravity formula
【测】国际重力公式
interpolation formula
插值公式
intra-state formula
美国收入分享在州政府和地方政府间的计算公式
inversion formula of Fourier
傅里叶反演公式
ionic formula
离子式
iterative formula
迭代公式
Kettler-Helmholz formula
凯特勒-赫姆霍尔兹公式(计算玻璃色散的公式)
Kramers-Heisenberg dispersion formula
克喇末-海森伯色散公式
Kronecker's limit formula
克罗内克极限公式
Kronig's doublet formula
克朗尼格双(谱)线公式
Kutter's formula
克脱公式(水力学)
Ladenburg's absorption formula
拉登堡吸收公式
Lame formula
拉梅公式
lattice-point formula
格点公式
logarithmic formula
对数公式
logical formulas
逻辑式
mass formula
【核】质量公式
meat formula
肉料配方
Millington reverberation formula
【声】米林顿混响公式
mixing formula
混合配方
Mobius inversion formula
麦比乌斯反演公式
modified Atkinson formula
【采矿】艾金森简化公式
modifier formulas
修正公式
molecular formula
分子式
Mystox formula
麦斯脱配方
Newton's forward interpolation formula
牛顿前向插值公式
normal formulas
正规公式, 范式
Norris-Eyring reverberation formula
【声】诺里斯-艾林混响公式
octet formula
八隅式; 八角式
one-level formula
一级公式
open integration formula
开型积分公式
open type formula
开型公式
operational formula
运算公式
overall approximation formula
整体逼近公式
pile formula
桩承量公式
plane formula
平面式
point slope formula
点斜式
Poisson integral formula
【数】泊松积分公式
Poisson's summation formula
泊松求和公式
polar formula
极性式
polarity formula
电子式
polite formulas
套语
position strength formula
位置强度公式
postulation formula
假定公式
power formula
乘方公式
precondition formula
先决条件公式
predetermined formula
预定公式
predictor formula
预测公式
prenex formula
前束式
primitive logical formulas
基本逻辑公式
prismatic formula
棱柱式
prismoidal formula
棱(柱)体土方公式
product formula
乘积公式
production formula
生产配方
prognosis formula
预报公式, 预测公式
projection formula
投影式
propagation formula
传播公式
prophecy formula
预占公式
psychrometric formula
【热】湿度 计算式
quadratic formula
二次公式
quadrature formula of close type
闭式求积公式
quadrature formula of open type
开式求积公式
quinonoid formula
【有化】醌式
radar formula
雷达公式
radiation formula
辐射式
radio transmission formula
无线电波传播公式
random quadrature formulas
随机求积公式
Rankine-Gordon column formula
兰金-戈登长柱公式
retardation formula
制动公式
rating formula
功率计算公式
rational formula
有理公式
reaction formula
化学反应式
reciprocity formula
互反公式
recurrence formula
递推公式, 循环公式
recursion formula
递推公式
red-shift formula
红移公式
reduction formula
换算公式
refutable formula
可驳公式
regular convention formula
习用配方; 普通配方
Rehbock weir formula
【力】雷博克堰流公式
remainder formula
【数】余项公式
