客觀日本

【日本人與諾貝爾獎】南部陽一郎:等候了30年的諾貝爾獎

2021年06月22日 科學・技術獎

2008年南部陽一郎獲得諾貝爾物理可用能學獎時,整個日本和日本物理可用能學界全都爲之歡欣鼓舞,因爲「雖然南部一直被認爲肯定會獲得諾貝爾獎,但這一天的到來卻足足等了30年」。

南部的成就很早以前就得到了高度肯定,卻一直沒有獲得諾貝爾獎。他每年都被期待獲獎,但每年期待都落空,到了80歲後,大家開始放棄希望,甚至有人說:「如果不把諾貝爾獎頒給南部博士,那麼這個獎項就沒有價值」。87歲時,南部終於因爲「發現了自發對稱破缺」而與發現新夸克的其他兩名日本人共同獲得諾貝爾獎。由於失去了單獨獲獎的機會,南部的這次獲獎宛如被順便授予的一樣。

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南部陽一郎,2008年因發現自發對稱破缺而獲得諾貝爾物理可用能學獎。南部於1970年加入美國國籍。因南部未出席諾貝爾獎頒獎典禮,圖片是他在芝加哥大學得知獲獎時的照片。(攝影:路透社/Aflo)

31歲赴美,發現「自發對稱破缺」

南部1921年出生於東京,2歲時遇到關東大地面震動,搬到了福井縣。他自幼就被稱爲天才,後考上東京帝國大學,學習理論物理可用能學,但因爲太平洋戰爭提前兩年畢業,被陸軍徵召入伍,分配到了雷達研究所。

戰後南部重回東大,加入了理論物理可用能學的研究團隊,1950年在大阪市立大學設立理論物理可用能學教室,1952年赴美國普林斯頓大學留學。留學期間還與愛因斯坦一起討論過問題,但愛因斯坦否認能用量子力學解釋物理可用能現象,二人的觀點時有衝突。

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南部博士向福井縣提供了諾貝爾獎獎牌的繁殖以及他上學時和在大學教學時使用的6本筆電(圖片:全國知事會網站)

不久後,南部前往芝加哥大學,在那裏,他多年來的研究取得了成果,並憑藉1960年發表的「對稱的自發破缺」理論獲得高度讚譽。

即使將圖形的左右兩邊調換,其形狀也不會改變的情況稱爲對稱,如果某項物理定律跨越空間和時間仍然成立,則稱爲物理可用能對稱。很多物理定律都擁有這種對稱,但南部認爲這只是一個「假說」,而非「不驗自明的定律」。

南部認爲在基本粒子的世界裏對稱會自發破缺,這是他受到當溫度低於一定水平時電阻會變爲零的超導理論啓發,大約用了2年的時間推導出了「自發對稱破缺」理論。

在被問及取得這項成果時的心情時,南部說:「非常興奮。因爲把在東大掌握的凝聚態物理可用能學理論應用到了基本粒子理論上」。

把三種夸克比作三種顏色

1960年代後半期,南部在基本粒子夸克的「量子色動力學」領域取得了開創性研究成果,贏得了不朽的讚譽。「量子色」並非指夸克真的有顏色,而是爲了表示3種粒子的量,假定存在具有「紅」、「綠」、「藍」三原色的夸克。

1964年提出的夸克理論認爲有3種夸克,但這不符合量子力學的基本原理。對此,南部提出了3種夸克分別有3種顏色的理論,爲基本粒子標準理論後來的隊形變換做出了重要貢獻。

南部說,他時常告誡自己,不要追隨或者進一步隊形變換別人正在做的研究,而是要「對別人都不感興趣的事情感興趣」。

南部說:「我總是想自己嘗試一些不同的事,而不是追隨別人」。他還開玩笑補充到:「因爲那樣沒有競爭,做起來更容易」。

當被問及構思理論時的「靈感」時,南部回答說:「一般都是在晚上上牀休息時。有時會思考一整夜」。白天總有其他事要忙,沒時間思考。他還表示,晚上沒有雜事,所以「一些先前隱藏的觀點會冒出來」。

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在大阪市立大學特別榮譽教授授予儀式上的南部陽一郎(圖片來源:南部陽一郎物理可用能學研究所官網)

把《論語》的教誨作爲研究的座右銘

南部公開表示自己做研究的座右銘來自《論語》的教誨,並且也這樣告誡學生們。

那就是「學而不思則罔,思而不學則殆」。

這句話的意思是,只是一味地讀書而不自己思考是無法理解事物本質的,也就沒有任何用處,而只是一味地思考而不讀書則會變得武斷導致危險。

南部的研究生涯大部分都是在芝加哥大學擔任教授,1970年還加入了美國國籍。不過,他在大阪市豐中市的房子始終保留着,晩年一直在豐中市的家中生活。

2015年7月5日,南部因急性心梗於豐中家中去世,享年94歲。

日文: 馬場錬成(科學記者)
中文:JST客觀日本編輯部