马约拉纳发表的论文

科学家分好几种，二流或三流的科学家尽他们最大努力仍行而不远，一流科学家则做出推动科学进步的重要发现，他们都是天才，比如伽利略和牛顿，当然还有马约拉纳——费米

1938年3月26日，周六，那不勒斯大学(University of Naples Federi II)物理学院院长安东尼奥·卡瑞利(Antonio Carrelli )却丝毫没有休息日的闲适，上午十一点他就收到一封署名马约拉纳(Majorana)的电报：“别紧张，信随后就到”。他对此困惑不已，他应该紧张什么呢?卡瑞利当然知道是谁给他发的电报，这一切还要从马约拉纳说起。

一、马约拉纳其人

图1：意大利的天才——马约拉纳

马约拉纳全名埃托雷·马约拉纳(Ettore Majorana)，1906年8月出生于意大利西西里岛的卡塔利亚，在他出生的前一年爱因斯坦(Albert Einstein)一口气发表了五篇惊世骇俗的论文，不仅奠定了狭义相对论的基础，还提出了光量子的概念，革命性地延拓了普朗克的理论为量子力学开创了新的局面。和泡利(Wolfgang E.Pauli)、海森堡(Werner Karl Heisenberg)、费米(Enri Fermi)、狄拉克(Paul Adrien Maurice Dirac)等人一样，他们这一代人都赶上了一个物理学蓬勃发展的时代，同时也是一个世界格局风云突变的时代。

马约拉纳的父亲虽然是个商人，但是他有一个奇怪的物理学家叔叔季里诺·马约拉纳(Quirino Majorana)，季里诺最杰出的事迹在于他认为爱因斯坦的相对论就是胡说八道，一直致力于证伪相对论，但他的实验总是证明爱因斯坦是对的。这似乎是一种典型西西里人的风格，从来不在乎整个世界的看法，看起来很荒谬实际上也与物理学家的品质相近，如同费曼(Richard Phillips Feynman)的自传《你干吗在乎别人怎么想》描述的那样。只不过季里诺的运气不太好而已，缪斯之神没有站在他这一边，正如晚年的爱因斯坦一般，而这种命运的神奇最终降临在了马约拉纳自己身上。

1923年马约拉纳进入罗马大学攻读工程学，这时候意大利物理学环境发生了一些变化。1926年罗马大学物理研究所负责人马里奥·科里宾(Orso Mario Corbino)意识到了费米的天赋，将他招入麾下，并网罗了一大帮年轻人一同进行物理研究，主攻方向为原子核物理。当时的物理研究所位于罗马的Via Panisperna街道上，这个街道得名于附近著名的圣洛伦佐修道院，每天那些年轻人走过修道院到达物理研究所研究宇宙真理，竟与当时物理学的神秘主义思潮莫名的切合起来。这群年轻人也就被称为“Via Panisperna boys”。主要成员除了科里宾和费米，还有爱德阿多•阿玛尔迪(Edoardo Amaldi，意大利航空先驱)、埃米利奥·塞格雷(Emilio Gino Segrè)、布鲁诺·蓬泰科尔沃(Bruno Pontervo)、奥斯卡·达戈斯蒂诺(Oscar D'Agostino)、弗朗哥·拉赛蒂(Fran Rasetti)等人。1928年马约拉纳因为各种原因在工程学院待不下去了，塞格雷就把他引荐给了费米，“你和那些天才一起肯定会很开心的”。1929年费米决定把研究机构改为近代物理研究方向，主攻当前流行的各种理论。时人评价认为这是继伽利略之后意大利最伟大的一群物理学家。

马约拉纳第一篇论文是费米所提出原子结构统计模型的早期应用，与同事一同进行原子光谱的研究。1932年再接再厉的马约拉纳发表了一篇研究在随时间变化的磁场下原子光谱的论文，伊西多·拉比(I.I. Rabi)以及其他人同时也在研究这个问题，由此开启了原子物理重要的新分支——无线电磁波频谱。同年小居里夫妇——居里夫人的女儿伊雷娜·约里奥-居里(Irène Joliot-Curie)和女婿约弗雷德里克·约里奥-居里(Frédéric Joliot-Curie)发现了一种疑似伽马射线的新粒子，马约拉纳对此进行了研究，并认为这种新粒子应该保持电中性、质量和质子类似，即中子;费米建议他写文章发表，但马约拉纳拒绝了。后来詹姆斯·查德威克(James Chadwick)通过实验证实的确如此并因此获得1935年诺贝尔物理学奖。但这件事并没有改变马约拉纳的作风，甚至他更加变本加厉地只研究不发表起来。