repeated midpoint formula
合成的中矩形公式, 中矩形法则
repeated trapezoidal formula
合成的梯形公式, 梯形法则
replacement formula
替换公式
reporting formula
汇报格式
representation formula
表示公式
representative formula
典型配方
rough-and-ready formula
近似公式
Rutherford scattering formula
卢瑟福散射公式
Rydberg series formula
【光】里德伯线系公式
Sabine reverberation formula
赛宾混响公式
sausage formula
香肠配方
scale formula
鳞式
Schwarzl's approximation formula
施瓦茨尔近似式
scoring formula
记分公式; 记分标准
secant formula
正割公式
second cosine formula
第二余弦公式
second variation formula
第二变分公式
set-theoretic formula
集(合)论公式
shift formulas
移位公式
simplest formula
最简(单的化学)式
sine formula
正弦公式
single-level resonance formula
单能级共振公式
Smith's approximate formula
史密斯近似式
smoothing formula
修匀公式
soiling formula
污液配方
space formula
立体式
spice formula
香料配方
spur formula
距列式
stadia formula
视距公式
starter formula
初始值公式
stereochemical formula
立体化学式
stereometric formula
立体式
stereostructural formula
立体结构式
straight-line formula
直线关系(公)式
string formula
线性公式
structural formula
结构式
subtraction formula
减法公式
sum formula
求和公式
strict formula
严格的程式
symmetric interpolation formulas
对称插值公式
tank-coil formula
油罐旋管公式
temperature-velocity formula
温(度)速(度)公式
tetrahedral formula
四面体式
theoretical formula
理论公式
thermal transport formula
热传递公式
"three-factor" formula
"三项因素"计算公式
three-point difference formula
三点端差公式
trace formula
迹公式
train resistance formula
列车阻力公式
transformation formula
变换公式
trapezoid formula
梯形公式
trigger formula
界限公式
triplication formula
三倍量公式, 三重数积
trivial formula
无意义分子式(不大可能的式子)
two-level formula
两层公式
two-thirds formula
三分之二公式
unit total formula
[英]一个学校的全体学生总数
universally valid formula
普遍有效公式
updating formula
校正公式
valid formula
永真公式; 有效公式
Van der Waals surface tension formula
范德瓦尔斯表面张力公式
weighted quadrature formula
加权求积公式
well formed formula
合式的公式
Wheeler's formula
惠勒公式(计算圆柱形线圈电感)
formula for translation of axis
平行移轴公式
formula of bill
票据形式
formula of capitalization
资本化公式
formula of connections
接通公式
formula of integration
积分公式
formula of reduction
简化公式
formula of tractive effort
牵引力公式
formula
源自拉丁语forma的小称
四、盖尔曼生平简介是怎样的?
盖尔曼简介:姓名:盖尔曼(MurrayGell-Mann);
出生年代:1929年;
职称:物理学家;
国家:美国;
个人情况:盖尔曼出生于纽约的一个犹太家庭里。童年时对科学有浓厚兴趣,少年才俊,14岁进入耶鲁大学,1948年获学士学位,继转麻省理工学院,三年后获博士学位,年仅22岁。1951年盖尔曼到普林斯顿大学高等研究所工作。1953年到芝加哥大学当讲师。参加到以费米为核心的研究集体之中,1955年盖尔曼到加州理工学院当理论物理学副教授,一年后升正教授,成为加州理工学院最年轻的终身教授。
