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核科学群英谱(13):东方灯塔 有马朗人 精选

已有 5558 次阅读 2022-7-18 15:19 |系统分类:科普集锦


     20世纪在核科学领域重大的原创性成果主要在欧美,源于亚洲地区(中、日、韩、印等)长期受到全球范围内瞩目的重大成果很少。而日本学者有马朗人(1930.09.13-2020.12.06) 先生及其合作者提出的原子核结构相互作用玻色子模型属于这些极少数真正具有长期全球性影响力的重大成果,这个成果虽然没有被授予诺贝尔物理奖,但是它与核科学领域绝大多数诺贝尔物理奖相比,重要性不遑多让。很多人说,如果在40-50年内在亚洲找一个能代表整个亚洲在核物理领域最高成就的话,那么这个成就就是有马朗人及其合作者的相互作用玻色子模型。

    有马朗人出生于在日本大坂,属于有马家族的第14代。有马家族的第十一代在东京大学毕业,第十二代也就是有马朗人的祖父有马重男(Shigeo Arima)在早稻田大学毕业,有马朗人在祖父的教导下经常朗读中国孔子的《论语》等,也学了一些武士精神。有马朗人的父亲有马丈二(Arima Joji,1905-1946)有一个哥哥有马向一郎(Arima Koichiro) 不幸在一岁时就夭折了,有马丈二的母亲在1906年就去世了,因此有马丈二几乎是在没有母亲的环境中长大的,身体一直很不好。有马丈二喜欢道元佛学,非常喜欢读书(特别是民间传说和神话), 曾希望做一个和尚或雕塑家,不过都没能如愿。有马朗人的母亲是有马籌子(Arima Kazuko,1910-2005), 有马朗人是家里的独子。有马丈二和有马籌子都是当地俳句团体 (Hototogisu) 的成员,因此有马朗人从六岁就开始学习俳句。在1939年因为有马丈二到滨松浅野重工上班,全家搬迁至滨松,可惜有马丈二不久就因病离职在家。有马朗人写俳句取悦长期卧床不起的父亲,甚至在著名俳句刊物《不如归》上发表;那时这个刊物主编是著名俳句诗人高浜虚子(1874-1959); 有马朗人去东京大学读书后,拜俳句诗人山口青邨为师;从此写俳句也是有马朗人的终生爱好,并在俳句这个领域取得很高的成就,以俳句诗人为社会公众所熟知。有马朗人共编著了15本俳句方面的书籍,包括9本诗集(其中四本获得了“每日艺术赏”等奖励)。他从1997年起作为俳句国际组织的领导(President of the Haiku International Association), 率领代表团多次往返北美、欧洲和亚洲其它国家,对于俳句国际交流不遗余力,致力于推动俳句成为联合国教科文组织的世界文化遗产。

有马朗人的父亲有马丈二在1946年(因肺结核)在滨松去世后,家庭生活更加贫困;有马朗人与母亲相依为命,有马先生所在的高中(武藏高中)对于成绩好的学生可以减免学费,有马朗人因为成绩很棒所以被免除了学费,他放学之后就尽可能去打工挣生活费;尽管如此,生活还是不容易,他连一本德文字典都买不起,结果他的同学“刚好”有两本就送了他一本;他的一个朋友家里开了一次茶店,于是给他茶叶让他去卖补贴生活。高中、大学以及大学毕业后读研究生期间还做过私人功课辅导、喷洒杀虫农药等零工。不过,生活方面困境和窘迫并没有影响有马朗人的学业。有马朗人1953年东京大学毕业,1956年完成研究生阶段课程学习后原子核研究所作研究助理,1958年在东京大学取得科学博士学位。

有马朗人在1959年去美国阿贡国家实验室工作一年,1960年回东京大学任讲师、1964年任副教授、1975年任教授;其中1967-1968为在美国罗格斯大学、新泽西大学和普林斯顿大学访问教授,1971-1973年任纽约州立大学石溪分校等的教授。1981年任东京大学计算中心主任、1981-1982年任日本物理学会的理事长,1983-1987年任东京大学理事、1985-1987年任东京大学理学院院长,1987-1989、1989-1993年历任东京大学副校长和校长。此后有马朗人的行政职务越来越多,比较重要的职位包括理化学研究所理事长(1993-1998)、日本内阁文部(教育科技体育文化)大臣(1998-1999)、参议员(1998-2004)、日本科学基金主席(2000-2012)、武藏大学校长(2006-2020)、静冈艺术文化大学校长(2010-2020)。

