說起物理學家,大家腦海裡第一時間可能想到的是此前辭世的霍金。
被視為本世紀最著名的物理學家之一,霍金雖然飽受50多年的漸凍症之苦,但他絲毫不自憐,更討厭別人憐憫他。
除了出版大熱賣的《時間簡史》和《胡桃裡的宇宙》兩本書,霍金的性格也是十分高調。
他愛結交好萊塢明星,喜愛派對,更愛成為目光焦點。
他曾在美劇《辛普森家庭》和《生活大爆炸》中客串演出,經常上熱門談話性節目和伶牙俐齒的主持人對話。
媒體常把他比喻為繼愛因斯坦和牛頓以來最偉大的科學家,從而引起了一些同行的不滿。
比如有一名物理學教授就認為霍金的成就被媒體過度放大了,「他的明星地位給了他其他人無法享有的威信。」
這位敢質疑霍金的人就是另一名物理學先鋒──2013年諾貝爾物理學獎得主的皮特·希格斯(PeterHiggs)。
他曾和霍金互看不順眼、兩人之間還就學術打過賭,他甚至還公開批判過霍金的研究做得不夠透徹。
他和霍金之間的「相愛相殺」不僅是學術圈的博弈,也給後人留下了不少佳話。
今天我們就來講一下皮特·希格斯的故事。
想當工程師的物理學天才
希格斯於1929年5月出生在英格蘭東北部泰恩河畔新堡市,父親曾在BBC擔任音控師。
童年時患有氣喘,後來因為父親工作的關係,二戰期間全家移居南部的布里斯托,他也因此沒有繼續在學校接受教育。他後來進入考瑟姆文法學校就讀,並受到校友保羅·狄拉克(量子力學的奠基者之一,1933年榮獲諾貝爾物理學獎)在物理方面的影響。
17歲時,他進入倫敦市立中學就讀,擅長數學,於1950年拿到倫敦國王學院物理學博士學位,並成為愛丁堡大學研究員。
希格斯曾透露,自己並非由始至終對物理學保持濃厚的興趣,上學期間就發現物理學「很無聊」。
他本來想成為一名工程師,因為在實驗室裡「笨拙」的表現讓他心灰意冷,從而選擇了自己的第二志願——理論物理學。
1954年的皮特·希格斯
希格斯在愛丁堡大學最早的工作和分子物理學相關,他的工作是進行分子振動譜的計算。
1956年,他開始從事量子場論研究。
希格斯也曾在倫敦帝國學院及倫敦大學學院任職,1960年他返回愛丁堡大學擔任講師,從此再沒離開過,直到1996年退休成為愛丁堡大學榮譽教授。
「上帝粒子」的發現
談及他在學術成就上的突破,1964年稱得上是具有裡程碑意義的一年。這一年,希格斯受一篇和自己觀點截然不同的文章啟發,腦海中開始產生「關於粒子如何獲得質量的理論」,此後他撰寫了兩篇研究論文。
諷刺的是,當時權威機構歐洲核子研究中心(CERN)出版的《物理快報》拒絕發表他的論文,理由是與物理學無關,一些同行還嘲諷他沒有掌握物理學的基本原理。
希格斯只能進行改寫,才獲美國同類期刊《物理評論通訊》採用。在修改過程中,他在文末加上了一段,指出這一理論預測了一種新粒子,無自旋、質量不明,這就是後來聞名的「希格斯玻色子」。
根據物理學家於 1970 年代提出的「標準模型」,宇宙及萬物均是由 4 大類基本粒子構成。希格斯玻色子是 62 種基本粒子中唯一仍未發現的,證實其存在,我們就知道了賦予粒子以質量的物理機制。
然而這種粒子捉摸不定,自從1964年理論建立後,科學家尋找了許多年都無法確定它的存在。由於它難以尋覓又極為重要,因此又被稱作「上帝粒子」,表示發現它,就像證實上帝存在般困難。
媲美阿波羅登月計劃的突破成就
希格斯讓希格斯玻色子登上歷史舞臺後,這時候就需要實驗物理學家上場了。
此後,CERN在瑞士與法國邊境斥資百億美元,建造了大型強子對撞機 (LHC) 短暫產生相當於太陽10萬倍的溫度,意圖通過模擬140億年前宇宙大爆炸情況來尋找到希格斯玻色子。
瑞士CERN的大型強子對撞機
不過,這一舉措遭到了不少專家的質疑甚至嘲諷。