1933年在费米要求下马约拉纳离开意大利来到德国，在莱比锡(Leipzig)马约拉纳遇见了海森堡，他特别喜欢这个同龄人，认为海森堡不仅是个聪明的科学家，也会是他一生的挚友。他还去了哥本哈根(Copenhagen)与物理学大师也是海森堡的导师——玻尔(Niels Henrik David Bohr)一起工作。当时纳粹刚刚在德国得势，马约拉纳学习了海森堡的理论和玻尔的原子模型。

当年夏天马约拉纳带着病痛回到罗马，接下来的四年他闭门修养，安心研究依旧从不发表，但今天我们知道他的研究方向包括：地球物理、电工学、数学分析和相对论。今天我们能知道他，全是因为马约拉纳费米子，这是1937年马约拉纳突然公开发表的一篇论文——他对狄拉克方程式改写得到了马约拉纳方程式，可以描述中性自旋1/2粒子，因而满足这一方程的粒子为自身的反粒子，即马约拉纳费米子的反粒子是其自身，狄拉克费米子的反粒子则不是其自身。据说，这只是他众多论文中随便挑选的一篇，因为他突然想找个工作了。

图2：1934年“Via Panispernaboys”，从左到右依次为：达戈斯蒂诺、塞格雷、阿玛尔迪、拉赛蒂和费米

二、神秘的失踪

也就是因为这篇论文和他以往的声望，马约拉纳被免试应聘为那不勒斯大学全职教授。在卡瑞利看来，马约拉纳应该在来的路上才对。26日下午两点，卡瑞利果然收到了马约拉纳的来信：“我已经下定决心，这绝不是出于私心，虽然我知道我的突然消失会给您和您的学生带来不便。因此我请求您的原谅，原谅我辜负了您的信任，特别是过去几个月来您的关心。也请您给将此意转达给院里那些我认识和钦佩的人，特别是Sciuti：在今夜11点前我都会保存他们最美好的记忆，也许会更久。”信的日期是25号，卡瑞利没法不紧张了。

调查发现25日马约拉纳在那不勒斯的艾尔伯格博洛尼亚酒店(Albergo Bologna)写下了两封短信，一封是前述卡瑞利收到的公事信函，另一封是写给家人的私人信件，但没有寄出而是留在了宾馆的房间里。这封信中写道：“我不希望你们为我穿黑(wear black)，如果你们一定要向宾客鞠躬，也希望你们承受悲痛不超过三日。之后，如果你们愿意请在心里记住我，并宽恕我。”写完信的当天他坐上了开往西西里首府巴勒莫(Palermo)的信船，按照行程船将于次日破晓到达。

这两封信至少从字面上看都预示着一个不好的结局，马约拉纳的同事塞格雷、阿玛尔迪就坚信马约拉纳是打算自杀的。塞格雷认为，马约拉纳打算去巴勒莫就是为了与在那里任教的自己会面，然而很不幸当时的自己人在加州(California)。

事实上，马约拉纳原文是sparire，意大利语里同时具有“消失”和“死亡”的含义，而wear black本就有多重含义，三日之类的也可能仅仅是符合马约拉纳家乡西西里岛的传统而已。总之，语义上的含糊与书写上的自信、坚定截然相反。作家列昂纳多·夏夏(Leonardo Sciascia)对此评论道：“我看到许多自杀遗言，哪怕在书写方面都或多或少与平常不同，当然通常会更不规则更潦草。马约拉纳的却不是这样……”他在《马约拉纳之谜》(The Mystery of Majorana)中考察了各种情况，并着重批判了自杀的说法。当然夏夏本人的主张也没有得到更多的响应，他匪夷所思地认为马约拉纳是为了逃离修道院，那个不知道指代着形而上学的神秘领域还是代指他们那群年轻物理学家工作的地方。

自杀说法的困境在于无法解释第三封信，实际上26日晚些时候，卡瑞利又收到了一封马约拉纳的来信，信是写在艾尔伯格苏乐酒店(Albergo Sole)的信纸上的，可以证明26号早晨马约拉纳的确在巴勒莫上岸了。卡瑞利推测，其实电报是写于这封信之前，让自己别担心，但不知道为什么反而比第一封信到的更早。这封信中写道：“我希望信和电报都到您那了。大海拒绝了我，明天我将返回艾尔伯格博洛尼亚酒店，也许这信还和我一道同行呢。然而无论如何，我都决定不再教书了。别把我看做易卜生笔下的女主角，我的情况截然不同。我将对您知不无言。”这封信似乎说明马约拉纳的确打算投海自尽，但又放弃了。

