爱丁堡大学消息,当地时间4月8日,2013年诺贝尔物理学奖获得者、英国理论物理学家彼得·希格斯(Peter Higgs)因病在家中安详辞世,享年94岁。
希格斯最广为人知的贡献,是在1964年提出以他名字命名的希格斯机制,预言希格斯玻色子的存在,揭示了包括W玻色子在内所有基本粒子的质量起源。
爱丁堡大学校长彼得·马斐森(Peter Mathieson)在讣闻中写道:“彼得·希格斯是一个非凡的人——一位卓有天赋的科学家,以其远见和想象力丰富了我们对周遭世界的认识。他的开创性工作激励了成千上万的科学家,他的贡献还将继续鼓舞一代又一代的后来人。”
不管本人意见如何,希格斯的名字广为公众所知,是从诺贝尔奖开始的。自他摘获诺奖桂冠以来,下面这段轶闻被众口相传、津津乐道:
1964年的一个周末,徜徉于凯恩戈姆山川河谷间的希格斯,忽然福至心灵,悟到了理论的关键。他目不窥园、足不下楼,醉心于粒子物理研究;直到大儿子出生时,还呆在数里之外的图书馆。
希格斯不谙世事,远离现代生活——从不看电视,也没有手机,直到80岁生日才获得了人生中第一台电脑。诺贝尔奖揭晓当天,他并未焦急地守在电话旁,而是在大街上溜溜跶跶。直到撞见旧邻、收到祝贺时,他的第一反应也是茫然和疑惑:“啥奖?”
上述叙事满足了我们对物理学家的所有想象,唯一的问题在于真假掺半。
在2013年的采访中,希格斯告诉记者,他对漫步山间、灵感袭来的传言一头雾水,自己也并未对诺奖的青睐感到意外。面对旧邻的祝贺,刚从利斯区吃饭回来的希格斯早已对一切了然于胸——“当我说‘啥奖?’时,真的只是在开玩笑。”
希格斯是个性格孤僻的人。事实上,那天他为了避开沸腾的人潮,本打算驱车前往西高地(West Highlands)。结果因为汽车六个月没开,电瓶亏电打不着火,“所以我放弃了这个计划,当然,我没把这事告诉任何人。”
传闻也有真实的部分,希格斯确实过着“低科技”的生活。他住在小公寓里,没有手机,没有电视,也没有互联网。他从儿子那里收到过一部手机,却从未往外拨过电话——除了家人,没有人知道这个号码。“我讨厌被这样打扰。为什么人们可以这样打扰我?”
因为他们喜欢保持联系?“但我不想联系。这是对我生活方式的侵犯,原则上我当然没有义务接受它。”希格斯家中也没有电视,但这并不是因为他对外面的世界缺乏兴趣。“我不认为电视是外部世界,” 希格斯曾直截了当地说,“我认为它是一种人工制品。”曾经有人让希格斯看了《生活大爆炸》,但他“印象不深”。
身为教授,希格斯有一个邮箱地址,但他从不发送电子邮件,甚至也从未浏览过网页。早先,秘书会把收到的邮件打印出来,他再一一用纸信回复;后来,邮箱转交一位同事打理,这位同事清楚,绝大多数邮件都无需惊动希格斯。
希格斯喜欢独处,但并非两耳不闻窗外事。在他馥郁而内敛的一生中,也不乏华彩奔流。
1929年5月29日,希格斯出生于英国泰恩河畔的纽卡斯尔;1941 年,为躲避德军轰炸,希格斯举家迁往布里斯托尔。他在当地的可安文法学校就读时,世界笼罩在核阴影下,他差点为此放弃物理专业,“这显然是我不想卷入的事情。”希格斯一度积极参与英国反核运动组织——核裁军运动(CND),但CND后来逐渐走向偏激,甚至开始反对修建核电站。希格斯受够了那些“连反应堆和核弹都分不清的家伙”,选择退出组织。“我原以为他们只是被误导了,把两者混为一谈。”
1950年,希格斯从伦敦大学国王学院物理系毕业。他本打算攻读粒子物理专业的博士学位,指导教授却劝退说:“目前的粒子物理理论的情况很糟糕,你研究这个理论不会取得任何成绩,更不用说获得诺贝尔奖。”于是希格斯选择了分子物理学。
在CND活动期间,希格斯结识了他后来的妻子——一位美国语言学家。他的确错过了大儿子的出生,但事实上,这只是因为在妻子前往美国伊利诺伊州探望父母时,分娩提前了一个月。