有马朗人在原子核物理方面有很多重要成就。他第一个著名文章是 1954年他和合作者关于原子核磁矩疑难(Arima-Horie) 的论文,这篇论文揭示了原子核磁矩与所谓Schmidt 磁矩(单轨道上一个核子磁矩的解析结果)偏离的原因,是原子核物理中经典论文之一,而那时有马朗人刚刚完成大学阶段的学习。因此在后来为有马朗人庆祝60周岁的大型国际会议上,Munetake Ichimura 教授报告的开场白“What he was at the age of three remains till he will be a hundred years old”[对不起,我的电脑不能输入日语,请参考Ichimura的原文,见Nuclear Physics A522, 201c(1991)],与我们的口头禅”三岁看老“意思是一致的。在有马朗人的年青时代,壳模型方兴未艾,他很快也成为壳模型领域国际级的专家,是当今流行的组态-相互作用壳模型计算的先驱之一;在六十年代-七十年代,他对于原子核集团运动也做出重要贡献。在1969年他和合作者提出了原子核赝自旋对称性[同年美国K. T.  Hecht 也发表了一篇这方面文章],而赝自旋对称性至今依然是核物理领域中比较时髦的关键词之一。当然,有马先生在科学方面最重要的贡献当属和他意大利籍学者雅凯罗(Franco Iachello,现美国耶鲁大学讲席教授) 合作提出的相互作用玻色子模型理论。关于玻色子模型原始的框架性内容发表在日本的素粒子研究[素粒子研究,35卷,E47页(1967)] 中,论文也是日文的 [可惜我后来一直没有想到日后会写这篇文章,所以没有与有马朗人确认当初为什么没有写成英文的文章发表在国际期刊], 翻译成中文的意思是三个评论性意见(Three comments)。相互作用玻色子模型完整的理论框架是有马朗人、雅凯罗在70年代中前期合作完成的,这些系列经典论文连载在物理学年鉴 (Annals of Physics) 上。

虽然很多读者可能不在原子核领域内工作,这里我还是尽我所能简要解释一下玻色子模型。 在本系列[核科学群英谱(7): 核结构“标准模型“建立者:迈耶和延森]中曾说明壳模型是原子核结构理论中主流的基本出发点,然而壳模型的组态空间太大,空间截断是必须的。截断中”很物理“的方法是核子配对;核子某些形式的配对能量特别低,因此研究低能核结构时只考虑低能量的配对就包含了模型空间中的最重要成分。不过天不遂人愿,这种配对空间的计算其实是很复杂的,计算矩阵元会遇到多体耦合带来的挑战,在技术上是困难的。有马朗人和雅凯罗大胆提出,用自旋为零和自旋为二的玻色子取代复杂的核子配对,这些玻色子作为点粒子处理,壳模型哈密顿量用玻色子哈密顿量代替。原子核内只有核子,哪里有什么玻色子?玻色子是什么?!但是不管怎样,玻色子哈密顿量有解析结果,可以和实验直接对照;这些解析结果不仅再现了当时已知的原子核转动和转动形态,还预言了一种当时未知的运动形态,称为 gamma 不稳定的O(6)极限;这种状态不久在实验上也被卡斯滕(Richard F. Casten)及其合作者找到了。不仅如此,玻色子哈密顿系统如此简单,以至于当时那么慢的计算机都很容易求解复杂的原子核,而这些原子核结构根本不可能直接用壳模型来研究;玻色子哈密顿量统一地包含了原子核各种形态,所谓集体运动的演化在玻色子模型中非常自然,换句话说:玻色子模型是原子核集体运动形态最简单明了的理论框架。近年来人们在玻色子模型基础上又发现一些解析的对称性,而且人们也很快找到了实例。玻色子模型是代数模型,群论在原子核系统中得到了淋漓尽致的应用。许多数学比较好的物理学工作者致力于拓展玻色子理论、研究玻色子模型的微观基础,实验工作者直接采用用玻色子模型解释和预言实验结果。