回那不勒斯的船在26号晚上起航，根据船舶公司的记录，马约拉纳的确购买了一张船票。如果他上船了的话，他将在周日(27日)早晨抵达。和马约拉纳同一个船舱的有两个人，其中一个信誓旦旦地表示自己下船的时候，马约拉纳还在床上睡觉。如果证词可靠，这并不是一个很好的信号，毕竟他似乎刚从低潮中走出来，然而此时他就像一个需要呵护的婴孩蜷缩在小小的船舱中。不管他遇到了什么，他似乎已经打算放弃了。

诡异的事实是，从此之后，他就像人间蒸发一般消失了。各种文学、戏剧、动漫也对此提出自己的看法，有人认为他变成了一个乞丐流落街头，有人认为他只是对阿根廷的个人生活不满，甚至还有人说他被外星人劫持了，最新一部科幻小说中则颁给了他一个诺贝尔物理学奖。

虽然物理学家认为他的贡献值得获一个诺贝尔奖，他们还开玩笑地称他的失踪如同“薛定谔的猫”一般，但不少物理学家认为，马约拉纳很可能是因为不愿意参与核武器的研发而被绑架乃至被杀，这个解释目前看起来颇有道理，但如果不对当时物理学特别是粒子物理和核物理的发展做一番梳理，就难以复原整个历史场景。

三、最可能的解释

宇宙物理学家、科普作家乔奥•马古悠(Joao Magueijo)在《绚丽的黑暗》(A Brilliant Darkness：The Extraordinary Life and Mysterious Disappearanceof Ettore Majorana, the Troubled Genius of the Nuclear Age)中复原了当时整个物理学的发展脉络，我们能明晰地感受到物理学的脉动与整个时代的脉搏。

当时德国毫无疑问是物理学中心，马约拉纳同时代的人中，泡利提出了泡利矩阵、泡利不相容原理，狄拉克提出了狄拉克方程，海森堡提出了矩阵力学，他们都在德国学习过，马约拉纳也是在费米的推荐下前往德国学习。

马约拉纳在德国感受到了怎样的氛围我们不得而知，只是1935年泡利已经敏锐地察觉到政治风向的转移而离开了德国，狄拉克早早回了英国，连临近德国的玻尔在二战之后也加入美国国籍。只有海森堡坚持留在德国，并在1938年开始研究核物理。

意大利作为后来德国的盟国，“Via Panisperna boys”的处境也极为类似。正如前面说的赛格雷1938年正在加州大学访问，等到回国时发现墨索里尼已经颁布了排犹法案，因此他就留在了美国，后来与张柏伦(Owen Chamberlain)发现反质子获得1959年诺贝尔物理学奖。

这些人某种程度上构成了当时的一个物理学网络，比如以中微子的发现为例，1930年泡利提出假说用以解释β衰变中的能量缺失问题，1934年费米首次提出“中微子”(neutrino，意大利语中“微小的电中性粒子”之意)的概念，1937年马约拉纳费米子刚提出时人们普遍认为中微子应该就是这种反粒子是其自身的粒子(目前还有争议，但倾向于中微子不是马约拉纳费米子)，1957年蓬泰科尔沃提出中微子振荡假说，认为中微子可以从一种类型转变为另一种类型，后来进一步发现中微子有不同的味(flavor)。又比如核物理领域，众所周知自1896年发现放射性之后，人们陆续发现了多种天然放射性元素。1919年通过α粒子轰击氦实现首次人工核反应，30年代加速器的出现进一步加快了相关研究，其中两个最重要的发现就是前述中子的发现和1934年小居里夫妇对人工放射性核素的发现。中子的发现不仅为核结构的研究提供必要的前提，还因为它不带电荷，不受核电荷的排斥，容易进入原子核而引起中子核反应，成为研究原子核的重要手段，是了解核裂变与核聚变的基础。费米因为中子轰击的相关研究获得1938年诺贝尔物理学奖，1942年在他领导下建立了世界上第一个裂变反应堆。

马古悠在书中回忆了一段马约拉纳与费米的对话，马约拉纳说：“我喜欢伽利略，因为他知道什么是害怕....人们只会看见他们想看见的东西。”马约拉纳另一句名言是：“物理学已经误入歧途，我们都已经误入歧途。”马古悠等人都认为这是马约拉纳内心对核物理与核武器的恐惧，这个预见了中子却不愿发表的天才一直对自己的发现感到不安。然而马约拉纳的失踪并没有给费米什么启示，1938年出国领完诺贝尔奖之后他并没有返回意大利，而是去了美国，并在一年之后与美国海军接触，希望美国研发原子能武器。马古悠不无遗憾地引用马约拉纳的同乡路伊吉·皮兰德娄(Luigi Pirandello，意大利著名戏剧家小说家，获1934年诺贝尔文学奖)的话评价到：“The dead are the pensioners of remembrance.”

