2021年1月4日，荷蘭理論物理學家、諾貝爾物理學獎得主馬丁努斯·韋爾特曼（Martinus J.G. Veltman）逝世，享年89歲。1999年韋爾特曼因「闡明物理學中電弱相互作用的量子結構」，與自己的學生特·胡夫特（Gerard 't Hooft）共享了諾貝爾物理學獎。上世紀60年代，韋爾特曼通過研發電腦程式「Schoonship」（後來Mathematica，Maple等著名程序軟體的基礎）來研究楊-米爾斯理論（非阿貝爾規範場論）的重整化方法，用符號完成了量子場論導致的複雜表達式的代數簡化。通過計算程序，1971年胡夫特完美證明了基於規範對稱性及自發對稱破缺機制的電弱相互作用也是可重整的。之後兩人共同完善了計算方法的細節，使電弱統一理論擁有了更牢靠的數學基礎，成為研究粒子物理學的有力工具，特別是對頂夸克的預言在1995年費米實驗室成功驗證，電弱統一模型成為了粒子物理學的標準理論。韋爾特曼一生也頗為傳奇，是位性格孤傲不羈，卻也幽默詼諧之人，很多趣事流行在物理學家中。本文作者回憶了一些關於韋爾特曼的往事，以紀念這位科學巨人。
馬丁努思·韋爾特曼（Martinus Veltman，1931.6.27-2021.1.4）丨圖源：CERN
撰文 | 邢志忠
2021年1月4日，荷蘭國家亞原子物理研究所教授、1999年諾貝爾物理學獎獲得者馬丁努思·韋爾特曼（Martinus Veltman）教授在家中與世長辭，享年89歲。聽聞此訊，我的腦海中立即湧現出韋爾特曼的名言：We go on until we go wrong。很多粒子物理學家在探索微觀世界的職業生涯中，不論成功或失敗，都以自己的實際行動反覆印證了這句話。
韋爾特曼於1931年6月27日出生在荷蘭南部的瓦爾維克，一座人口約兩萬、以製鞋業為主的城市。他在擁有六個孩子的大家庭中排行第四，但從小受到了良好的啟蒙教育，因為他的父親是當地一所小學的校長。1943年，12歲的韋爾特曼升入高中；三年後以並不出眾的考試成績畢業。在中學物理老師的建議下，他考入烏得勒支大學繼續讀書。當時荷蘭與歐洲其他國家一樣，正處在從第二次世界大戰的廢墟中重建的艱難歲月，家境貧寒的韋爾特曼不得不勤工儉學，花了五年時間才讀完大學課程，比戰前的正常情況晚了兩年畢業。在此期間，韋爾特曼碰巧讀到一本關於相對論的科普書，這激發了他對物理學的強烈好奇心，於是他一邊做兼職養活自己，一邊嘗試著做一些物理學實驗工作。1956年，完成了研究生學業的韋爾特曼開始服兵役；1959年，他在28歲的「高齡」才開始攻讀博士學位，導師是烏得勒支大學的利昂·范霍夫（Leon van Hove）教授。1960年，範霍夫受聘成為歐洲核子研究中心（CERN）理論部的主任。一年後，結了婚的韋爾特曼也來到日內瓦與導師會合。1963年，韋爾特曼完成了自己的博士論文，身穿燕尾服、打著白領結領取了荷蘭烏得勒支大學的博士學位證書。三十六年之後，他穿著類似的服裝，與自己的學生傑拉德·特胡夫特（Gerard 『t Hooft）一道在斯德哥爾摩領取了諾貝爾物理學獎。
博士畢業以後，韋爾特曼先後在美國史丹福大學的直線加速器中心（SLAC）、歐洲核子研究中心和美國布魯克海文國家實驗室訪問工作。1966年，他返回烏得勒支大學，接受了自己的導師退休後留下的職位，成為理論物理學教授。當時他是該校唯一從事粒子物理學研究的教授。作為歐洲物理學會主辦的專業期刊《物理學快報B》（Physics Letters B）的編委之一，韋爾特曼拒絕掉了大量其實質量沒有那麼差的稿件，這令很多作者頗有微詞。好在到了1968年，他就辭去了該期刊編委的職務，專心從事科研、教學和指導研究生的工作。於是，從小就立志要成為「一個什麼都懂的人（a person who knows everything）」的天才少年特胡夫特的機會來了。