有马朗人具有非凡的视野,他不断探究新问题,并推动学科发展,这方面有一个很小的实例。在1996年前后有马先生在美国-日本双边核物理会议上作过一个报告,里面提到了他早年的赝自旋对称性,并明确说明赝自旋对称性还没有一个解释,只是一个经验结果。当时来自洛斯阿拉莫斯实验室的吉诺旧 (Joseph N. Ginocchio) 此后和有马朗人做了深入交流,不久他基于狄拉克方程给出了一个解释,由此掀开了赝自旋对称性的研究热点。这件事情整个情节本文作者与两个当事人当面确认过。有马朗人还曾跟我开玩笑地说,吉诺旧的数学非常好,你告诉他一个物理,他给你一个数学。有马朗人确实可以这样说,因为他发明的玻色子模型出来后,吉诺旧在1980年发明了一个费米子的配对理论,这个理论框架中配对满足与玻色子模型类似的对称性,后来这个理论被修改推广,称为费米子动力学对称模型。华人物理学家冯达旋教授、国内吉林大学吴成礼教授以及我的老师陈金全教授等人都沿着这条路都做过很大贡献。当然,这种实例还有很多。2021年底,冯达旋教授、卡斯滕教授和本文作者编辑了一本纪念文集《有马朗人:科学家、教育家、诗人》在上海交通大学出版社出版,里面有很多这方面的实例,有马朗人在不同时期、不同的物理问题上帮助了很多国际同行,很大地促进了这些国际同行职业生涯的发展。

有马朗人不仅自己的学问做得好,也是教书育人的典范。他博士研究生遍布于日本几乎所有的著名大学,培养了一批原子核理论方面的专家,包括Ikuko Hamamoto、Masayasu Kamirura、Hisasi Horiuchi、Noboru Takigawa、Takaharu Otsuka、Makoto Oka、Toshitaka Kajino等知名学者,在日本本土不是他的学生而在学术或个人成长上受他影响的后辈学者自然很多,而在欧美核物理社团中直接受他影响很大后辈学者 Alex Brown、 Piet van Isacker、Olaf scholten等;在中国受他直接帮助的人很多,而在学术上受他影响比较多的后辈主要有北京大学的孟杰教授和本文作者。

有马朗人在职业生涯后期主要是行政管理。他大力推导日本中小学、大学教育的改革,在国际科技教育交流方面也不遗余力,他一生到访中国150多次,推动中日在各层次多方位的交流合作,因而他在中国科技界有非常多的朋友,他是北京大学、北京航空航天大学、中国科学院大学、中国科技大学、南京大学、上海交通大学等高校的名誉教授,他曾获得中国科学院国际科技合作奖、中国友谊奖,后者也是中国政府奖励外籍学者的最高荣誉。

因为有马先生写俳句,不论在哪里身上都带着一个小本子,走到哪里就写到哪里。他口袋里有小本子、铅笔(我记不清他身上有没有橡皮)和/或多色圆珠笔,随身包内有多语种的电子词典,这是他随身的标配,而熟悉有马先生的人都知道这一点。因为他的本子不离手,所以本文作者一直没有机会拿他的本子逐页翻开看;不过他记录的时候并不排斥我看他在写什么,而我看到他记录的其实也没有多少神秘的东西,也就是一些眼中所见的琐碎内容,比如看到一朵不认识的花,他要尽量找到花的名字(他问我花名就有很多次、我应该极少回答他,主要因为我一般不知道那个花儿叫什么名字、即使知道也不知道英文怎么说,可是他下次还是会问,就像孩子一样)。

作者本人对于大人物认识得不多,接待大人物的机会也比较少。不过我们学院的前领导YQH 老师曾跟我说:哎呀,有马先生太随和了,不像有些大人物那么难伺候。作者本人曾经陪有马先生喝夏天街头卖上的酸梅汤(当时实在天热口渴)、在高速公路休息区或学校里吃面条(没有其它菜),这些都是很随和的做法;作者本人曾多次和有马先生乘坐出租车(周围比我懂事的人为此还责备过我),还有一次学校里实在没有公车,作者本人开车去接过有马朗人。有马先生当然是大人物,不过他没有架子,他的魅力不是靠着端着架子或者人为制造的场面支撑的,而是从身体内部自然散发出来的。关于有马先生个人魅力的事情,我再转述一个实例。这个实例是在追忆有马先生的网络会议上 Ikuko Hamamoto 讲述的。在八十年代以色列的一个国际会议上,Hamamoto 听见旁边的一个小姑娘说:她非常喜欢有马朗人。Hamamoto 问这位小姑娘为什么,这位小姑娘说:有马朗人在听别人说话的时候一直微笑,那个笑容太迷人了。Hamamoto 说,她本人不知道是否有其它的日本人让一个几乎没有什么直接接触的外国小姑娘打心里面喜欢。本文作者不是这个故事的当事人,所以也不知道Hamamoto 旁边的以色列小姑娘看到有马先生是怎么笑的,不过有马先生非常可爱,高兴的时候确实就像孩子一样。有一次本文作者送有马朗人先生去机场,有马先生提出想坐磁悬浮去浦东,于是我在现场买了二张商务座。不知道为什么,那天商务座里没有其它人,他上了车,可能觉得那个座位应该很软很舒适,几乎是纵身一跃,把自己摔进座位里哈哈大笑、手舞足蹈;完全不是那种看起来行动迟缓、不苟言笑的样子。

