楊振寧的最后一戰,沒那么簡單

2019-12-10 14:51:00 | 來源: | 參與: 0

  最近,一篇名為《楊振寧的最后一戰:www.tjgsty.live/2019/12/53815.shtml》的文章刷屏朋友圈。中國應不應該花費數百億建“環形正負電子對撞機”,成為了縈繞在大家心頭的“天問”。說句實在話,“環形正負電子對撞機”還真是想回答“天問”的——“遂古之初,誰傳道之?上下未形,何由考之?”如果屈原還在,也許真是一位支持者。

  用物理學的話說,“天問”相當于“追問終極理論”。20世紀中葉以來,追問終極理論的“天命”落在了高能物理學家的手里。但是,和過去搞高能物理演算費紙不一樣,現在搞,費錢。

  對于我們來說,理解物理學家之間的爭論,跟理解“神仙打架”差不多,還要邁過三座大山:什么是終極理論?為什么要通過“超對稱”“弦理論”和對撞機來追求它?花360億人民幣造“環形正負電子對撞機”,能干些啥?

  同時,必須指出的是,僅僅用兩個劃分出的對立的派別、個人利益的計算和“結盟”、以及大量想當然的“細節”,來闡釋綿延數十年的科學爭議、物理問題,是需要我們清醒地打上一個問號的。

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  “有律在,必須發現它”

  1902年,美國實驗物理學家Albert Michelson說過一句名言:“從眾多表面相隔遙遠的思想領域出發的路線會聚到……一片共同的土地上來的日子,不會太遠了。”

  這是19世紀末、20世紀初物理學界的普遍心態。1875年,普朗克走進慕尼黑大學時,物理學教授Philip Jolly勸他別學自然科學,因為沒什么東西可發現了。密利根也回憶過:“1894年,我住在64號大街一座5層的公寓,室友是4個哥倫比亞大學的研究生,一個學醫,另外三個學政治學和社會學,我總被他們嘲笑學的是‘到頭了的’物理學科。”

  也不是樂觀,而是因為大家都絕望了:牛頓和他的追隨者,不可能解決所有科學的問題。那么化學的歸化學,物理的歸物理,反正不可能存在一個“包打天下”的終極理論。

  愛因斯坦是那種明確追求終極理論的科學家。他的傳記作者說他是“典型的舊約人物,抱著耶和華式的態度——有律在,必須發現它。”愛因斯坦生命的最后30年幾乎全部獻給了統一場論,但是,這個統一麥克斯韋電磁論和廣義相對論的理論,失敗了。

  愛因斯坦拒絕了“量子力學”。而20世紀20年代中期出現的量子力學,則是17世紀現代物理學誕生以來最深刻的革命,它給物理學家帶來了終極理論的模模糊糊的影子。

  對牛頓和追隨者來說,物理學需要提供一個數學計算器,讓物理學家能夠根據任何系統的粒子在某一時刻的位置和速度的數值,去計算它們在未來某一時刻的數值。但是,量子力學引入的是新的描述方法,波函數只告訴人們粒子的可能位置、速度的幾率。

  高能物理也叫粒子物理,主要研究的就是比原子核更深層次的微觀世界中物質的結構性質;以及在很高的能量下,這些物質相互轉化的現象,產生這些現象的原因和規律。

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  圖源:中科院高能所

  如果組成物質的最基本單位——粒子的規律搞清楚了,離“終極理論”也就真的不遠了。但是,20世紀70年代末以來,高能物理學家都是垂頭喪氣的:標準模型的bug有點多。

  首先,標準模型描述了電磁力和強弱力,卻沒有一個最出名的力——引力。不是高能物理學家故意不加它,而是在模型里描述引力,數學障礙翻不過去。其次,強力在模型里的存在特別“違和”。第三,電磁力和弱力存在很明顯的區別,但是沒人知道怎么產生的。最后,這個標準模型只是根據實驗得出來的,很多特征顯得很“隨意”,看上去都推翻了也問題不大。

  標準模型的所有問題,多多少少都關聯著一個現象——“自發對稱性破缺”。

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