在英國作家吉姆·巴戈特（Jim Baggott）撰寫的科普著作《希格斯：上帝粒子的發明與發現》第五章，作者引述了特胡夫特本人發表於1997年的《尋找物質的基本組分》（In Search of the Ultimate Building Blocks）一書中所描述的一則奇聞軼事。1969年的一天，韋爾特曼走進辦公樓的電梯，由於當時裡面已經擠滿了人，因而電梯報警器發出了超載的提醒。這時所有人的目光都轉向韋爾特曼，他的腰圍和體重都相當壯觀，而且是最後進入電梯的那個人。通常在這種場合，一般人也許會不好意思地表示道歉並退出電梯，但韋爾特曼卻沒有這麼做。他深知廣義相對論的的等效原理：如果一個人做自由落體運動，他將不會感受到自己的重量。於是韋爾特曼對電梯按鈕旁邊的人大聲說道：「當我說『好了』的時候，請按一下電鈕！」然後他騰空而起。「好了！」他自己忍不住大笑。有人按動了電鈕，於是電梯開始上升。等韋爾特曼從空中回落到電梯的地板上時，電梯已經獲得了足夠的動能，得以繼續上升。當時特胡夫特就站在電梯裡面，親眼目睹了這匪夷所思的一幕：他即將成為這個聰明而頑皮的物理學教授的研究生。
韋爾特曼的確智力超群而且獨具慧眼。他很早就深信楊振寧和羅伯特·米爾斯（Robert Mills）在1954年提出的規範場理論必有大用途，因此從1969年開始指導自己的天才學生特胡夫特深入研究楊-米爾斯理論的重正化問題。1970年，在法國科西嘉島卡爾熱斯（Cargèse）舉辦的暑期學校期間，特胡夫特學習並掌握了對稱性自發破缺的理論；到了年底，他就在自己的第一篇論文中證明了含有零質量粒子的楊-米爾斯場論是可以重正化的。1971年，特胡夫特完美地證明了基於規範對稱性及其自發破缺機制的電弱相互作用模型也是可重正的。1972年，韋爾特曼和特胡夫特師生二人合作發表了題為「規範場的正規化和重正化」（Regularization and renormalization of gauge fields）的論文。於是史蒂芬·溫伯格（Steven Weinberg）等人建立的電弱統一模型開始被廣泛接受，並在日後成為粒子物理學的標準理論。
上述裡程碑式的科研工作也使得年僅25歲的特胡夫特在國際上名聲大噪，一時風光無限。不過對照黃道十二星座來看，韋爾特曼屬於巨蟹座，因此他的性格中不乏敏感的一面。無獨有偶，生於1946年7月5日的特胡夫特也屬於巨蟹座，也是既孤傲又敏感。最讓韋爾特曼心理不平衡的是，特胡夫特在圈子裡的人氣和名氣遠遠蓋過了自己，而很多人似乎有意無意地忘記了重要的一點：學生的博士論文選題和有關計算程序都離不開導師的指點和貢獻。1972年獲得博士學位後，特胡夫特訪問歐洲核子研究中心並在那裡工作了兩年。他隨後回到母校烏得勒之大學任教，開始與導師共事。可是一山容不得二虎，結果是韋爾特曼於1981年黯然離開荷蘭，受聘成為美國密西根大學的終身教授。但歲月的流逝最終衝淡了這對師生之間的誤解和恩怨。得知自己將與特胡夫特分享1999年的諾貝爾物理學獎之後，兩鬢已經霜白的韋爾特曼愉快地回到祖國，和得意門生攜手出現在母校為他們舉辦的慶祝會上。
雖然韋爾特曼的個性孤傲不羈，但他卻擁有十足的幽默感。他曾在自己的科普著作《神奇的粒子世界》（Facts and Mysteries in Elementary Particle Physics）中不點名地自我表揚了一番：「在夏季出生，最好是在六月份出生，對人的高智商最有利。我的這個猜測基本上適用於諾貝爾獎得主，不過愛因斯坦卻出生在三月份。」2008年11月13日，應邀來高能所訪問的韋爾特曼教授做了一場題為「百年粒子物理學」（A century of particle physics）的精彩演講。在報告會的提問環節，與韋爾特曼教授同月同日生的我開玩笑地問他：如今是否還認可一個人的生日與其智商的關係。但他當時似乎已經忘記了自己曾經提出的「理論」；於是我只好趕緊岔開話題，問了一個專業問題收場。
值得慶幸的是，我至今還保留著韋爾特曼在2001年底寄給我的一張合影，以及他在照片背面的親筆籤名。2001年9月，紀念量子力學的創始人之一魏納·海森堡（Werner Heisenberg）誕辰100周年的國際會議在德國巴伐利亞州的巴姆貝格小城召開。有一次在會議的茶歇期間，我與德國物理學家哈拉爾德·弗瑞馳（Harald Fritzsch）教授坐在室外的長椅上討論問題的畫面，被正挎著相機四處遊蕩的韋爾特曼教授偷拍下來。我們三人愉快地交談了一會兒，並分別兩兩合影留念。在富瑞馳幫韋爾特曼和我拍攝的照片中，可以看出大師正以老頑童般的神情與我對視。後來出乎我的意料，韋爾特曼教授在2001年的年底親自把衝印出來的幾張照片郵寄到高能所，而這成了我對這位科學巨人最美好的回憶。
寫於2021年1月8日
本文經授權轉載自微信公眾號「中科院高能所」。