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在《随椋鸟飞行：复杂系统的奇境》一书中，2021年诺贝尔物理学奖得主乔治·帕里西（Giorgio Parisi）简洁而风趣地介绍了自己在各个科学领域自由探索的故事。书中的帕里西坦诚、纯粹、乐观而通透，即使在讲述自己曾错失诺奖的故事时，依然不失幽默。以下内容选自《随椋鸟飞行：复杂系统的奇境》一书的最后一章《我无怨无悔》。
撰文 | [意] 乔治·帕里西（Giorgio Parisi）
翻译 | 文铮
来源 | 《随椋鸟飞行：复杂系统的奇境》
我压根就没弄明白，在25岁的时候让诺贝尔奖从眼皮底下溜走是一件值得拿来炫耀的事，还是有点丢脸、最好能忘到脑后的秘密。我倾向于后者，但由于这个故事很精彩， 我还是照讲不误。只是需要花些工夫了解一下背景，否则会显得索然无味。
让我们回到20世纪60年代末。实验方案非常清楚：质子、中子和当时已知的其他粒子之间发生强烈的相互作用。换句话说，如果我们让这些粒子发生碰撞，它们的轨迹就会发生变化，在能量非常大的情况下，碰撞会产生出许多其他粒子。值得注意的是，当撞击能量极大时，两个质子像两个台球一样相互弹开的碰撞非常罕见。
这种碰撞的稀缺性可以用这样一个理论来解释：质子和中子是复合粒子，在碰撞过程中，它们完全变成碎片，因此无法完整地反弹出去。然而，随之需要了解的是，构成质子和中子的粒子，其基本构成成分有怎样的行为。这有两种可能：
·即使在高能下，这些粒子反弹的碰撞也很频繁。因此，在所有能量状态中，它们之间都进行强烈的相互作用。在这种情况下，物质的行为总是难以理解，且在高能下不存在简化。
·基本粒子反弹的碰撞并不频繁，也就是说，粒子在高能下相互作用很弱，彼此之间几乎是透明的。质子和中子成分的高能行为很容易计算：它们在实际情况中的轨迹没有改变，就好像没有相互作用一样。这种理论今天被定义为渐近自由（用物理学家的行话来说，当粒子不偏离其轨迹时，理论就是自由的，而渐近就意味着“在高能下”）。
渐近自由理论的优势在于，在高能下，一些量可以用相当简单的方式计算出来，因此有大量现象都是可以预测的，这一点让理论物理学家感到欣喜。然而，鉴于宇宙不大可能是为了让理论物理学家生活得轻松而设计出来的，所以这一论点并不意味着宇宙一定可以用渐近自由理论来描述。
我开始研究第一种假设，我之所以更喜欢第一种，是因为这是最难理解的状况，而且想要获得结果就必须面对更大的挑战。这也像伊索寓言中讲的一样，不想吃葡萄是因为葡萄“太酸”。事实上，谁也想不出这样一个理论：随着能量的增加，可能的组成成分之间相互作用越来越小。我相信少数思考过这个问题的人都会认为这样的理论可能不存在。
1955年，俄罗斯天才物理学家列夫·朗道注意到，在所有已知的理论中，相互作用的强度都随着能量的增加而增加，除了可能类似于电磁相互作用的情况，但在这种情况下场本身是带电的（这被称为杨-米尔斯理论），计算起来非常困难，所以当时无法知道它是否正确。从技术角度来看，列夫·朗道发现了控制高能行为的函数（通常被称为 beta）的存在：如果beta函数为正，则相互作用始终保持强烈；如果beta函数为负，则该理论是渐近自由的。
1968年，理查德·费曼提出，已知粒子由点状成分组成，在高能下的相互作用可以忽略不计，他称这些点状成分为“部分子”，因为它们是物质的一部分。尽管这个提议得到了认可，但构建渐近自由理论的努力却迟迟没有得到回报。
直到1972年，西德尼·科尔曼发表了一篇论文，其中表明，即便参照比列夫·朗道研究的模型更复杂的模型，这位俄罗斯物理学家的结论仍是完全合理的。还需要对杨-米尔斯理论进一步研究以掌握beta函数的符号问题：负号将是一个具有深远物理意义的意外惊喜。
