和理論物理打過十幾年交道,卻從來沒有注意過埃托雷·馬約拉納(ettore majorana,1906—1938)這個名字。直到讀了馬蓋若(jeao magueijo)最近出版的《絢麗的黑暗》(a brilliant darkness)才知道上世紀30年代物理學界曾有過這樣一位傑出的怪才。他的生命雖然隻有短短的32年,而其中真正用於研究物理的時間大約隻有五六年,但他顯現出的才華和極敏銳的洞察力,特別是對很多當時的物理難題的超前思維,隻能用無與倫比來形容。馬約拉納21歲時加入羅馬大學物理研究所由費米(enrico fermi,1938年獲諾貝爾物理學獎,第一座核反應堆的發明者)領導的研究組,這個組在物理界非常有名,裏麵彙集了一批意大利當時最優秀的青年物理學家,理論與實驗並重,而且工作效率奇高。大家以費米為中心進行工作,唯有馬約拉納是一個單打獨鬥的研究人員。不過他超級的分析與計算能力及天才的物理直覺對整個研究組的幫助卻是無法估量的。然而有一件事一直讓費米既頭痛又無可奈何,那就是馬約拉納對發表研究成果的消極態度。很多時候一項實驗完成之後,同事們把實驗結果拿給馬約拉納看,他往往立即就能進行分析和計算,並給出理論上的解釋。要命的是,這些稍加補充與完善就能發表的分析和結論常常被他寫在隨手抓來的煙盒背麵或餐巾紙上,而他一番宏論之後,就將這些紙片一揉直接丟進了垃圾桶!
最讓費米耿耿於懷的,大概是馬約拉納沒有發表其有關中子的理論,而讓這項極重要的發現歸到了海森堡(werner heisenberg,因創立量子力學獲1932年諾貝爾物理學獎)的名下。現在我們都知道原子核是由帶正電的質子和不帶電的中子組成的。不過那時候中子還沒被發現,人們以為原子核是由帶正電的質子和帶負電的電子所組成,因為似乎隻有有了電子的參與,才能靠“異性相吸”的電磁力將質子們聚攏在一起。比如具有7個正電單位的氮原子核,按舊理論,就應由14個質子和7個電子所組成。除了電荷數,原子核的另一個重要參數是自旋數,是由構成原子核的每個基本粒子的自旋數組合而成。自旋是描述粒子內在旋轉性質的一種物理量,基本粒子按照自旋數分為兩大類:玻色子(自旋為整數,0,1,2等等)和費米子(自旋為半整數,1/2,3/2等等)。質子和電子都是費米子,自旋數均是1/2。所以根據當時的模型,無論怎樣加加減減,氮原子核的自旋數必定是個半整數(某個整數加1/2)。1929年,費米研究組的成員之一瑞薩緹(franco rasetti)在美國加州理工學院進行訪問研究時,測量了氮原子核的自旋數,其結果卻是1!馬約拉納馬上意識到傳統的原核子模型肯定錯了,原子核裏沒有電子,它應該是由帶正電的質子和一種不帶電的、質量與質子相近且自旋亦為1/2的粒子所組成。他把這種粒子叫做“中性質子”,也就是人們後來發現的中子。具體到氮原子核,其組成應為7個質子加7個“中性質子”。他同時也意識到,為了使原子核不至因內部的質子們“同性相斥”而分崩離析,核內一定存在一種比電磁力強得多的相互作用力,他稱之為“交換作用力”——這就是後來人們所說的強相互作用力。他建構的這套原子核穩定性理論可以說是現代量子色動力學的前身。可是不知出於何種原因,盡管費米費盡唇舌,馬約拉納卻始終拒絕把這個理論拿出去發表。幾個月後,俄國的伊萬年科(dmitri ivanenko)認識到了中子的存在,海森堡也發表了與馬約拉納非常接近的理論。費米抱怨他坐失良機,他隻一笑置之。而當費米再次要求他至少應把已有的結果發表出來以便立此為證時,僅換來了淡淡一句“現在海森堡已經把該做的都做了”。馬約拉納的行事作風與費米可以說是格格不入,兩人的關係也不算融洽,不過費米對他的評價還是極高的,甚至將他列為牛頓、伽利略一級的人物。