或许蓬泰科尔沃的事迹可以作为马约拉纳的另一个注脚，他在1950年从英国“叛逃”到苏联，正如马古悠副标题写的那样不过是另一个在核年代思绪不明的天才而已。马古悠也因此给予了马约拉纳极高的评价，认为他是一个极具人文主义底色的科学家，这种悲悯或许能给冰冷的科学带来一丝温暖。

意大利最近的媒体曾报道说有人在50年代目睹了马约拉纳，并通过一些形貌特征的对比确认了这一消息，但就和之前无数次观察案件一样受到不少质疑。马约拉纳一生从未交往过女朋友，当时被身边的人称为谜一样的人物，他的失踪真相正如其人一般诡异，到底如何也许我们永远无法得知;他到底是被人绑架甚至暗杀还是因为个人道德或恐惧而归隐，依旧掩盖在历史迷雾之中。对于物理学家而言，对马约拉纳费米子的探求就是对他最好的缅怀;对于大众而言，各种文化中的演绎也赋予了其某种意义上的永生。历史某种程度上和物理一样是对已发生事实的总结归纳，希望类似的悲剧永远不会再发生。

马约拉纳费米子。马约拉那费米子，是一种费米子，正确的写法是马约拉纳费米子，它的反粒子就是它本身，1937年，埃托雷·马约拉纳发表论文假想这种粒子存在，因此而命名。

他并不是天才。因为这个世界上并没有天生的天才。天才也都是要经过后天的努力。

神秘失踪的物理学怪才。物理学家费米曾将他列为牛顿伽利略一个级别的人物。他性格孤僻，自认为自己长得丑而不愿意交女朋友。从照片上来看的话他并不丑，甚至有点帅。他曾经说过：物理学已经误入歧途，我们都已经误入歧途。他还说过：我喜欢伽利略，因为他知道什么是害怕，人们只会看见他们想看见的东西。这位年轻的物理学家名叫埃托雷·马约拉纳，他失踪的时候年仅32岁。

埃托雷·马约拉纳

1906年，马约拉纳出生在意大利的卡塔尼亚。他从小便拥有极高的数学天赋，计算速度非常之快，善于心算。他的父亲是一个精明的商人。父亲希望他可以接替自己的事业，从事商业。但是他有一个物理学家叔叔季里诺·马约拉纳，这位从事物理学研究的叔叔，从小给年幼的马约拉纳带来很深刻的影响。季里诺·马约拉纳非常有趣，他一直认为爱因斯坦的相对论是错误的，他一直在证明自己的看法是正确的，但是自己这么多年来的实验，结果又始终证明爱因斯坦的相对论是正确的，这让他自己感觉到很苦恼。可能是他叔叔的执着影响了他，于是在他17岁的时候，他进入了罗马大学学习工程学。

在大学生活中，马约拉纳似乎对自己的专业并不感兴趣。于是在1928年22岁的马约拉纳在好友赛格雷的建议下开始攻读物理学，有实力的人自然会受到他人的认可。马约拉纳在好友赛格雷的推荐下，加入了罗马大学物理研究所费米领导的研究小组。费米是何许人也呢？费米于1938年获得诺贝尔物理学奖，他还被誉为原子能之父。

费米

研究所里都是一些朝气蓬勃的年轻人，因此马约拉纳很快就融入到其中。马约拉纳有着很强的分析与计算能力，最为关键的是他有着天才一般的物理直觉。也难怪，就连他的老师费米这位大物理学家也说，他就是一个天才！马约拉纳作为理论物理学家，曾发表过9篇文章，发表时间大部分集中在1931年到1932年间，这个时间距离他转行攻读物理也就三四年的时间而已。

前文说过，马约拉纳有着天才一般的物理直觉。1929年，他的一位同事将他对氮原子核的研究数据拿给马约拉纳看，希望马约拉纳能够做一些修正。结果马约拉纳看到结果时，随手就拿起一张纸开始计算起来，他忽然发现以往的原子核模型是错误的，他认为原子核中有一种不带电的、质量和质子相差无几的粒子，他给这种粒子还取了个名字，名叫中性粒子，而这个中性粒子就是我们现在常说的中子。物理的直觉告诉他，既然原子核里面有这个中性粒子，它不带电荷，根据同性相斥的原理那么在原子核里面一定还存在比电磁力还要强大的作用力，以保证原子核不会散架。

