保坂直纪 Hosaka Naoki
1959年生。日本读卖新闻社东京本社科学部副部長。东京大学理学部毕业、东京大学大学院理学系研究科博士课程肄业。主要著作有：《解谜•海洋与大气物理》、《图解杂学•异常气象》等。
三人获奖 日本沸腾
2008年的诺贝尔物理学奖在日本科学界将会作为具有历史意义的一页被永远记忆。获奖的三位科学家分别是美国芝加哥大学名誉教授南部阳一郎（87岁）、日本学术振兴会理事、高能物理加速器研究机构名誉教授小林诚（64岁）和京都产业大学教授、京都大学名誉教授益川敏英（68岁）。他们在基本粒子物理这一物理学主流研究上的功绩得到世界的认可。特别是单门学科获奖者每年最多三人的限额均被日本人占有，其意义非凡。这对日本基本粒子物理学界堪称是总决算式的重大奖项。
今年的物理学奖于10月7日揭晓，第二天美国波士顿大学名誉教授下村脩（80岁）又获得了化学奖。综合统计，日本人获得的诺贝尔奖中，物理学奖和化学奖各有5个，生理学•医学奖有1个，文学奖有2个，和平奖有1个，物理学和化学获奖最多。从人数看，物理学奖有七位，化学奖有五位、生理学•医学奖和和平奖各一位、文学奖两位，可见物理学获奖者人数最多。
让我们细看一下物理学获奖人员，从首位日本人获奖者已故的汤川秀树（1959年）已故的朝永振一郎（1965年）及小柴昌俊（2002年），他们都是基本粒子物理学的专家。在高中物理课程被冷落的这一领域，其实是日本学者一直作出很大贡献的一个传统领域。
根据诺贝尔财团文告，三位科学家的获奖理由按直译分别是：南部“发现了基本粒子物理学领域对称性的自动消失原理”，小林和益川“预言了自然界至少有三代夸克粒子的存在，发现了对称性消失的根源”。
在他们的贡献中有一点相同，就是“对称性的消失”这一概念。简单概括地说，是南部最早提出在基本粒子物理学的世界中也必须引进“对称性消失”这一思维模式，小林和益川根据现实中发生的对称性消失现象，提出了所有物质的最小成分“夸克粒子”最少有6个以上的预言，这些都是事关宇宙组成的重大理论成果。
最小的粒子“夸克粒子”是组成质子、中子、介子的粒子，迄今共发现有6种。3个“夸克粒子”结合可以构成质子或中子，2个结合可以构成介子。
这6种“夸克粒子”每2种被列为一代。第一代包括高速子和低速子，第二代包括魅力子和奇特子，第三代包括顶层子和地层子。一至三代的顺序也是它们被发现的顺序。这三代“夸克粒子”正是小林教授和益川教授的获奖理由。
两位教授获奖的论文发表于1973年。当时只有高速子、低速子和奇特子被证实存在。在物理学界的常识认为只有这3种的时侯，他们却大胆地提出了“共有三代、有6种夸克粒子”的设想。
现代基本粒子物理学上，又提出除了这6种粒子外还有“电子、轻粒子、T轻粒子”、 “电子中微子、轻微子、T轻微子”等12个终极粒子。
小林•益川理论是大胆预言
首先介绍一下小林、益川两人的获奖业绩。他们预测了作为基本粒子的夸克粒子有6种，提出这种预测的契机就是“对称性的消失”。他们看破了在现实世界中要说明对称性的消失，夸克粒子至少需要6种其理论才能成立。把这一理论用论文表达出来的就是《小林•益川论文》。
20世纪后半期的基本粒子物理学，是以“对称性”为学术关键词发展的。在现实生活中观察我们的身边，不对称形态的事物有很多，如在风中飘曳的树木、走在马路上的行人，都没有特别的对称性。但是在物理世界的深处，物理法则却非常重视对称性。在这一前提下，指出思考对称性的一点点失衡即对称性的消失，才能真正说明现实世界成立的理由。这就是基本粒子物理学的思想。
