这篇论文似乎宣告了两个伟大而互补的思想之间强大合作的开始。他们占据了一种独特的理论优势，反复谈到普遍性、简单性、保持对称性和未来的广泛应用。
费曼在高能物理学家的会议上是一个奇怪的存在。 他比盖尔曼那一代聪明的年轻科学家要年长，比奥本海默那一代手握诺贝尔奖的“参议员”要年轻。他既没有退出讨论，也没有在讨论中占据上风。他对热点问题表现出强烈的兴趣——就像他最初对宇称问题的试探一样，却让年轻的物理学家们觉得他与最新的观点脱节，尤其是与盖尔曼形成鲜明对比。
在 1957 年的罗切斯特会议上，至少有一位与会者认为，费曼应该亲自将他的理论才能用于他在一年前提出的问题上，而不是将这个问题留给杨振宁和李政道。（这个人还注意到，一个修正主义的炼狱正在形成：从狄拉克到盖尔曼，理论家“忙着解释他们个人从未认为宇称是什么特别的东西”，而实验者则回忆说他们一直想做像吴健雄那样的实验。）在公开场合，费曼一如既往地平静。而在私下，他为自己没有找到正确的问题而苦恼。 他想避开人群。他知道自己没有跟上盖尔曼和其他高能物理学家发表的工作，但他无法忍受坐下来阅读那些每天送到他桌子上、堆在他书架上的期刊或预印本。他收到的每篇论文都像一部把最后一章印在开头的侦探小说。他只想读到足够的内容来理解问题，然后用自己的方式解决问题。
在物理学家中，几乎只有他一个人拒绝为期刊推荐论文。 他不能忍受沿着别人的轨迹从头到尾地重新解决一个问题。（他也知道，当他打破自己的规则时，他可能会极其残忍。他在总结一篇文章时写道：“比尔德先生非常勇敢，他大量引用了其他书目，因为如果一个学生真的看了其他书，我相信他不会再回来继续读比尔德了。”然后敦促编辑为他的评论保密——“毕竟比尔德先生和我是好朋友”。）他对其他人的工作一贯采取批评的方法，甚至冒犯了他想恭维的理论家。他会欣赏在他人看来次要的发现，或坚持在他人看来不切实际或巴洛克式的替代观点。一些理论家努力与同事合作，并为整个集体奠定基础、设立议程。盖尔曼就是其中之一。费曼似乎缺乏这种雄心壮志——尽管当代物理学家都乐于使用费曼图。但他还是很沮丧。
他有时会向他的妹妹琼倾诉，琼也开始了自己的科学生涯，在雪城大学获得了固体物理学博士学位。她仍然住在雪城，费曼去罗切斯特时看望了她。他向妹妹抱怨，他无法工作。琼提醒他，他最近与她分享了所有想法，却拒绝花足够长的时间来写一篇论文。 “你已经一次又一次这么做了，”她说，“你告诉我，布洛克可能是对的。而你对此却毫无行动。当你有这样的东西时，你就应该把它写出来，大声宣布出来。”她还提醒费曼，他曾提到过一个关于弱相互作用的普遍理论的想法——把 β 衰变和基于弱相互作用力的奇异粒子衰变联系在一起。最后，她敦促他看看这会产生什么。
在其经典形式中，β 衰变将一个中子变成一个质子，释放出一个电子和另一个粒子——一个中微子，它是无质量、无电荷、难以探测的。电荷是守恒的：中子没有电荷，质子携带一个单位正电荷，电子携带一个单位负电荷。类似地，在介子家族中，一个质子可以衰变为 μ 子（像一个重电子）和一个中微子。一个好的理论可以预测这种过程中的衰变率，以及流出的粒子的能量。有一些复杂的问题。粒子的自旋必须一致，特别是对于无质量的中微子，在计算适当的自旋时出现了“利手性”问题。所以，对费曼、盖尔曼，以及其他人来说，关于宇称破坏的新理解立即改变了弱相互作用的图景。
在对各种粒子相互作用进行分类时，理论家们创建了一个分类方案，含有将一种波函数转化为另一种波函数的五种不同变换。从一种意义上说，这是对典型的代数技术的分类；从另一种意义上说，根据可能的自旋和宇称，这是对相互作用中产生的虚拟粒子类型的分类。为了速记，物理学家使用了 S、T、V、A 和 P 作为标签，分别代表标量、张量、矢量、轴矢量和赝标量。不同种类的弱相互作用有明显的相似性，但这种分类模式带来了一个问题。正如李政道在 1957 年的罗切斯特会议上所指出的，大多数关于 β 衰变的实验都证明了 S 和 T 的相互作用，而新的宇称破坏实验则倾向于认为介子衰变涉及 V 和A。在这些情况下，同样的物理定律很难奏效。
在阅读李政道和杨振宁为会议准备的预印本时，琼唯一一次命令费曼像学生一样坐下来，一步一步地阅读，他看到了另一种表述宇称破坏的方法。 李政道和杨振宁描述了中微子自旋的限制。费曼非常喜欢这个想法，以至于他从另一位发言者那里求来 5 分钟，向观众提到了这个想法。他回溯了量子力学的起源——不仅回到了狄拉克方程本身，而且还回到了他和韦尔顿还是麻省理工学院本科生时发现的克莱因 – 戈尔登方程。利用路径积分，他再次向前迈进，推导出（或“发现”了）一个与狄拉克方程略有不同的方程。这个方程更加简单：它有两个分量，而狄拉克方程有四个分量。费曼说道：
现在我要问这个问题，假设历史上 [ 我的方程 ] 是在狄拉克方程之前被发现的会怎样？它肯定与狄拉克方程有同样的结果。它可以用同样的方式使用图表。