1960年,希格斯返回爱丁堡大学担任讲师,同事们觉得他“有点古怪,也许喜欢胡思乱想”。希格斯和上级关系紧张,他在处理学生抗议活动方面和校长产生了意见分歧。“我认为他根本不了解学生抗议的原因,不分青红皂白就谴责学生领袖。部分学者对他的处理方式颇有微词,我就是其中之一。”
他还和校长在学校对南非公司的股权分配问题上发生了冲突。坊间传言,希格斯迟迟拿不到终身教职,是对他公开挑战校长权威的惩罚。在长达20多年的时间里,希格斯甚至没和校长说过话。他确信,要不是1980年有被诺贝尔奖提名的传闻,自己早就被扫地出门了。事后交流显示,学院院长的看法是:“好吧,他可能会获得诺贝尔奖。就算没有,我们也随时可以赶他走。”
1970年后,妻子提出离婚,希格斯的人生落入低谷。此后多年,他一直郁郁寡欢。
阴翳不止来自于家庭,由于缺乏粒子物理学基础,希格斯感到难以跟上领域进展。直到1996年退休,他一直游离在学界的种种变革之外。他曾告诉记者,“现今,没有一个学术岗位会要我。就这么简单,我觉得自己的工作效率不够高。”
作为一名“低产”学者,希格斯发表的论文用两只手就能数得过来,这显然跟当下的发文节奏相差甚远。“在系里做研究评估工作时,我曾让他们很尴尬。整个部门会群发信息:‘请列出你近期发表的论文’。然后我回复:‘无’。”
不过希格斯本人倒不觉得尴尬,他调皮地补充说,因为论文太少,曾有研究人员误以为希格斯的网站只列出了部分工作,还向他发邮件要完整清单。“我被技术细节全方位地抛在了后面,也从来没有追上过。所以,有种自己才不堪任的感觉。”
“这也不再是我做事的方式了。很难想象在现在这种环境下,我还会平心静气,再像1964年时候那样去做一件事情。”
格斯所说的1964年,正是他做出奠基性成果的时候。这一年的7月24日,他将题为《对称性破缺,无质量粒子和规范场》的文章投至Physics Letters,文章很快被接受并发表。一周后,他向Physics Letters投递了第二篇文章,却遭到了拒稿。在后续修改中,希格斯强调了希格斯机制给出的理论预言——希格斯玻色子,并将文章投至Physical Review Letters。
在希格斯机制中,希格斯引入了一种新的物质场(希格斯场),其在对称性自发破缺之后拥有非零的真空期望值,使得基本粒子可以通过与之相互作用来获得质量。
1993年,英国科学大臣征集希格斯场和希格斯粒子的最佳通俗解释,奖励是一瓶香槟。伦敦大学学院的大卫·米勒教授最终拔得头筹。米勒把粒子获得质量的过程比作一场鸡尾酒会,普通人无人理睬,可以自在走动,而大咖会被人群包围,穿过会场就很费劲。希格斯机制与之类似:与希格斯场的相互作用越强,粒子的质量也就越大。
粒子物理学家Martinus Veltman对此类科普解释持批评态度。他认为自相对论、量子力学以来的物理知识,不能单凭想象和直觉去理解,而是必须借助数学工具。希格斯本人也反对把希格斯场比作粘稠糖浆之类的解释,因为他觉得这会引入误解。
在公众传媒中,希格斯玻色子更广为人知的绰号——“上帝粒子(God Particle)”,出自物理学家利昂·莱德曼的科普书籍The God Particle。因为物理学家投入大量资源却遍寻无踪,莱德曼最初想叫它“Goddamn Particle(该死的粒子)”, 后来迫于出版商压力才改成现在的God Particle。
希格斯并不喜欢这个绰号。这倒不是什么出于维护宗教感情的考虑,恰恰相反,他是一名无神论者。有人写信给他,声称《圣经》《古兰经》或佛经之类预言了“上帝粒子”的存在,让希格斯对这个绰号更加后悔。他毫不客气地批评道:“我不是信徒。有些家伙在科学和神学之间已经糊涂了。他们声称CERN的实验证明了上帝存在。西班牙教会要为这一误导负责,它把脑袋本就不清楚的糊涂蛋搞得更混乱了。那些真心相信上帝七天创造世界的人们,脑子真的好使吗?”
