《命运骰子——量子力学简史》（第三十七章）

发信人: yauzhang (penrsoe), 信区: Physics
标 题: 《命运骰子——量子力学简史》（第三十七章）
发信站: 两全其美网 (Wed Sep 10 16:20:37 2008), 本站(lqqm.net)




《命运骰子——量子力学简史》（第三十七章）

第三十七章 海鸥，马约拉纳
（1）

每一只海鸥都是死去水手的灵魂。
在每一个浪漫暧昧的夜晚,徐徐海风吹拂之下，听到游轮餐厅上音乐响起，Rod Stewart 的《SAILING 》歌声悠扬:
I am sailing, I am sailing ……cross the sea.
I am sailing stormy waters, ……

……
Can you hear me, can you hear me, through the dark night far away?
I am dying, forever crying, to be with you; who can say?
……

Oh Lord, to be near you, to be free.


20世纪20年代中期，费米还在意大利刚开始经营他的新罗马帝国，有一个极端帅气清秀（看过照片，真的很帅）的年青人马约拉纳是他的学生。当时他俩都只有二十几岁,年轻而有梦想。
马约拉纳说：“每隔500年才有一个类似阿基米德或牛顿这样的科学家出现，而每隔100年就会有1至2个爱因斯坦和玻尔这样的人出现。”
费米说：“那费米是几百年出一个？”
马约拉纳说：“哥们，我们谈的是爱因斯坦与玻尔……”


很多年以后，马约拉纳跳上帆船出去航海，海是那么的蓝，渐行渐远，……马约拉纳消失在海平面之下……物理学并非摇奖机，但物理学家的命运骰子有很多 面，没有人知道马约拉纳是自杀了，还是失踪了？——江湖上有流言说，马约拉纳决定消失是因为他已经预见到原子弹将毁灭地球，他只想把音容笑貌留在人们的记 忆里——而假如真是这样的，那么原子弹的制造者费米显然有不可推卸的责任，这真是“兄弟一场，我不杀伯仁，伯仁因我而死”（——但江湖上还有另外一个版本 流言，说马约拉纳是退出江湖去当和尚了——这自然又让人联想起来了中国清朝的第一个皇帝顺治帝的下落不明。）



（2）

狄拉克在1928年得到的四分量旋量是一个复函数，四个狄拉克矩阵也是复的。狄拉克猜想，负能量电子海已经充满了，那么如果负能量电子海里的电子被 激发为正能量电子，显然会挖出一个萝卜（负能量电子）留下一个坑（缺少一个负能量带负电荷的电子，相当于多了一个正能量带正电荷电子）——于是，狄拉克把 这个萝卜坑理解为反粒子。


马约拉纳作为罗马学派的年轻人人，学习非常刻苦。他对意大利学术界除了费米以外的那些傻子们的集体无意识深恶痛绝，决定让自己牛比起来。于是，他在思考怎么样才可以在江湖上扬名立万——当时，他脑子里有2个命题：
1。存在不存在一个整数Z，这个整数的相反数是它本身。

2。存在不存在一个整数Z，这个整数的倒数是它本身。

他发现，对于以上两个命题，整数Z都存在，答案分别是0和1。
马约拉纳于是决定把这个思想应用到新生的量子力学里去。




（3）
十年磨一剑。
1937年马约拉纳告诉费米说：“我能找到四个实矩阵来表示狄拉克代数。我找的四分量旋量也是实数形式的。——换句话说，存在一个没有电荷的旋量粒子，它的反粒子是它本身”
费米说：“听上去很不错，请发表去吧。”

于是马约拉纳就正式发表了他的一个猜想——物理学历史上，牛人是很喜欢做猜想的，前面也已经看到过了，比如泡利猜想，狄拉克猜想，一个好的猜想可以 扼住命运的咽喉。马约拉纳的猜想也象一只蚊子一样能在午夜飞行弄得很多年轻人晚上睡觉不着，只听见耳边嗡嗡作响：“自然界存在一种有质量无电荷的自旋为 1/2的粒子，它的反粒子就是它本身。”





(4)

其实早在1929，数学家外尔就已经描述了一种带自旋但没有质量的粒子，被称为外尔旋量。而马约拉纳的猜想表面上看似乎象是一种数学游戏，马约拉纳所 要求的这种旋量会在一些特定维度的时空中被找到——实际上这意味着人们面对的量子世界可以有更多出人意料的结果，比如超对称理论中，引力子的超对称伴侣就 是一种自旋为3/2的带质量的马约拉纳旋量。旋量的故事既然已经展开，也许不免让一些文科读者花容失色，但故事将越来越扑朔迷离。

简单的说：
1。没有电荷----》马约拉纳旋量
2。没有质量----》外尔旋量
3。没有电荷没有质量---》马约拉纳-外尔旋量（在四维时空不存在！）

自旋，电荷，质量。这3个量子数就好象是自助餐厅里的3道菜，你可以自由选择吃哪几个！