纵观粒子物理学的百年发展史,可谓群星璀璨,英才辈出。盖尔曼就是其中极富传奇色彩的人物之一,曾经主宰粒子物理的走向长达十余年。这位天才的理论家,他24岁发现了基本粒子的一个新量子数——奇异数,32岁提出了强子分类的八正法,35岁创立了“夸克”模型,40岁荣获诺贝尔物理学奖。
五、盖尔曼有哪些生平事迹?
盖尔曼1929年生,美国物理学家。因对基本粒子的分类和相互作用的发现,以及提出“夸克”粒子理论,获得了1969年度诺贝尔物理学奖。
盖尔曼出生在美国纽约。父母都是犹太人,第一次世界大战后移居到美国。盖尔曼出生时,正值美国经济大萧条时期,家庭生活十分困难。为了寻求更低廉的房租,他们在5年中搬了3次家。
贫穷并没有埋没盖尔曼的勤奋好学和过目不忘的超强记忆力。因此从小就显示出聪明过人的盖尔曼,便被人们称为“奇才”。他上小学时连跳数级,不到10岁便进入了纽约哥伦比亚大学附中。父母鼓励他跳级,希望他能快些毕业。他的跳级使家里省去了不少学杂费。同学们都感到盖尔曼好像是一部活的《大不列颠百科全书》。他们知道,只要他在教室里,就一定会有问有答,一旦盖尔曼走出教室门,大家就失去了对正确答案的把握。
虽然盖尔曼各门功课的成绩都很优异,但他并不喜欢学校里“单调乏味”的生活,那时就连实际内容较多的物理课他都感到“相当令人厌烦”。也许是他的理解力和智商比较高,别人感到沉闷枯燥的数学、语言和历史等,他却很感兴趣。15岁那年,他获得了耶鲁大学的全额奖学金。在选择专业时盖尔曼却犹豫不定,他选来选去,实在是找不到取舍的依据和特殊的理由,就差没有掷币问天了。他告诉父亲自己想成为一个考古学家或者语言学家。父亲建议他去读工程学,好找工作,赚钱也多,但盖尔曼不同意。最后盖尔曼毫无理由地选择了物理作为自己的专业。22岁他获得了麻省理工学院物理学博士学位。
盖尔曼在学术上一直是个强者。也许盖尔曼具有足够的实力,他喜欢冒险,寻求挑战,就像渴望着征战的无敌英雄。他在基本粒子的研究中屡屡提出新概念和独特的理论。他在粒子物理学中的几乎所有重要领域都做出了重大贡献。最初,电子、质子和中子被认为是基本粒子,所有物质都是由它们构成的。后来,又发现了一些新的不稳定粒子,这些粒子的行为很“奇特”,盖尔曼提出了“奇异量子数”的理论,进而又提出了“八重法”、“夸克模型”,按照这种模型,所有已知的基本粒子都是由三种更为基本的粒子——“夸克”组成的。人类由此进入了重新认识物质结构的新天地。
六、由美的启示导致的重要科学发现︱科学史
法国著名科学家庞加莱指出:
“科学家研究自然是因为他从中得到快乐……我指的是根源于自然各部分的和谐秩序、纯理智能够把握的内在美。正因为简洁和浩瀚都是美的,所以我们优先寻求简洁的事实和浩瀚的事实;所以我们追寻恒星的巨大轨道,用显微镜去探求奇异的细小(这也是一种浩瀚),在地质时代中追踪过去的遗迹(我们所受吸引是因为它遥远),这些活动都给我们带来快乐。”
追求和谐之美与行星运动三大定律的建立
1543年哥白尼提出了日心说,拉开了近代自然科学的序幕。
德国天文学家开普勒(Johannes Kepler,1571—1630)为哥白尼宇宙体系的简单、对称之美所震撼。他竭力为日心说辩护,并使这一学说尽善尽美。
开普勒深受毕达哥拉斯学派和柏拉图的影响,相信天上诸星在遵照某种轨道运动时会演奏出一种和谐的音乐,整个宇宙就是一篇和谐的乐章。它只为智慧的沉思所理解,而不为听觉所感知。
开普勒师从丹麦著名的天文学家第谷,第谷辛勤观测天象达30年之久,积累了大量精确的资料,但不接受哥白尼关于地动的学说,他自己的宇宙体系是折中的:行星绕太阳运行,而太阳率众行星绕地球运行,他想以此来解释观测到的现象,但却是越解释越糊涂。
1601年第谷逝世,他把大量珍贵的观测资料留给了开普勒。
开普勒整理资料时发现,按设计的正圆轨道计算出来的水星位置与观测数据之间总有偏差,尽管这一偏差很小,只有8弧分,但他并未忽略。他猜想行星的正圆组合轨道可能不符合实际。
开普勒先对观测资料最多的火星轨道进行研究,对大量的数据作数学处理后,求得火星的轨道不是围绕太阳的正圆周,而是椭圆,太阳恰在椭圆的一个焦点上。
在确定火星的轨道之后,开普勒又发现,火星和太阳的连线(向径)在相等时间内扫过的面积相等,即火星绕太阳运行的掠面速度相等。
开普勒研究了行星与太阳的距离和行星公转周期之间的关系。他以地球到太阳的距离为单位,计算行星和太阳之间的距离,把当时已知的行星的距离和公转周期列成表,然后在一大堆数字中作各种各样的计算,经历了无数次的失败,做了大量繁杂的重复运算之后,最终发现行星绕太阳运转的周期T的平方与行星轨道长半径a的立方成正比,即a 3 /T 2 为一常数;对于两个行星而言,a 1 3 /T 1 2 =a 2 3 /T 2 2 ,这就是行星运行第三定律。
这奇妙的指数“2”与“3”使开普勒乐不可支:他心灵深处的渴望和自然界固有的结构简单性竟然如此相吻合!
在1619年出版的《宇宙和谐论》里,开普勒阐述了行星运动三大定律,在讲到第三定律时,他这样写道:
行星运动第三定律被称为“和谐定律”。
开普勒证明了水星、金星、地球、火星、土星和木星的周期与距离之间很有节奏的比例关系,是遵从和声规律的,他在《宇宙和谐论》中用乐谱的形式把6颗行星在远日点和近日点之间的角速度的变化情况谱写成一首“行星协奏曲”,对宇宙结构具有和谐美的追求,使得音乐成为开普勒 探索 世界的方式!
