科学人物

诺奖人物科普篇(三十):Abdus Salam,巴基斯坦的“科学之父”!

历史编译稿介绍萨拉姆的电弱理论工作与推动发展中国家科学合作的经历。英文资料来自Famous Scientists,个人译者未署名。

诺奖人物科普篇(三十):Abdus Salam,巴基斯坦的“科学之父”!主题插画

历史编译稿:本文保留原稿的科学人物叙事。英文资料来源为Famous Scientists;具名作者及译者未能从导出稿中核实,原发表日期待核实。

1964年,致力于帮助发展中国家物理学家的研究机构“国际理论物理中心”在意大利里雅斯特创立。1983年,“第三世界科学院”成功创建,始终坚持加强第三世界科学家之间的联系与合作,扩大第三世界科学家的影响力,促进发展中国家科学发展的创建宗旨。物理学的影响力,就此在第三世界国家落地生根!

但是,很少有人知道,在这段艰难的征程中,有一位出生于第三世界国家的物理学家,不畏险阻,砥砺前行,方才让物理学在这片贫穷与战乱交织的土地绽放出最引人注目的光彩。让我们记住他的名字:阿卜杜勒·萨拉姆(Abdus Salam)。

1979年,阿卜杜勒·萨拉姆因“关于基本粒子间弱相互作用和电磁相互作用的统一理论,包括对弱中性流的预言在内的贡献”而被授予该年度的诺贝尔物理学奖!

图1:阿卜杜勒·萨拉姆
图1:阿卜杜勒·萨拉姆

成长于战乱中的诺奖得主

穆罕默德·阿卜杜勒·萨拉姆(Mohammad Abdus Salam)于1926年1月29日出生在英属印度旁遮普邦(今巴基斯坦)的桑托克达斯。他的父亲Chaudhry Muhammad Hussain是一名教育官员。

阿卜杜勒幼时曾在巴基斯坦的吉航镇上学,那时他就在数学和科学领域表现出了卓越的天赋,此外,他还精通英语、波斯语和旁遮普语诗歌。

14岁时,阿卜杜勒打破了旁遮普大学入学测试成绩中有史以来的最高分,吉航镇的居民与有荣焉,几乎全镇的人都来为他庆祝。1946年,20岁的阿卜杜勒顺利毕业并获得数学硕士学位。

阿卜杜勒·萨拉姆还被授予了一笔为期三年的奖学金,因此,他决定前往英国剑桥圣约翰学院攻读学士学位。两年后,他被授予一等荣誉数学学士学位。一年后,萨拉姆又被授予一等荣誉物理学学士学位。

顺利毕业的萨拉姆决定留在剑桥大学继续深造。1950年,攻读博士学位的第一年,萨拉姆被授予剑桥大学的“史密斯奖”,以表彰他在博士期间对该校物理学作出的杰出贡献。

1951年,萨拉姆完成了他的博士论文:《量子场理论的发展》。这是一篇极其杰出的著作:除了使他作为物理学家声名鹊起外,还帮助萨拉姆斩获了1956年的“亚当斯奖”(Adams Prize for mathematical sciences)。这项极负盛名的大奖,要求候选人年龄必须小于40周岁且居住在英国。此前的获奖者包括詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(James Clerk Maxwell)、约瑟夫·约翰·汤姆逊(J. J. Thomson)和苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡(Subrahmanyan Chandrasekhar)。

图2:剑桥大学
图2:剑桥大学

1951年,25岁的萨拉姆回到巴基斯坦拉合尔市(现已独立),在政府学院教授数学。他满怀憧憬,希望自己能培养更多的年轻科学家,促进国家现代化发展。第二年,他被任命为旁遮普大学数学系主任。

1953年,拉合尔发生暴乱,大量艾哈迈德派教徒被杀害。艾哈迈德派教徒坚信自己是穆斯林,却被其他穆斯林视为异端。身为艾哈迈德派教徒的萨拉姆决定离开巴基斯坦,返回剑桥。

此后四年,萨拉姆一直在剑桥大学担任讲师,直至1957年,31岁的他被任命为伦敦帝国大学理论物理学教授。

1959年,阿卜杜勒·萨拉姆当选英国皇家学会会员。

图3:战乱中的巴基斯坦
图3:战乱中的巴基斯坦

W及Z玻色子的伟大发现

1956年,在西雅图举办的一场物理学会议上,萨拉姆聆听了由中国物理学家杨振宁和同事李政道发表的演讲(他们于1957年被授予诺贝尔物理学奖)。

演讲中,杨振宁描述了“奇偶性”这一物理学家认为始终恒定不变的属性(就像能量、动量和电荷一样)在β衰变等弱核相互作用中,并不是完全保持不变状态的。

这意味着大自然能够分辨左右!萨拉姆对此感到困惑:为什么“左右对称性”在弱相互作用中被推翻,而在电磁相互作用中却保持不变?

