無意間觸及天機者(上)

圖/米各
圖/米各

阿基米德(Alchimedes,約西元前287-212)在西西里島的海灘上演算著數學,沒察覺到已攻入斯拉庫斯城(Syracuse)的羅馬士兵正步步逼近。一個士兵,一腳粗魯地踩在阿基米德寫在沙灘上密密麻麻的演算,這位傑出的物理、數學、天文學家忙以雙手前去保護著沙塵,驚呼:「求你,別打擾我的圓!」士兵那裡理會什麼圓與方,一刀刺去,一代宗師躺在血泊中辭世。

阿基米德消逝了,幾千年過了,全世界每個中學生仍算著他的幾何,學著他的物理定律,他的理論,並不會隨著日出日落而改變。但是,如果今天同一片海域、有一位同樣傑出的學者,不見了,消失了,這……能問斯拉庫斯岸邊襲來的那捲浪嗎?

內向寡言的黑髮學者

費米(Enrico Fermi):「我所言無過之,他是我當今—義大利也好、國外也行—所見過的學者中,天賦最令人印象深刻的一位。屬於伽利略、牛頓等級。他擁有極強的自省與批判力,不論針對他人或對自己的研究,都以此標準一視同仁;同時,具有冷靜、膽大心細的假設能力,有一種能精密洞悉複雜事物的真貌的罕見天賦,足具大師級的格局。」

這個罕見的天賦,1906年誕生於西西里島東岸的大城賈達尼亞 (Catania),全名馬鈾拉納 (Ettore Majorana 1906-1938?)。家中有一叔舅輩是波隆納大學的教授,在那個島上文盲仍過半的時代,是罕見的書香門第。馬鈾拉納的學成階段,大學先是到羅馬就讀工程系,1928年轉至物理系,1929年由費米指導,以最優異成績完成博士論文:「具放射性的原子核之量子理論」。

深黑色的雙眼,非凡的活靈閃爍,捲曲濃密的黑髮,加上褐色的皮膚,讓當地人都誤認他來自東方。幼時即展現無人可及的心算天賦與西洋棋造詣 (四歲時,喜坐在桌下心算著三位數的乘法),一直到大學,同儕間總是要他以心算把答案講出來,因為這比其他方式還快。馬鈾拉納個性內向、寡言,畢業後待在由費米所主持的物理所,當研究學者。

他總是習慣在前往研究所的電車路上,蹙著眉,就開始在香菸盒的紙張上演算,等到人到研究所時,紙上往往已密密麻麻的一堆公式了。這是馬鈾拉納在羅馬物理系所時的晨間公式。而這位比海森柏還早發現質子與中子結構及互力影響的人,卻總是習慣把寫滿公式的香菸紙,像要滅跡似的,隨手丟入垃圾桶裡;並且,還拒絕老師把結果發表在國際學術上。

費米的量子統計表是所裡的金牌。當時,他身邊圍了一群優秀年輕的物理學生,是二次大戰前義大利重要的物理核能研究中心。一個早上,費米跟馬鈾拉納稍微提了一下一自己的新研究(Thomas-Fermi-Model),把花了一星期製作出來的一量表給他過目,並提到其中一個自己無法解決的問題。馬鈾拉納瞄了一下,沒多說什麼。隔天他帶來一分以完全不同方式演算出來的結果,再比對了與費米苦心製出的表,二者所得,不差一數字。

德國物理學家海森堡(Werner Heisenberg 1901-1976)1932-1933年在萊比錫期間,為「原子核物理學」做出了重要貢獻,將基本粒子理論引入了內部對稱量子數,發展了鐵磁性理論 (Heisenberg-Ferromagnet),可說是當今量子學的始祖。1932那年,馬鈾拉納二十五歲時,早於海森堡之前寫出:「論原子核」,闡釋原子核實際上是由一組質子和中子構成的 (中子那時尚未正式被發現)。但他並不願意發表,半年後,當海森堡發表此研究結果,同時對彼此內部間能量的交流做出闡釋,得到各界掌聲;而在羅馬的同儕為馬鈾拉納叫屈時,馬鈾拉納卻僅淡淡說了一句:「也許他講得太多了。」

這位素昧生平未曾謀面的前輩,很快就會與之晤面。

費米鼓勵他去德國找海森堡交流研究,於是馬鈾拉納於1933年的一月二十日來到萊比錫。

抵達德國,圍繞在海森堡周遭的是一群熱絡活潑年輕的學子。從該年二月十四日馬鈾拉納寫給母親的信中,提及他們天馬行空的談話內容,不僅限於物理,尚熱衷於哲學領域,可得知他與海森堡相談甚歡、互處融洽。馬鈾拉納在此寫出「原子互換能量」一文,係關於:影響質子與中子之間穩定性及其結構的原因,來自其交換互力。基本上,原子的能量,來自於兩個或數個質子或中子的交換,問題在於:是只互換彼此的位置而已,還是仍有其他的元素互換。海森堡認為:量子的力學,所交換的不僅是質子與中子的位置而已,還有自旋(spin)的互換;但事後證明馬鈾拉納的理論—量子的力學,所交換的僅是質子與中子的位置而已—才正確。這讓量子物理始祖的海森堡,針對較早所發表論文,必須做出關鍵性的修改。