具有讽刺意味的是，多年后我们才发现，早在1969年，俄罗斯物理学家约瑟夫·B.赫里普洛维奇就完成了这项计算，并发表在一本译成英文的俄罗斯杂志上，而且我们的图书馆里就有。这位可怜的物理学家走在了时代的前面。尽管他的计算清晰而优美，但却没有人注意到这一成果，我发现它也纯属偶然，是在这本杂志上找另一篇论文时无意中发现的。
当时我很清楚在杨-米尔斯理论中计算beta函数符号的重要性。然而，我当时关注的是另外一个问题（相变的问题），并没有在这个问题上花太多工夫。我记得1972年春天，我读完科尔曼的论文后，开始反思beta函数在这个理论中的符号。有一天，当我沉浸在父母家的浴缸里时，我凝视着橙色大理石的墙壁，专心致志地思考这个问题。我很快确定beta函数必须由三个不同部分的总和构成：其中两个部分具有相反的符号并相互抵消，第三部分则是没有互补的正数，所以总和也应该是正的。
但是，假如我再多花一点时间，用我在理论上掌握、即便从来没用过的杨-米尔斯理论的计算规则来进行计算的话，也会很快意识到，我应该添加第四个组成部分，是负数，它决定了最终的结果将是负数。但我却喜欢正数的结果，我没有验算，留下了错误的想法。不过我想要讲的不是这个故事，这只是一个典型的由于仓促而导致的错误，不是特别重要，但却有助于串起往事。
接着，情况突变。1972 年夏天的马赛研讨会上，荷兰乌得勒支大学26岁的物理学家赫拉德·特霍夫特宣布他已经计算出了杨-米尔斯理论中beta函数的符号……结果是负的！然而这个伟大的声明却遭受了冷遇，在场的人很少，也没有太在意。我的一个朋友，该领域的专家，一年后才对此做出追问，他记得特霍夫特确实说了些什么，但实在是无法还原来龙去脉了。
唯一能完全理解特霍夫特结论重要性的人是库尔特·西曼齐克，一位50多岁的德国杰出物理学家，他敦促特霍夫特写一篇关于这一课题的文章。特霍夫特与他的论文导师蒂 尼· 维尔特曼刚刚一起解决了弱相互作用理论的一个基本问题（他们因此共同获得了1999 年诺贝尔奖），并着手设置极难的量子引力计算，而这个beta函数的计算对他来说比做道习题难不了多少，所以就没花时间将它写下来。
当时我与西曼齐克非常要好。1972年11月，我去汉堡拜访了他两周，他带我去了电视塔顶的餐厅，在那里可以吃到你想吃的所有蛋糕（一共有六种，我每种吃了一块），我们去看了一版绝美的《魔笛》，他还请我去他家吃晚饭，吃的是煎鲭鱼烤饼，配上增强发酵乳和浓缩牛奶。我们讨论了几十个小时共同关心的物理学问题，但令人惊讶的是他没有和我谈及特霍夫特的研究成果。正如一年后维尔特曼向我解释的那样，西曼齐克曾告诫他说“帕里西太狂野了”，心浮气躁，最好什么都不要告诉他。西曼齐克是担心我利用特霍夫特的结论写一篇介绍这一课题的文章，为了让世人认可他的贡献。发表文章这件事在我看来是完全合理的，但西曼齐克更希望让这一成果由特霍夫特本人，而不是作为中间人的第三者向世界宣布。
直到1973年2月，我才从西曼齐克那里听到关于特霍夫特结论的消息。那时，我刚刚在相变方面取得了重大进展，并没有把这个结论太当回事。但我刚来到日内瓦的欧洲核子研究中心两个月，鉴于特霍夫特也在同一个研究中心工作，我们就约好在某日上午见面，讨论如何利用他的研究成果建立一个关于质子和其他粒子的理论，也就是渐近自由理论。