相信哥白尼体系充满和谐美的坚定信念,为开普勒进行理论思维指明了方向;娴熟地使用数学工具表达这种和谐之美,使开普勒成功地抽象和概括出了行星三大运动的公式,他被誉为“天空立法者”而载入科学史册。
探索 数学之美与正电子的发现
20世纪20年代,英国物理学家狄拉克(P. A. M.Dirac,1902—1984)致力于研究相对论量子力学,以揭示高速运动的微观粒子的运动规律。
他要建立一种对时间和空间坐标来说都是线性相对论性的波动方程。
他受到奥地利物理学家泡利在量子理论中提出的“泡利矩阵”的启发,把2行2列的矩阵推广4行4列矩阵,于是得到了相对论性电子方程,这个方程对于动量和能量的相对论性四矢分量是线性的。
这个以后被称为“狄拉克方程”的电子波动方程具有4行4列的矩阵形式,在研究氢原子能级分布时,能给出能级的精细结构;它还可以自由导出电子的自旋为1/2;利用这个方程推出的粒子高速运动的许多性质,都在实验中得到了证实;它把量子力学中原先是各自独立的重要实验事实统一起来了。
但是狄拉克方程也存在问题,该方程描述电子内部运动的矩阵有4行4列,但是只要用2行2列的矩阵来描述被观察的电子的两个自旋态,即方程给出的态比描述实验情况所需的态多一倍,进而发现有一半的态为电子的负能态(电子的能量为负值的状态),况且这个负能值没有下限,即可以无限地释放能量,狄拉克方程遇到了所谓的“负能灾难”。
是把不可思议的负能态排除出去呢,还是接受它以保持方程的完美性呢?狄拉克勇敢地选择了后者,他对负能态的物理图景进行了大胆的设想。
首先,他革新了“真空”概念,提出了真空是被填满的“负能电子海”的假说。
真空状态不是一无所有的绝对真空,而是由负能态电子所构成的“电子海洋”,在整个电子海中所有能观测到的量,如电荷、质量、动量都不能为零。
接着,他做了进一步的思考,既然全部填满的负能电子海相当于真空,那么从电子海中跃出一个电子又相当于什么呢?那就会出现一个正能态电子和一个负能态的空穴。
他认为激发出来的这正能态电子就是普通电子,它带一个单位的负电荷,而电子被激发出以后在电子海留下的这个空穴,少了一个负值能量,带一个正值能量。他起初认为这就是“质子”,不过这个奇怪的“质子”,其质量要小得多,这是难以想象的!
狄拉克从对称美的思想出发,指出从数学上来看,这个带正值能量的奇怪的“质子”,其质量必须与电子质量相同,从而大胆提出了“反物质”的假说:
这个奇怪的“质子”是真空中的反电子,即正电子,他同时还提出了崭新的电荷共扼对称的概念。
狄拉克从理论上预言了自然界中存在正电子,他指出,正负电子能够由光子在真空中产生出来;当正电子和负电子碰撞时,就会湮灭变成光子。
1932年美国物理学家安德森在研究宇宙射线时果然发现了狄拉克预言的正电子!