虽然希格斯在传媒中的形象谦虚而内敛,但他有时也会像上面这样,呈现出尖锐一面。当记者问他最近读了什么虚构小说时,他会开玩笑:“你是说其他人的论文吗?” 希格斯还对Physics Letters 在1964年的那次拒稿耿耿于怀:“我不懂他们为什么接受一篇讲一种可能避开戈德斯通定理的论文,却又拒绝一篇解释如何做到这一点的文章。因此,我认识到把文章修改完后发给欧洲核子中心(CERN)的Physics Letters不是明智之举,CERN的人不懂这类事情。”
时间会改变很多东西,包括CERN。2012年7月4日,两位CERN的实验小组发言人在CERN主礼堂报告了大型强子对撞机(LHC)的最新实验结果,证实希格斯玻色子很可能存在,彼时希格斯83岁,距离他1964年的预言,足足过去了48年。
置身气氛热烈的会场,这位耋耄老人摘下眼镜,默默擦拭泪水。他事后解释说,自己心潮汹涌,“主要是因为等待结束,松了口气”。
来源:CERN
许多星星孤独地燃烧着,熄灭了,很久以后,它的光才到达我们的眼睛。
希格斯是幸运的,他等到了自己理论得见验证的这一天。2013年10月8日,希格斯和弗朗索瓦·恩格勒分享了当年的诺贝尔物理学奖。在获奖演说中,希格斯选择1960年作为自己故事的开场:
那一年,全苏格兰高校联合举办了首届物理暑期学校,新到爱丁堡大学的希格斯应邀协助会议组织,负责晚餐的红酒供应。
希格斯记得,暑校里有四名年轻学生,每天都在学校的一间地下室里讨论理论物理,直到深夜。他们很少能在第二天早起,来听第一节学术报告。这四位年轻人是:N. Cabibbo,S. L. Glashow,D. W. Robinson和M. J. G. Veltman。
希格斯并未参与他们的讨论,因为他要保管红酒。许多年后,Cabibbo告诉希格斯,正是四人在晚餐后偷拿的红酒,充当了深夜讨论氛围的催化剂。
Cabibbo后来成为了CKM矩阵里的C;Glashow建立了电弱统一理论,Robinson与他人合作,给出了非相对论多体系统中信息传播速度的上界。Veltman和他的学生一道,阐明了电弱相互作用的量子结构。
在一次次深夜畅谈中,希格斯和四人组的唯一交集,不过是一瓶瓶红酒。但这似乎是某种预示:他们此后的人生轨道冥冥交织,仿佛冰冷宇宙中璀璨的大质量星体,隔着茫茫黑暗,以万有引力遥相应答。
从这个意义上讲,希格斯并不孤独。
参考来源:
[1] https://journals.aps.org/rmp/pdf/10.1103/RevModPhys.86.851
[2] https://www.theguardian.com/science/2013/dec/06/peter-higgs-interview-underlying-incompetence
[3] https://www.theguardian.com/science/2024/apr/09/peter-higgs-physicist-who-discovered-higgs-boson-dies-aged-94
[4] https://mp.weixin.qq.com/s/mnNrjaFjGzWuzRPkRPoVfA
出品:中国科协科普部,监制:中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司
本文来自微信公众号:返朴 (ID:fanpu2019),作者:周舒义