如果我们认为有马朗人只懂得东方文化,那就错了。他在世界各地访问过,在欧美多地生活过;以他那样的高智商,学习什么东西都不废劲儿。在编撰《有马朗人:科学家、教育家、诗人》过程中我们多次看到这些西方学者都惊讶于有马朗人深厚的西学功底,他对于西方文化很多细微之处都有很深入的理解和认识。

有马先生有时自嘲说自己作了太多事情,特别是在管理工作花太多时间有些后悔,因此偶尔会说自己的命不好,他应该把更多精力用在物理方面。不过,本文作者从来没有听到有马朗人先生说自己后悔在写俳句方面花了巨大精力;看来他把俳句放在了与物理差不多的位置上、甚至更重要的位置上。因为他俳句写了不少书,在核物理方面他最终没有写书(他和雅凯罗有一本玻色子方面的专著;不过在本文作者看来,那本书应该主要是雅凯罗的工作,有马朗人是署名作者。我希望这样说对于两个人都完全没有关系。) 很多年前我问过一次有马朗人先生为什么没有写一本原子核物理的书,因为他写的核物理书一定有非常多的人想读。他的回答出人意料。他说:在去美国的时候已经有了手稿,在旅行中放在行李内,结果行李丢了(当然书稿也丢了)!从此之后他再也没有机会重做此事。这是多么刻骨铭心的不幸经历。

有马朗人不仅对于原子核基础物理方面是国际顶级专家,他在推动国际核能利用方面也是重要的推手。可惜我对于这个领域不熟悉,仅仅知道他在这方面有许多真知灼见。有一次有马朗人访问国内在这方面某大型项目课题组,我开玩笑地问这个项目负责人XHJ 老师:有马先生到底对于核能方面懂不懂呀?XHJ 老师当时给我的回答也很有艺术,他说:有马朗人是核物理出身,懂核物理之后再搞核能就比较容易。

有马朗人和雅凯罗没有获得诺贝尔奖;要是有马朗人能像亚瑟·阿斯金(Arthur Ashkin, 2018年获奖时已经96岁)那样长寿,应该还有很大机会。毕竟玻色子模型是原子核结构理论相互补充的三大支柱理论之一(壳模型、几何模型和玻色子模型), 重要性不言而喻。不过应该获得诺贝尔奖而最终没有获奖的人并不只有他一个人,这件事对于有马先生只是一个小缺憾吧。毕竟他在日本社会几乎家喻户晓,在国际核物理界大名鼎鼎,甚至还有以色列的小姑娘都仰慕着他。

在学术界取得重大成果的学者中有许多人可以用一句话大致勾勒他/她的成就;而如果让本文作者对于有马朗人先生作同样的事情,可能就有点难为作者了。有马先生像一个万花筒,他的眼界是全世界,他在很多完全不同的领域都取得了极高成就,在每一个领域内都止于至善。他是一位东方的大学者,因此本文作者只好把他抽象地称为“东方灯塔“,意指他像灯塔一样照亮科学前沿,并为周围所遇到的人指路。

 

致谢    本文有关有马先生家世的情况主要来自于日本俳句学者宮下惠美子(Miyashita Emiko,她的父亲Kazumori Minami与有马朗人先生是同一时代的朋友,她在2000年曾把有马朗人的俳句《爱因斯坦的世纪:有马朗人俳句》翻译成英文在美国出版)老师、日本理化学研究所国际交流处的油谷泰明(Yutani Yasuaki)老师、有马朗人的秘书棚木惠子(Tanaki Keiko)女士,特此致谢。

 

 

 

 




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