那時中子才發現不久,因為其不帶電荷的特質,故之前遲遲未被發掘。早在1920年代英國原子物理學家盧瑟福(Ernest Rutherford)就曾推測有一種與質子差不多的中性粒子存在,但連居禮夫人都無法證明,一直遲遲到1932年,才由盧瑟福的學生查德威課(James Chadwick)從實驗中得證中子的存在。

1931-1932年居禮夫婦為了研究α粒子轟擊鈹時,所發出的一種穿透力極強的射線為何,精確計算了射線能量,但卻錯誤認為此為質子與光子的康普頓效應(Compton-Effect),馬鈾拉納得知這實驗結果時,當下喃喃直言:真傻,他們發現了質子與中子,卻沒察覺到彼此的關係。他一眼就看出不對,但又是一貫態度,不發表。這出於完美主義而不願把論文發表的態度,一直貫穿他一生。留世的九篇論文都是在同儕違背他意願之下,才得以問世的結果──被喻為他的九首交響曲。

此時,攸關的不是誰比較早發現什麼的問題了—這是世俗的思維慣性;而是:觀察的態度。

這裡一個重要關鍵:「發現」與「發覺」。我想,古今中外的自然科學研究者,都好奇汲汲於發現宇宙的一切事物。求知的慾望,促使人類不停地尋覓新知,時機運氣成熟之際,大自然會偶然地讓人「發現」一些祕密,成為史上所謂的發明者,或當今的諾貝爾獎得主。

世人是用肉眼尋找而「發現」;但是有一種人,他的明察秋毫是與生俱來、渾然天成的,並非全經由學習所得。他見微知著、能察他人所不見,並隨時反思、忖度,警惕著,以清醒批判的態度,進一步藉演算、實驗來證明自己當初的大膽假設。馬鈾拉納在羅馬物理所時,因其毫不妥協的高標自律 (對人對己皆然)與嚴苛的求證態度,被同儕取了個「宗教裁判所大所長」的綽號。本能般的直覺,清晰不已的省而內觀,實證之後,立刻看透看懂了一切,世間所有一切的奧妙都清楚不過了,了然於胸,再也沒有祕密了。

這大徹大悟,為「覺」。這是「發覺」與「發現」的不同。

但面對這透徹的奧祕時,卻發出「問天」般的慎戒與恐懼,這種頓悟,只有在「覺者」身上才會發生,因為他用「心眼」,看到了他人肉眼看不見的東西,宇宙的祕密,毫無保留地向他敞開;他,無意間觸及了天機。

1933年的八月,馬鈾拉納回到羅馬,到之後的1937年之間,他越來越深居簡出,連在物理系所也很少露面了。甚至,到後來也極力避免談及任何關於物理的話題。但這並不表示他荒廢學術,相反的他日夜振筆疾書,寫下許多的手稿;少數與友人接觸的時候,話題涵蓋及船艇、海戰、醫學、哲學──尤其深究叔本華,只是沒有人知道,他日夜埋頭寫的是些什麼。

他的妹妹回憶起這幾年,常聽到馬鈾拉納講著:「物理走在一條錯誤的路上。」少數身邊的人,記得他那時從德國回來後(那時的德國已籠罩在納粹氛圍之下),總一副忐忑驚恐的樣子,同儕家人無不想辦法想助他恢復日常生活軌道,直到1938年他受聘於拿坡里大學物理系。

在拿坡里這段短短的期間,他更加與世隔絕,似乎漸漸地達到他所想要的目的──隔離外世、拒絕科學。他與熱衷於汲汲發現新事物的「正常科學家」不同;他本身已承載著這能力,每一次又一次的實證與發覺,帶來的不是喜悅;而是獨自面對浩瀚曠寂的孤獨與恐懼──而且,還看透了、看懂了一些事。

1937年馬鈾拉納發表了「論正電子與電子的對稱性」。一個電子粒子,同時也是它的反電子粒子,他首次提出了中微子的概念(neutrino)。物理不再以物質的方式存在了,而是以無形的量能、非物質的形態存在──這簡直是玄而上的物理。也是今日量子物理的雛型。二十年後,這理論才在美國問世。

物理系所主任只感覺到那時他正在研究一項很重要的事情,一項馬鈾拉納所不願談的事。

這件事在1938年的三月底實驗成真。(待續)