正电子的发现,在物理学界引起了轰动。这启发人们去寻找其他粒子的反粒子。
人们逐步认识到,各类基本粒子都有相应的反粒子存在,这是自然界的一条普遍规律,自然界在电荷符号上的分配也是对称的,对称性使自然界存在数学美的观念日益深入人心。
狄拉克坚信,数学美是对物理理论取舍的一个准则,如果物理方程在数学上不美,那就标志着不足,需要改进。
他在回顾自己做出的发现时指出:
1933年,狄拉克因“发现了在原子理论里很有用的新形式(狄拉克方程)”获得诺贝尔物理学奖。
崇尚对称之美与夸克模型的提出
美国物理学家盖尔曼(M. Gell-Mann,1929—2019)长期致力于高能物理的前沿问题的研究。20世纪50年代,已发现基本粒子有数百种, 对这些粒子进行分类,找出它们性质之间的内在联系,研究这些基本粒子的性质和结构,寻找比基本粒子还要“基本”的组元,是高能物理学研究的热点。
盖尔曼深信物理规律的对称性是自然界的最普遍法则之一, 所谓对称 ,是指自然界的一切物质过程都存在或产生出它们的对应方面,表现为现象上的相同,形态上的对称,性质上的一致,结构上的重复等等。 对称性实际上体现了自然界存在的内部联系和规律的和谐。
盖尔曼相信所有的基本粒子都可以根据它们所具有的不同对称性来进行分类。
1961年,盖尔曼根据对称性思想,提出了“ 八重法:一个强作用对称性的理论 ”。
他指出,强相互作用的粒子应满足SU(3)对称性,在数学上对应的是 SU(3)群。SU(3)群中有一个8维表示。八重法就是指每8个有类似性质的粒子能填入SU(3)群的8维表示中。他把有相近性质的强作用基本粒子分成一个个族,并认为每个族成员应有8个。
根据当时的实验结果,有一个族的基本粒子成员只有7个,盖尔曼据此大胆预言了还存在一个未被发现的新粒子,第二年(1962年)果然在实验中找到了这个新的基本粒子——η°介子。
类似地,他预言了另一个被称为沃米格负的新粒子(写作Ω-)的存在。在1962年日内瓦的一次讨论会上,他指着墙上挂着的粒子分类表里的一个空格说:
“如果我的理论是正确的话,那么在这里应该有一种带负电的粒子,质量大约是质子的两倍。我们不妨把它叫作为Ω- 粒子,可惜它还没有被发现。”
1964年1月,美国布鲁海文实验室的斯米欧在气泡室的成千上万张的照片上找到了Ω-粒子衰变时留下的痕迹。
盖尔曼的预言终于实现了!
η°介子和Ω-粒子的相继发现,证实了盖尔曼理论的正确性,以及对称方法在基本粒子理论中的有效性,从而确立了对称方法在基本粒子研究中的重要地位。
八重法对称方案中应该有一个最基础的族——根据SU(3)对称理论,存在一个3维的基础表示——在这个族里应该有3个粒子,只能带有分数电荷,即2/3,-1/3,-1/3的单位电荷,然而分数电荷却从来没有被观测到,盖尔曼起初放弃了这个三粒子的族。
盖尔曼经过深入思考,最终承认了它们,因为没有被观测到不等于不存在,他深信对称性法则应该是一条普遍的法则。
他给这3个粒子命名为“夸克”,并用3个夸克来结合成质子、中子等强子,这就是著名的夸克模型。
物理学家设计了很多实验,去寻找这些带有分数电荷数的自由夸克,但是任何硬把它们从强子里拉出来的企图都失败了。
尽管如此,但是大多数物理学家都相信夸克是存在的,是组成其他一些基本粒子的更基础的粒子,因为夸克模型的结果与一系列实验事实符合得很好。夸克模型在以后有了发展,它的成员已从3个扩充到了现在的6个。
1969年,盖尔曼因“在基本粒子的分类及相互作用方面的贡献”获诺贝尔物理学奖。他在颁奖庆典上致辞说:
“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……”
善于从自然界宽广的审美领域中得到启示
追求对世界的秩序性、规律性、和谐性和统一性的理解,是科学 探索 的崇高目标。科学的一系列重要活动,包括科学事实的发现、科学原理的建立、科学理论的评价等等,都表现为一种审美活动,体现了科学臻美精神。
像开普勒、狄拉克和盖尔曼一样,许多杰出的科学家都是科学臻美精神的代表。
爱因斯坦追求自然的统一性和世界的和谐,他建立的狭义相对论把牛顿力学中分立的时间、空间、物质与运动统一了起来;广义相对论把惯性质量与引力质量、非惯性系的运动和惯性系的运动统一了起来。
玻尔根据氢原子光谱线的比数有序、和谐变化的规律,提出了原子能级概念和电子轨道理论。
海森堡发现原子定态的能级数可能排列成对称、优美的矩阵形式,建立了矩阵力学。
有成就的科学家善于从自然界提供的无限宽广的审美领域中得到启示,他们透过美的外表,观察到自然背后的和谐关系和庄严的秩序,从中体会到无所不在的客观规律性的力量,并把揭示这种普遍规律,即科学的真理看作是自己的神圣的任务和最高的精神境界。
科学臻美精神使他们的思维犹如振翅高飞的雄鹰,搏动着逻辑意识和审美意识的双翼,扶摇直上去领略自然界理性高峰的无限风光。