基本粒子物理学就是要说明宇宙中的物质由何种成分组成及它们之间又如何相互作用而构成的一门科学。其基础被称为“标准理论”。在人类创立的所有理论中它被称为是最美的理论。但是在小林•益川理论出台之前的标准理论，却未能说明粒子和反粒子之间产生的对称性消失。
物理学家关注的对称性有三种：一种是映在镜子中的对称性，第二种是看带负电的电子与带正电的质子是否按照同一个物理法则运动的“电荷”对称性，第三种是假如将时间倒退回去看其物理方程式是否会出现矛盾的时间对称性。称谓上分别采用空间对称、电荷对称、时间对称几个词组的首字母，即：P对称性、C对称性、T对称性。
小林•益川教授研究的是C、P对称性的消失。比如将电子换成阳电子，把它照在镜子上时，看它是否与原电子遵Ñ的物理法则相同。传统上认为这种CP对称性是仍然存在的，但1964年的试验却证明在“K介子”消失时，CP对称性就不成立。
小林•益川为了说明在K介子试验中得出的对称性消失理论而改写了原标准理论的核心内容。在此前实验中的第二代的“夸克粒子”不能说明CP对称性的消失。但他们得出的结论是包括第三代共有6个种类存在的话，新理论就能成立。小林•益川理论在基本粒子物理学的标准理论方面，特别是在关于基本粒子有多少种类这一根基理论方面作出了贡献，荣获诺贝尔奖実为理所应当。
坂田昌一门下的名组合
“好动”的益川和“文静”的小林。这两人可谓是绝妙的搭档。两个人都出生在名古屋，研究的根基同在名古屋大学理学部坂田昌一研究室。1911年出生于东京的坂田受京都大学汤川的熏陶，与朝永一起引领了黎明期的基本粒子物理学理论。坂田于1956年提出了所有物质都由“阳子”、“中子”、“∧粒子”及它们的反粒子共6种粒子组成的“坂田模型”。构筑了与小林•益川理论一脉相承的传统理论基础。
坂田教授主持的研究室充满了自由的气氛，反映了当时学术界不断推出新理论的活跃氛围。他们以灵活的思路探讨理论问题，教授与学生展开活泼的争论，在研究方法上教授与学生平等。据说学生称呼老师为“老坂田”，因为如果他们叫“坂田先生”就会受到老师的批评。这种环境培养出来的许多非常出众的人才形成了“坂田学派”潮流。
小林1967年作为研究生进入坂田研究室时，益川已经取得博士学位并被聘用为研究室助手。从此两人开始共同写作论文，益川在1970年转入京都大学理学部任助手，小林也紧随其后于1972年获得京都大学理学部助手职务。
两人尝试研究使他们获得诺贝尔奖的CP对称性消失理论是在1972年5月休假过后开始的。敏捷“好动”的益川提出一个思路后，“文静”的小林就开始进行严密的验证。到当年暑假快结束的时候，论文已经基本成型。
在美国开花的南部理论
小林生于1944年，益川生于1940年，而南部则生于1921年。如果说生于1906年的朝永和生于1907年的汤川是日本粒子物理学研究者第一代的话，南部属于第二代，小林、益川则属于第三代。小林、益川的学生时代正是日本经济高速增长的东京奥运会前后，而南部毕业于东京大学物理系的时间是1942年，正是战时派。
南部经过3年的军队生活重新回到大学走上基本粒子物理学家的道路，他受到的最大的影响来自东京文理科大学（现筑波大学）的理论组组长朝永。当时的朝永小组正与美国的实力科学家们展开激烈竞争，近乎是要一决雌雄。在朝永的安排下，年轻的研究团队在大阪市立大学理工学部创设了新的理论研究小组。南部1949年升任副教授，在原来是小学校的院子里搭的临建内继续研究。此时在东京大学研究生院读书的小柴也曾来此实习。