当然，β 衰变的图示增加了一个与电子场相互作用的中微子场。当费曼对他的公式做了必要的修改时，他发现：
我当然不能那样做，因为这个项是宇称不对称的。但是——β 衰变不是宇称对称的，所以它现在是可能的。
当时有两个困难。一个是他提出了相反的自旋符号：他的中微子的自旋方向与李政道和杨振宁的预测相反。另一个是在他的公式中，必须是 V 和 A 耦合，而不是所有人都认为正确的 S 和 T 耦合。
与此同时，盖尔曼也考虑了创建弱相互作用理论的问题。费曼和盖尔曼也不是孤军奋战： 罗伯特·马尔沙克在 1947 年的庇护岛会议上提出了最初的双介子思想，他和年轻的物理学家 E. C. G. 苏达山（Sudarshan）也倾向于 V 和 A耦合。那年夏天，由于费曼在巴西旅行，马尔沙克和苏达山在加利福尼亚与盖尔曼会面，并描述了他们的方法。
费曼在夏天结束时回来了，这一次，他决心赶上实验进展，并将他的弱相互作用的想法进行到底。他参观了吴健雄在哥伦比亚大学的实验室，并要求加州理工学院的实验人员向他提供最新的信息。数据似乎一塌糊涂，到处都是矛盾。 加州理工学院的一位物理学家说，盖尔曼甚至认为关键的耦合可能是 V 而不是 S。正如费曼事后经常回忆的那样，这在他的头脑中触发了一个想法。
那一刻，我从椅子上跳了起来，说：“那我就全都明白了。我全都明白了，我明天早上会向你们解释。”
他们认为我说这句话的时候是在开玩笑……但我没有开玩笑。从认为是 S和 T 的统治中解脱出来，正是我所需要的，因为我有一个理论，如果 V 和 A是可能的，V 和 A 就是正确的，因为它是一个整洁、漂亮的东西。
几天之内，他就起草了一篇论文。 然而，盖尔曼决定，他也应该写一篇论文。在他看来，他有自己的理由专注于 V 和 A，他希望这个理论是普遍的。电磁学依赖于矢量耦合，而奇怪的粒子更倾向于 V 和 A。令他不高兴的是，费曼似乎在不经意间否定了他的想法。
在他们之间的紧张关系加剧之前，系主任罗伯特·巴彻尔介入他们之间，要求他们写一篇联合论文。 他不希望看到在加州理工学院的物理学小组中出现同一发现的竞争版本。同事们听到费曼和盖尔曼在走廊或餐厅桌旁全神贯注地讨论。尽管他们的语言特征存在着差异，但他们还是互相激励：费曼听起来是在说“你拿着这个，把它从这里穿过，然后从这里出来，像那样把它们拉到一起”，盖尔曼则说“你把它们替代到那里和那里，像这样整合起来”……他们的文章在 9 月递交到《物理评论》，几天后，马尔沙克在意大利帕多瓦的会议上提出了他和苏达山的类似理论。
费曼和盖尔曼的理论在几个有影响力的方面更进一步。 他们提出了一个大胆的扩展，将基本原理从 β 衰变扩展到其他类型的粒子相互作用；多年后，实验才完全跟上，可以看出，他们两人多么有先见之明。这一理论还提出了一个想法，即一种新的流（类似于电流，是电荷流的量度）应该守恒；对流的概念的新扩展成为高能物理学的一个核心工具。
回忆这段往事时，费曼倾向于这是他们一起写的论文。盖尔曼有时对它不屑一顾，尤其是抱怨双分量的形式——他觉得这是一个可怕的符号。它确实有费曼的印记。费曼应用了量子电动力学的表达方式，这可以追溯到他在 1948 年关于路径积分的第一篇论文。盖尔曼允许他深情地写道：“作者之一对这个方程情有独钟。”然而，说他们处理违反宇称的方法“有一定的理论依据”，这句话不太可能是费曼写的。盖尔曼尽可能地使理论统一且具有前瞻性的努力同样显而易见。如果费曼、盖尔曼、马尔沙克或苏达山没有在 1957 年提出这一发现，其他人很快也会提出这一发现。然而对费曼来说，这和他职业生涯中的其他成就一样纯粹：揭示自然规律。 他的模型一直是狄拉克的神奇发现——电子方程。
在某种意义上，费曼发现了中微子的方程。他说：“有那么一刻，我知道了大自然是如何运作的，它优雅而美丽，在闪闪发光。”对其他物理学家来说，“费米相互作用理论”仅有 6 页长，就像文献中的一座灯塔，熠熠生辉。
这篇论文似乎宣告了两个伟大而互补的思想之间强大合作的开始。他们占据了一种独特的理论优势，反复谈到普遍性、简单性、保持对称性和未来的广泛应用。他们从一般原则而不是特定的动力学计算出发。他们对新类型的粒子衰变做出了明确的预言。他们列出了与他们的理论相矛盾的具体实验，并宣布这些实验因此一定是错误的。没有什么比这更能醒目地宣布理论家们至高无上的地位了。
上文转自图灵新知，节选自人邮图灵《费曼传》，【遇见数学】已获转发许可。
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《中国教育报》2024年06月11日第2版
作者：赵桐（中国传媒大学国际传媒教育学院2021级硕士研究生）
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