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和 Higgs 粒子和中微子相关的灌水帖(3) 2011-11-09 07:48:14
好,有了这些铺垫,咱们来个花开两朵各表一枝,咱们接着从另一侧面来考察第一朵乌云:可能找不到标准模型预言的 Higgs 粒子,亦即为啥这个问题为什么这么重要,为啥它能改变物理学的发展:)

咱们先从自然界的四种基本作用力说起。提起四种基本作用力,我相信很多文史背景的朋友都能说个所以然来,那就是:万有引力、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用。这是目前自然界存在的四种基本作用力。当然也有少数其他人认为咱们这个自然界存在其它形式的作用力,例如隔壁有个叫做鲁重贤的老教授就坚持认为爱因斯坦的广义相对论不对,具体而言是广义等效原理不对,应该被修正,理由是周培源对广义协变原理提出过合理的质疑;不光如此,鲁重贤还认为自然界还存在第五种相互作用力:质量 - 电荷之间的相互作用力。这位老教授固执得可爱,他老人家似乎除了力挺周培源外,就是力贬杨振宁----当然主要是贬杨-米尔斯规范场论。天:)

当然这算花絮了,说起来比较有意思的,谁叫俺在这里扯南山盖北海捏......

周培源、杨振宁的大名,大家一定会说如雷贯耳的,对不对? 周是中国物理学界的泰山北斗,杨振宁更是上世纪全世界数得着的大宗师 (当然,同为泰山北斗,周培源没法和杨相提并论,就如同北大的数学元老程民德没法和陈省身相提并论一样,呵呵)。介个周培源啊,他老人家素以两方面的研究而自豪,其一就是流体力学,特别是湍流理论;其二呢,就是挑战爱因斯坦广义相对论的广义协变原理 (广义相对论两个基本假设之一,意思是所有的物理定律在任何参照系下有相同的形式)。大家看看,大家想想,这个原理是多么地自然多么地俱备美感显得多么地合情合理多么地 robust 对不对?它在牛顿经典力学不就对应牛顿第一运动定律,对不对。可是咱们的周老教授,尽管在国内逢就就说自己是爱因斯坦的弟子 (实际上不是,不过周老参加过爱因斯坦在普林斯顿高等研究院主持的一个短期广义相对论研讨会倒是真的),实际上专门和广义协变原理过不去。当然他老人家出发点是好的,据说是为了求得引力场方程的确定解,但是他老人家的结论貌似比较荒谬:他的结论依赖坐标系的选择。天,结论依赖坐标系的选择?Give me a break!这也应该是周老的理论被人抛弃的根源之一-----当然,也有追随者,例如鲁重贤教授,呵呵。

鲁的第二个重大观点就是坚持质量-电荷之间存在相互作用力,并且坚持这初步得到了实验的证实,尽管我一直没有看到这方面有什么实验证实了质量-电荷之间存在相互作用力,呵呵。鲁之所以坚持质量-电荷 (Mass-Charge) 之间存在耦合作用力,理论基础是基于如下的 RN 度规 (Reissner–Nordström metric)。俺将这个度规拷贝如下,据说它是爱因斯坦引力场方程的第二个解析解:


其中
,d Omega^2 = d heta^2 + sin^2 heta d phi^2, r_{s} = frac{2GM}{c^{2}}, r_{Q}^{2} = frac{Q^{2}G}{4piepsilon_{0} c^{4}}

如果去掉红色部分 (或者等价地,假设电荷 Q=0),那么 RN 度规将变成著名的Schwarzschild 度规,爱因斯坦引力场方程的第一个解析解。如果绿色部分也等于0 (或者等价地,质量 M=0),Schwarzschild 度规空间将变成平直的闵可夫斯基空间,亦即狭义相对论的几何承载/描述,这时广义相对论 (引力理论) 就回到了牛顿万有引力。鉴于上面绿色部分 (质量M所对应的) 和红色部分 (电荷所对应的) 符号总是相反,所以电荷红色部分,亦即鲁所理解的电荷-质量之间的作用力永远是斥力,呵呵。

又跑远了,回到议题。大家晓得,自从电磁学集大成者、永垂不朽的麦克斯韦将电力和磁力统一在麦克斯韦方程组后,将自然界不同的作用力统一在一个理论之中就一直是物理学家们孜孜以求的,包括爱因斯坦在内,而且爱因斯坦是这方面的急先锋。爱因斯坦在他的好友兼大学同学格罗斯曼的帮助下完成了广义相对论的表述后,就着手建立一种理论去统一引力 (也就是爱因斯坦的广义相对论理论)和电磁相互作用,这也是他老人家以后的主要工作。在当时这两种相互作用是人们最为熟知的,而且牛顿万有引力和库仑定律公式是非常的相似,相似得令人发指---除了电荷有正负但是质量没有之外。而且这两种力还是自然界仅有的长程力 (强相互作用和弱相互作用在非微观尺度就迅速消失变成0了),所以如果四种作用力要先被统一,也基本上应该是电磁力和引力先得到统一,对不对?可能爱因斯坦当初也是这么认为的。


结果大家都知道,人类历史上最俱智慧之一的爱因斯坦没能完成这个工作----其实不光是没有完成,简直是连架子都没搭好,以失败告终。这位不世的天才晚年悲哀地叹道,我没法完成统一场论这项工作。爱因斯坦本人是什么人?他身边都有些什么人?如果他愿意,他能让普林斯顿高等研究院研究数学的几位糟老头子当他的助手。那几位几位糟老头子是站在塔尖上的不世天才。我相信那是爱因斯坦一生最孤独最憔悴的时刻。那份孤独寂寞,是不是比菊斋里最俱文采最能昭显一步三叹甚至一步四叹的诗词更能摧肝断肠。

呵呵楼上既然有人提到杨振宁问是不是现在活着的最牛的人,是不是比残疾的天才霍金更牛,俺这里就顺便说几句。俺不也是说了是在胡掰么:)说杨是现在全世界活着的、声望和贡献最大的物理学家,应该是靠谱的。据我个人看法,现在就物理成就而言唯一能和杨振宁相提并论的,也许只有美国的盖尔曼 (Gell-Mann)。杨相对而言较年轻,而且长寿,上世纪成就超出杨振宁的,例如爱因斯坦,狄拉克、薛定愕等,本来就屈指可数,可惜他们基本上都作古了。

论物理成就霍金当然不能和杨振宁比,说霍金超过杨的,那是说外行话。当然,抛开物理成就,若只论个人天赋,那就是见仁见智的问题。

当然,若论天赋,不少人的天赋在杨之上,例如普林斯顿的威顿 Witten,这个犹太人不是一般的天才,其才可追前辈 Pauli 泡利和 Landau 朗道。但是区别是 Witten 生在物理学没什么事情可做的年代,所以 Witten 更像个 Mathematician。

杨聪明,数学功底很厉害 (这是李政道不如的地方),而且不墨守成规,他在好几个重要领域都作出了开拓性的成就。他的缺点也非常明显:浅尝辄止,没有在他某个领域做出更进一步更深刻的成绩,否则啊,杨在上世纪的地位,即使不说一人之下万人之上 (这个一人自然是爱因斯坦,没人能和他比肩的),也至少能和狄拉克、薛定愕等相提并论。
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