萨拉姆走在了正确的道路上,他发现这个问题的答案就在量规理论中—麦克斯韦提出的电动力学为量规理论开辟了先河。

图4:杨振宁和李政道
图4:杨振宁和李政道

萨拉姆与他带领的博士生罗纳德·肖(Ronald Shaw)共同研究这个问题。1961~1962年,史蒂文·温伯格(Steven Weinberg)在帝国理工学院与萨拉姆共事了一年。

当时的科学家们提出了一种理论:虽然电磁力是由无质量的光子传递的,但一定还存在一种由有质量的粒子参与传递的力—电弱力。因此,科学家们坚信W玻色子和Z玻色子在理论上是存在的。W玻色子和Z玻色子就是参与原子核β衰变的有质量的粒子。

β衰变的净结果是中子变成β粒子(高能电子)、质子和反电子中微子。

W玻色子是β衰变的中间粒子。中子首先会衰变为W玻色子。在β衰变过程中,W玻色子带负电荷(因此被写作W¯),它停留的时间极短,只有3×10-25秒,然后衰变成质子、β粒子和反电子中微子。Z玻色子不带电荷,但带动量。

电弱力的力载体(W玻色子和Z玻色子)是有质量的粒子,但光子是没有质量的,这就形成了一个悖论:在SU(2)规范理论(萨拉姆等人研究的理论框架的粒子物理学术语)中,玻色子必须没有质量。

1964年,彼得·希格斯(Peter Higgs)提出的希格斯机制解决了有质量的玻色子问题,并预言了希格斯玻色子的存在(希格斯因此被授予2013年的诺贝尔物理学奖)。

图5:彼得·希格斯
图5:彼得·希格斯

1973年,欧洲核子研究中心观测到了Z玻色子的相互作用。1983年,科学家们观测到了W玻色子。

弱相互作用的SU(2)规范理论、电磁相互作用理论,以及希格斯机制,共同构成了“格拉肖·温伯格·萨拉姆模型”。该模型于1968年创立,成功将电磁力和弱作用力统一为“电弱力”。

1979年,格拉肖、萨拉姆和温伯格共同分享了该年度的诺贝尔物理学奖:以表彰他们对基本粒子间弱相互作用和电磁相互作用统一理论的贡献,其中包括对弱中性电流的预测。

图6:神话般的“上帝粒子”
图6:神话般的“上帝粒子”

第三世界科学进步的推动者

萨拉姆最著名的科学贡献包括:

·双分量中微子理论和对弱相互作用中不可避免的奇偶性变化的预测。

·弱相互作用和电磁相互作用的规整统一(统一力被称为“电弱力”—由萨拉姆命名)。

·在通过实验观测到弱中性电流、W玻色子、Z玻色子之前就通过理论预测到它们的存在。

·基本粒子的对称性和统一对称性。

·介子理论的重正化。

·引力理论及其在粒子物理学中的作用,包括双张量引力理论和强相互作用物理学。

·超对称理论,包括超空间的表述和超场的形式主义。

图7:超对称理论
图7:超对称理论

20世纪60年代初,萨拉姆在建立巴基斯坦原子能委员会(PAEC)和巴基斯坦太空与高层大气研究委员会(SUPARCO)方面发挥了重要作用。

萨拉姆热衷于推动发展中国家的科学发展。他曾感慨道:伊斯兰科学曾经有过一个黄金时代,数百年来,伊斯兰科学家一直引领着世界,他敦促穆斯林们重拾那个时代的自由探索精神。

萨拉姆是第三世界科学院(TWAS)和国际理论物理中心(ICTP)的创始人。

20世纪80年代中期,萨拉姆不幸患上神经系统退化性疾病。最终,他只能坐在轮椅上。1994年,68岁的他从帝国理工学院的教席上退休。

1996年11月21日,阿卜杜勒·萨拉姆在牛津的家中溘然长逝,享年70岁。四天后,他被安葬在巴基斯坦艾哈迈迪的城市拉布瓦。

图8:发展中国家科学院
图8:发展中国家科学院

一位虔诚的穆斯林,凭借智慧走出贫瘠的土地,又在学成之后回到那片孕育他的土壤,只为了心中的理想与坚守。

阿卜杜勒·萨拉姆是一位伟大的物理学家。他与格拉肖、温伯格等科学家对电弱统一理论作出关键贡献,其中希格斯机制使W和Z玻色子获得质量。该理论统一了弱相互作用与电磁相互作用,并为寻找这些玻色子提供了理论基础;它不能等同于已经实现包含强相互作用的“大统一”。

他也是一位虔诚的信仰者,致力于为第三世界的科学发展奉献终身!阿卜杜勒·萨拉姆,巴基斯坦的“科学之父”,坚持在第三世界持续发展物理学且孜孜不倦地提倡、鼓吹发展科学,培养年轻的巴基斯坦物理学家,为祖国的发展贡献出自己的力量!

这是怎样的大义与坚守,方能冲破战乱与贫穷的阴霾,让科学之光,普照祖国大地!

原文链接:

https://www.famousscientists.org/mohammad-abdus-salam/

资料来源:《Famous Scientists》

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编辑说明

编辑说明:统一希格斯译名,区分已建立的电弱统一理论与仍属更广泛理论探索的“大统一”。格拉肖、温伯格与萨拉姆的共同理论贡献和后来实验发现W、Z的区别已明确;其余个人经历与原图注保留。

补充参考资料

Salam本人诺贝尔演讲

CERN:电弱理论与W、Z发现

来源与编辑记录

根据博士科普公众号完整历史文章导出恢复。

校订说明:编辑说明:统一希格斯译名,区分已建立的电弱统一理论与仍属更广泛理论探索的“大统一”。格拉肖、温伯格与萨拉姆的共同理论贡献和后来实验发现W、Z的区别已明确;其余个人经历与原图注保留。

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