霍金就曾在2008年用100美元跟人打賭,說LHC找不到希格斯玻色子,並稱「如果沒發現它會更令人興奮,那就表示現有物理學理論某些地方出了錯,必須重新思考。」
這番言論立馬惹來希格斯的不悅,他反批霍金研究「做得不夠好」,「他把粒子物理學的理論與重力學扯在一起,沒有任何一位理論學派粒子物理學家會認為這是正確的。」
霍金並不是唯一打賭的人,2009年,德國物理愛好者亞歷山大•溫茨克(Alexander Unzicker)也下了100美元的賭注。他認為希格斯玻色子不存在,並為此建立了「打賭希格斯」(bet on the higgs)網站。
2011年,愛爾蘭一家博彩公司也開設了賭局,還為各種情況設置了賠率:如果在2012年發現希格斯玻色子,賠率是4:1,2013年則是5:1。
結果證明,真理再一次掌握在少數人手裡,就連霍金也被啪啪打了臉。
通過無數次的質子與質子高速模擬對撞,歐洲核子中心終於在2012年實驗成功,證明了"希格斯波色子"的存在。有科學家甚至將這次發現,與1960年代的阿波羅登月計劃相提並論。從發表「上帝粒子理論」到證實,跨過了近50個年頭,曾飽受學術界非議的希格斯在聽到這一消息時,已是83多歲高齡的他流下了眼淚。
他跟當時在現場的記者說:「有時候,被證明是正確讓人感覺很好。這是我一生中最不可思議的一件事。我不曾料到它會在我有生之年發生。」
就連輸了100美元的霍金也感慨:「這是一個重大成就,希格斯應該獲諾貝爾獎。」
希格斯和霍金
有趣的是,希格斯真的獲得了2013諾貝爾物理學獎的殊榮,為一生的學術成就劃上了一個圓滿的句號。
不愛張揚的物理學怪才
據好友透露,希格斯為人十分謙虛,喜歡獨來獨往、不受束縛,這與同時代喜歡高調的霍金形成了鮮明的對比。
回憶自己的學術研究生涯,他曾感嘆自己的性格「古怪、不招人喜歡」,很難找到願意和他一起做研究的搭檔。「沒有人認真對待我感興趣的課題,但我知道自己在做一件很酷的事情。」
在兩個兒子出生後的幾年,他和妻子開始分居。他透露是自己過於專注於研究工作,導致婚姻走向了破滅。這段婚姻讓他育有兩個兒子,其中一個成為了電腦工程師,另一個則是爵士音樂家。如今,他的兩個孫子都住在愛丁堡,時不時去探望他。
特立獨行的性格也在希格斯的生活中得到體現。
他曾一度認為,自己未能將其理論和物理學「標準模型」成功聯繫起來的部分原因是,他錯過了年少時物理學夏令營的一個晚上討論會。於是,他決定「將錯就錯」下去,從此早睡,以免自己的想法在夜晚輕易被人左右。
他還不喜歡希格斯粒子被稱為「上帝粒子」,因為他是一名無神論者。
2013年11月12日,希格斯在英國倫敦科學館舉行的「對撞機」展覽上的大型強子對撞機的照片前
雖然生活在科技智能時代,希格斯卻屬於「低科技一族」,沒有手機在手,家裡既沒有電視,也沒有電腦。從愛丁堡大學退休後,他幾乎沒有和外界聯繫的工具,只通過閱讀最新的物理學期刊來獲取資訊。早在諾貝爾獲獎者名單公布之前,就有一名記者來到他家,希望能夠提前採訪到他,結果被他怒氣衝衝地趕走了。
要不是在街上碰到鄰居恭喜他,他還不知道自己獲獎了。
當遇到路人向他索要籤名時,他坦率地表示:「老實說,有點令人討厭。」
50年前對「上帝粒子」大膽預測,被同時代天才嘲諷質疑,不為家人所理解,孤傲地行走在科技時代的潮流中,直到多年後理論被科學實驗證實……
這不僅是一個科學怪才突破成見、勇敢追夢的故事,也是在告訴我們:世界上沒有什麼不可能,未來的很多發現也許還會撼動人類根深蒂固的信仰。
從萬有定力定律到證實「上帝粒子」的存在,350年的歷程讓人類明白,科學發展就是在不斷地預測、否定和實驗中一步一步前進,而真正能夠得到讚許的則是突破成見、敢於創新的科學精神。