这些想法只是马约拉纳在得出自己的结果时的一种联想，但后来我们都知道马约拉纳的想法是正确的，这种比电磁力还要强大的作用力，就是后来人们发现的强相互作用力。他的老师费米在知道这个情况后，坚决想让自己的学生马约拉纳将自己的结果整理出来发表，如果马约拉纳听从他老师的建议，将他的成果发表出来，定然会震惊当时的科学界，获得诺贝尔奖也不在话下。但固执的马约拉纳没有听从他老师的意见，费米也是无可奈何。

果不其然，在1932年物理学家詹姆斯·查德威克用实验证实了中子的存在，并于1935年获得诺贝尔物理学奖。虽然查德威克已经做出了发现，但是费米仍然希望他的学生马约拉纳能够将他自己在1929年的发现发表出来，但是马约拉纳只是随意的说了一句话：现在已经有人把该做的都做了。马约拉纳对于诺贝尔奖、对于荣誉，他似乎并不在意，或许在马约拉纳的眼里，既然这个理论已经搞出来了就没有必要再说了，与其在这上面浪费时间，不如展开新的研究。

费米曾这样介绍过自己的这位学生，他对发表研究成果很消极，他不愿意在这上面浪费时间，他有很多的成果，往往只需要稍加补充和完善就可以发表出来了，但是他从来都不这么做，有时候马约拉纳还会随手将自己的计算成果写在餐巾纸上或者是烟盒的背面，然后随手一揉就扔到了他桌前的垃圾桶中，他的同事都知道他的性格有些孤僻，爱单打独斗，但是他对于整个物理学研究所的帮助是巨大的。

1932年，马约拉纳致力于研究一种能够涵盖所有已发现的基本粒子，以及其相互作用的超级理论，这与爱因斯坦所追求的大统一理论有一些相似。他为他的超级理论写了很多附录，这些附录中的研究就是通往超级理论的基础，他对于中微子的研究就是附录之一。他在20世纪30年代初期就研究过宇称不守恒的问题，同样这也只是其中的一个附录。

1933年，马约拉纳离开罗马大学物理研究所前往德国学习，他来到哥本哈根，找到了玻尔，向他学习原子模型。没过多久，马约拉纳患上了严重的胃炎，同年的秋天，他回到了家里。因为疾病他的性格变得十分的冷酷，不爱说话。于是在自己的家里开始了长达4年的几乎像闭关一样的生活，在这4年中他没有发表任何论文，但是却完成了其它一些杂七杂八的研究，比如电子工程、数学、相对论、地球物理等等，他的这些研究成果同样也没有发表出来。

沉寂了4年之后，1937年马约拉纳突然要去应聘意大利那不勒斯大学的一个教授职位。但是这个教授职位规定要提交一篇研究论文，于是马约拉纳从他的抽屉中随手拿出了一篇关于中微子的研究论文，顺利应聘上了教授职位。可是他在这所学校里并没有待很久的时间，在这所学校待了几个月之后，1938年3月25日，马约拉纳给自己的家人和那布勒斯大学物理研究所所长各自留了一封信，然后自己就登上了一艘开往西西里首府巴勒莫的轮船。他在出发之前带走了所有重要的科研笔记，以及他半年的薪水。

在他抵达巴勒莫时，他又给那不勒斯大学物理研究所所长卡瑞利回了一封电报，电报中只有一句话：别紧张，信随后就到。他在巴勒莫没有呆多久时间就买了回那不勒斯的船票，和他一同坐船的人可以证明马约拉纳确实坐船回到那不勒斯了，因为他们在那不勒斯下船之时还发现马约拉纳在船舱里睡觉，但是自此之后马约拉纳就离奇失踪了，人们不知道他究竟去了哪里。时至今日，意大利人民也没有忘记他，他多次成为科幻作品中的主角，还有关于他的连环画集，在连环画中，马约拉纳的结局是被外星人接走了。

结语：

马约拉纳曾预言一种可能存在的自然界组成的基本粒子，现在物理学家习惯称其为马约拉纳粒子，这是一种中性的不带有任何电荷的满足相对论量子力学、自旋为1/2的粒子。但是直到现在实验中也没有证实这种粒子的存在，但是可以确定的是，马约拉纳粒子将会是人类解开大自然最终奥秘的一把关键的钥匙。物理学家执着于在实验中找到马约拉纳粒子，同时它也成为了当今人类在物理学中最基础的科学难题之一，入选科学杂志列出的人类现阶段最重要的125个科学难题。

他到底去了哪里？现在已无从知晓。我们需要记住的是，这是一位天才一般的年轻物理学家，他22岁的时候才开始学习物理，仅用了几年的时间就做出了很大成就，他的老师费米给予他很高的评价。