There are several categories of scientists in the world; those of second or third rank do their best but never get very far. Then there is the first rank, those who make important discoveries, fundamental to scientific progress. But then there are the geniuses, like Galilei and Newton. Majorana was one of these.— (Enrico Fermi about Majorana, Rome 1938)

科学家分好几种,二流或三流的科学家尽他们最大努力仍行而不远,一流科学家则做出推动科学进步的重要发现,他们都是天才比如伽利略和牛顿,当然还有马约拉纳。——费米

1938年3月26日,周六。那不勒斯大学(University of Naples Federico II)物理学院院长安东尼奥·卡瑞利(Antonio Carrelli )却丝毫没有休息日的闲适,上午十一点他就收到一封署名马约拉纳(Majorana)的电报:“别紧张,信随后就到”(注1:所有信件原文都是意大利语,本文都根据英文版本翻译。)。他对此困惑不已,他应该紧张什么呢?卡瑞利当然知道是谁给他发的电报,这一切还要从马约拉纳说起。

一、马约拉纳其人

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马约拉纳(wiki)

马约拉纳全名埃托雷·马约拉纳(Ettore Majorana),1906年8月出生于意大利西西里岛的卡塔利亚(Catania),在他出生的前一年,爱因斯坦(Albert Einstein)一口气发表了五篇惊世骇俗的论文,不仅奠定了狭义相对论的基础,还提出了光量子的概念,革命性地延拓了普朗克的理论,为量子力学开创了新的局面。和泡利(Wolfgang E.Pauli,1900—1958)、海森堡(Werner Karl Heisenberg,1901—1976)、费米(Enrico Fermi,1901—1954)、狄拉克(Paul Adrien Maurice Dirac,1902—1984)等人一样,他们这一代人都赶上了一个物理学蓬勃发展的时代,同时也是一个世界格局风云突变的时代。

马约拉纳的父亲虽然是个商人,但是他有一个奇怪的物理学家叔叔季里诺·马约拉纳(Quirino Majorana),季里诺最杰出的事迹在于他认为爱因斯坦的相对论就是胡说八道,一直致力于证伪相对论,但他的实验总是证明爱因斯坦是对的。这似乎是一种典型西西里人的风格,从来不在乎整个世界的看法,看起来很荒谬实际上也与物理学家的品质相近,如同费曼(Richard Phillips Feynman)的自传《你干吗在乎别人怎么想》(What Do You Care What Other People Think?)描述的那样。只不过季里诺的运气不太好而已,缪斯之神没有站在他这一边,正如晚年的爱因斯坦一般,而这种命运的神奇最终降临在了马约拉纳自己身上。

1923年马约拉纳进入罗马大学攻读工程学,这时候意大利物理学环境发生了一些变化。1926年罗马大学(University of Rome La Sapienza)物理研究所负责人马里奥·科里宾(Orso Mario Corbino)意识到费米的天才,将他招入麾下网络了一大帮年轻人一同进行物理研究,主攻方向为原子核物理。当时的物理研究所位于罗马的Via Panisperna街道上,这个街道得名于附近著名的圣洛伦佐修道院(San Lorenzo in Panisperna),每天那些年轻人走过修道院到达物理研究所研究宇宙真理,竟然与当时物理学的神秘主义思潮莫名的切合起来。这群年轻人也就被称为“Via Panisperna boys”,主要成员除了科里宾和费米,还有爱德阿多•阿玛尔迪(Edoardo Amaldi,意大利航空先驱)、埃米利奥·塞格雷(Emilio Gino Segrè)、布鲁诺·蓬泰科尔沃(Bruno Pontecorvo)、奥斯卡·达戈斯蒂诺(Oscar D'Agostino)、弗朗哥·拉赛蒂(Franco Rasetti)等人。1928年马约拉纳因为各种原因在工程学院待不下去了,塞格雷就把他引荐给了费米,“你和那些天才一起肯定会很开心的”。1929年费米决定把研究机构改为近代物理研究方向,主攻当前流行的各种理论,时人评价认为这是继伽利略之后意大利最伟大的一群物理学家。

马约拉纳第一篇论文是费米所提出原子结构统计模型的早期应用,与同事一同进行原子光谱的研究。1932年再接再厉的马约拉纳发表了一篇研究在随时间变化的磁场下原子光谱的论文,伊西多·拉比(I.I. Rabi)以及其他人同时也在研究这个问题,由此开启了原子物理重要的新分支——无线电磁波频谱。同年小居里夫妇——居里夫人的女儿伊雷娜·约里奥-居里(Irène Joliot-Curie)和女婿约弗雷德里克·约里奥-居里(Frédéric Joliot-Curie)发现了一种疑似伽马射线的新粒子,马约拉纳对此进行了研究并认为这种新粒子应该保持电中性、质量和质子类似,即中子,费米建议他写文章发表,但马约拉纳拒绝了,后来詹姆斯·查德威克(James Chadwick)通过实验证实的确如此并因此获得1935年诺贝尔物理学奖。但这并没有改变马约拉纳的作风,甚至他更加变本加厉地只研究不发表起来。

1933年在费米要求下马约拉纳离开意大利来到德国,在莱比锡(Leipzig)马约拉纳遇见了海森堡,他特别喜欢这个同龄人,认为海森堡不仅是个聪明的科学家,也会是他一生的挚友。他还去了哥本哈根(Copenhagen)与物理学大师也是海森堡的导师——玻尔(Niels Henrik David Bohr)一起工作。当时纳粹还刚在德国得势,马约拉纳学习了海森堡的理论和玻尔的原子模型。

当年夏天马约拉纳带着病痛回到罗马,接下来的四年他闭门修养,安心研究依旧从不发表,但今天我们知道他的研究方向包括:地球物理、电工学、数学分析和相对论。今天我们还能知道他,也是因为马约拉纳费米子,这是1937年马约拉纳突然公开发表的一篇论文,他对狄拉克方程式改写得到了马约拉纳方程式,可以描述中性自旋1/2粒子,因而满足这一方程的粒子为自身的反粒子,即马约拉纳费米子的反粒子是其自身,狄拉克费米子的反粒子则不是其自身。据说,这只是他众多论文中随便挑选的一篇,因为他突然想找个工作了。(待续)

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1934年“Via Panisperna boys”,从左到右依次为:达戈斯蒂诺、 塞格雷、 阿玛尔迪、 拉赛蒂和费米(wiki)