“上帝粒子”诺贝尔奖会是粒子物理学的最后一口气吗?

“终于来了!” 瑞典皇家科学院今天以这种不同寻常但可以理解的兴高采烈宣布,已将2013年诺贝尔物理学奖授予弗朗索瓦·恩格勒和彼得·希格斯。

加入我们的科学爱好者社群!

本文发表于《大众科学》的前博客网络,仅反映作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


“终于来了!” 瑞典皇家科学院今天宣布,已将2013年诺贝尔物理学奖授予弗朗索瓦·恩格勒和彼得·希格斯。大约半个世纪前,恩格勒和希格斯各自独立地提出了一个粒子的存在——后来被称为希格斯玻色子——它有助于赋予其他粒子质量。希格斯玻色子最终于去年由欧洲核子研究中心(CERN)的大型强子对撞机发现。

长期以来,希格斯粒子引发了复杂的反应。正如我去年报道的那样,一些观察家担心希格斯玻色子可能代表粒子物理学的最后一口气。我引用了物理学家兼记者阿德里安·赵在《科学》杂志中写道:“即使物理学家们在庆祝,这一发现也引起了一些人的担忧,他们认为可能不再有新的物理学可以用原子撞击器来发现了。” 诺贝尔奖得主史蒂文·温伯格告诉赵:“我的噩梦,而且不仅仅是我,还有我们[粒子物理学]中的很多人,就是大型强子对撞机发现了希格斯玻色子,但除此之外一无所获……那就像关上了一扇门。”

今天诺贝尔奖宣布的大部分其他报道无疑将是庆祝性的,并对粒子物理学的未来感到乐观。因此,如果我重述我对希格斯粒子悲观的看法,我想没有人会介意,我之前也曾在帖子中表达过这种看法。


关于支持科学新闻报道

如果您喜欢这篇文章,请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅,您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。


长期以来,希格斯粒子对粒子物理学来说都是一种喜忧参半的存在。在 1990 年代初期,当物理学家们徒劳地恳求国会不要取消超导超级对撞机时——它消耗税金的速度比黑洞还快——诺贝尔奖得主利昂·莱德曼将希格斯粒子命名为“上帝粒子”。这是最离谱的科学炒作。如果希格斯粒子是“上帝粒子”,那么我们应该如何称呼更基本的粒子,比如弦?上帝之首粒子?圣母粒子?

莱德曼本人承认,“该死的粒子”可能是希格斯粒子更好的名字,因为它太难探测了,“而且花费巨大”。更根本的问题是,相对于理论物理学的宏伟目标而言,发现希格斯粒子将是一项微不足道,甚至反高潮的成就。希格斯粒子仅仅是粒子物理学标准模型的顶点,该模型描述了电磁力以及强核力和弱核力的运作方式。由于标准模型排除了引力,因此它对现实的描述是不完整的;它就像一种排除性的论人性理论。正如物理学家米奇欧·卡库所说 在 2011 年,标准模型“相当丑陋”,并且“只有母亲才会喜欢的理论”。

我们关于引力的最佳理论仍然是广义相对论,它在数学上与构成标准模型的量子场论不相容。在过去的几十年里,理论家们越来越痴迷于寻找统一理论,一种“万物理论”,将自然界的所有力都包裹在一个简洁的包中。听到所有关于希格斯粒子的喧嚣,公众可能会理所当然地认为它代表着朝着统一理论迈出的关键一步——并且或许至少初步证实了弦、膜、超空间、多元宇宙以及卡库、斯蒂芬·霍金、布莱恩·格林和其他统一爱好者在他们的畅销书中宣扬的所有奇幻幻影的存在。

但希格斯粒子并没有让我们更接近统一理论,就像爬树不会带我到月球一样。弦理论、环空间理论和其他流行的统一理论候选者假设的现象太小,以至于任何现有或甚至可以想象的(科幻方式除外)实验都无法检测到。要获得我们对顶夸克之类的弦或环的证据,就需要建造一个像银河系一样大的加速器。

卡库断言,发现希格斯粒子“是不够的。我们需要的是一个真正的万物理论,它可以简单而漂亮地将宇宙的所有力统一成一个单一的连贯整体——这是爱因斯坦在他生命最后 30 年里追求的目标。” 他坚持认为我们正处于“物理学的开端,而不是终结。冒险还在继续。” 也许吧。但我并不抱希望。无论物理学家是否找到该死的粒子,过去半个世纪赋予物理学光彩的统一探索,看起来越来越像一条死胡同。

大约 10 年前,我用我的钱来证明我的观点。长时基金会是一个鼓励长期思考的非营利组织,它邀请一群人对科学、技术和文化其他领域的趋势进行投注。我与卡库打了 1,000 美元的赌,到 2020 年,“没有人会因为在超弦理论、膜理论或其他描述自然界所有力的统一理论方面的工作而获得诺贝尔奖。” (李·斯莫林“环空间”是我最初的对手,但在最后一刻退出了,这个胆小鬼。)

卡库和我各自预先支付了 1,000 美元,长时基金会将其托管。如果文明——或者更重要的是,长时基金会——在 2020 年仍然存在,它将向我(自然保护协会)或卡库(国家和平行动)指定的慈善机构捐赠 2,000 美元。在为我的赌注辩护时,我声明

“统一理论的梦想,一些福音传道者称之为‘万物理论’,永远不会被完全放弃。但我预测,在未来二十年中,对一项几乎没有经验回报希望的事业感兴趣的聪明年轻物理学家将会减少。大多数物理学家将逐渐接受自然可能并不认同我们对统一的热情。物理学家已经提出了在某些领域非常有效的理论——牛顿力学、量子力学、广义相对论、非线性动力学——并且没有理由应该有一个单一的理论来解释自然界的所有力。对统一理论的追求将不再被视为科学的一个分支,它告诉我们关于真实世界的信息,而是一种数学神学。”

然而,我补充说——这既是令人伤感的废话,也是事实——“我很高兴输掉这场赌注。”

图片和标题版权:CERN,http://cms.web.cern.ch/news/about-higgs-boson。图片来源:Lucas Taylor。

© . All rights reserved.