事实上，我们需要确定作为理论基础所必要的可能性成分，并验证在哪种特殊条件下，特霍夫特的计算会得出一个负的beta函数。这看起来很容易，1964 年人们提出夸克的假设，1971年盖尔曼、巴丁和弗里奇提出了夸克理论，根据该理论，每个夸克以三种不同的颜色存在，通过交换有色胶子相互作用，从本质上讲，这是特霍夫特在杨-米尔斯理论的基础上将胶子与夸克相关联的产物。我非常熟悉盖尔曼的理论，他来过罗马，并在一次公开研讨会上展示了这一理论，他在会上表明，这一理论解释了弗拉斯卡蒂实验室中ADONE加速器采集的数据，而我本人就在这个实验室工作。盖尔曼的论证基于夸克在高能下不相互作用的假设，因此该理论是渐近自由的。我曾打赌，认为结果正好相反，即夸克即使在高能下也会继续相互作用，还非常傲慢地将盖尔曼的结论归结为幼稚，因为他没有考虑到夸克相互作用理论的所有复杂性。这件事早被我抛在脑后了。
事后看来，我与特霍夫特的对话简直是超现实的。
“嗨，赫拉德，你得出的结论太棒了。让我们看看是否可以用它来建立一种理论，用以描述质子和其他粒子。”
“好主意，乔治！那该怎么做呢？杨-米尔斯场必须有某种荷！我们选什么荷呢？”
“也许可以用电荷和其他同类的荷。”
“可是不行啊，乔治。这会给实验数据带来无法克服的困难！”
“我们看看是否能有个权宜之计来实现我的想法。”
“不，这不可能。”他向我详细解释了这个问题，我找不到任何空子可钻。
“你完全正确，赫拉德！你的理论不能用来描述质子和其他粒子。太可惜了。我们过几天再见。”
我们丝毫没有想到像盖尔曼曾提到的那样考虑色荷。那时候，不管在什么地方（哪怕是在黑板上）能让我看到盖尔曼这个名字，或者在接下来的几天里，哪怕有人在餐桌上谈起盖尔曼模型，我都会恍然大悟，径直跑到特霍夫特那里，向他高呼：“有办法啦！”这样的话，要不了几天我们就可以验算完毕，把论文发给学术期刊。这简直是蠢到家了，我对此负有全部责任。
特霍夫特是一位见解非常深刻的理论物理学家，能够分析理论中极其精微的问题，而我则对实验工作和文献中的各种模型了如指掌：那个找到正确模型的人应该是我。就这样，1973 年的那个下午，我们与诺贝尔奖失之交臂。幸运的是，对我们二人而言，这都不是唯一的一次机会。
几个月后，休·大卫·波利策，以及大卫·格罗斯和弗兰克·维尔切克，他们双方同时复现了特霍夫特的计算，并正确验证了杨-米尔斯场的荷。这是量子色动力学的诞生，这篇文章为三位作者赢得了2004年的诺贝尔奖。我在一旁只留下一个很好的故事而已。
许多年后，我在一次会议上遇到了一位朋友，他一直在密切关注这个故事。我们在走廊里谈到了肯·威尔逊，他因相变理论而于1982年获得诺贝尔物理学奖。我们特意回顾了威尔逊的论点，在他看来，非渐近自由的理论会更加优雅,但由于宇宙的创造者不是一个裁缝，因此优不优雅并非理论的决定性标准。我补充说,那时候我完全同意威尔逊的观点，也是出于这个原因，我没有付出太多努力去探寻一个令人满意的渐近自由理论，我觉得应该把我与特霍夫特的一段谈话内容讲给他听。他立刻就抓住了重点：
“可是，乔治，你就从来没想到过像盖尔曼提出的那样用颜色吗？”
“没有。”
“怎么可能呢！”
“我的确是没想起来。”
“也许你当时再多想半个小时就会迎刃而解了。”
《随椋鸟飞行：复杂系统的奇境》
[意] 乔治·帕里西 著
文铮 译
新经典·新星出版社
借由《环球科学》与乔治·帕里西对谈的契机，我们将从评论区抽取2位读者各赠送一本帕里西的科普著作《随椋鸟飞行：复杂系统的奇境》~
成千上万只椋鸟，为何能在集体飞行中高速而自如地变幻阵型？
“人类的悲欢并不相通”——现代社会的人们还有可能互相理解吗？
“躺平”之后会发生什么？
物理学概念真的可以解释我们的人生吗？
本书中，诺奖得主乔治·帕里西首次讲述获得诺奖的关键性成果。从原子到行星，从玻璃到鸟群，从股市涨落到政党选举以至任何以人类为基础的文化、经济和社会活动，都可在复杂系统中求解。从触手可及的日常出发，探索无序世界蕴含的简单规律。