南部从1952年开始移居美国生活。在朝永的推荐下，他到爱因斯坦、欧本海默等科学巨人们学习工作的普林斯顿高等研究所留学。据他回忆，当时竞争非常激烈，研究工作进展不顺利时他几乎患上抑郁症，其心情尤如石川啄木的伤感诗句：“朋友都较我强的日子里¡¡”。1954年他转入芝加哥大学，其获得诺贝尔奖的论文《对称性的自动消失》就是这个芝加哥时代的1961年发表的。
假定夸克粒子的存在并说明物质如何成立的理论最初发表于1964年，证明夸克粒子的实际存在是上世纪60年代末。而小林、益川论文的发表是1973年。南部的功绩就是早于现在的基本粒子理论研究、甚至连夸克粒子都未被发现的时侯就发表了预见性理论。
南部受超导理论启发，首次在基本粒子物理学领域引进“对称性消失”概念。正如在小林、益川理论中也可以看到的各种“对称性消失”已成为基本粒子物理学的关键词，南部的功绩就是最早指出了这一理论的重要性。
南部提出的“对称性消失”对于回答“物质为什么有质量（重量）”这一根本问题提供了线索。因为在宇宙空间中，本来就有上下、左右、前后这三组没有优劣的对称结构。但是在基本粒子领域，认识到其对称性会自然消失非常重要，只有这样才能说明物质为什么具有质量。对称性会自然消失这种状态就正是南部的“对称性自动消失”理论。
2004年的诺贝尔物理学奖也颁给了基本粒子物理理论领域。诺贝尔财团在文告中指出，“南部先生的理论是正确的，但要引起学界的关注，其登场为时过早”。
为了不让日本的“传统”断绝
南部、小林、益川都是基本粒子理论的研究专家。但是为证明这一理论的正确性，日本的研究机构也做出了重要贡献，并推动了他们获奖，这也是值得特书一笔的。2001年日本高能加速器研究机构（茨城县筑波市）的“B工厂”实验室证明了小林、益川理论的正确性，南部提出的质量获得原理也于2007年在该机构的超级计算机中得到验证。
南部的论文发表于1961年，小林、益川的理论发表于1973年。都是四分之一世纪以前的研究成果。南部说“如今的基本粒子研究过于复杂混乱，我有幸生活在不断有新发现的时代”。科学是在前人研究的基础上不断累积知识的过程，诺贝尔奖就是要褒奖那些“建立现代科学最基础的科学家”，因此在某个领域的黎明初期研究中做出很大贡献的科学家们较多地受到此褒奖的关顾，这也是事实。
近来，日本达到诺贝尔奖级别的成果层出不穷。如1998年东京大学宇宙射线研究所等小组利用超级观测装置发现并确认了中微子有质量。当时领导这一研究小组的是东大特别名誉教授户塚洋二。很多人评价说“几年之内这个项目将会获得诺贝尔奖”，但他却在2008年7月去世了。
这种基础科学的传统一旦中途停止，重新回复则需要漫长的时间。日本政府曾经宣告今后50年内将培养30名诺贝尔奖获得者。有人批评说诺贝尔奖是结果而不应成为目标。此话虽然有道理，但看到这次日本的四位获奖者，如果有更多的年轻人认为“他们真令人崇拜，我也想研究研究科学了”，那就是很好的诺贝尔奖效果。衷心希望这样的良性Ñ环能够早日实现。
附记：南部在1997年获得美国国籍。日本的很多报纸报道他获奖时说他是日本人。日本文部科学省在按国别统计诺贝尔获奖人数时将他列为美国人。本文将他与今年获奖的其他3位一样视为日本人。
（摘自《中央公论》2008年12月号）
（编辑部注）编辑关系，对部分内容进行了删减。 |
