“该死的”希格斯粒子预示着物理学的终结吗?

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


希格斯玻色子最近引起如此大的轰动,这说明了粒子物理学的什么?据报道,瑞士大型强子对撞机的物理学家已经瞥见了希格斯的“诱人迹象”,希格斯可能赋予夸克、电子和我们世界的其他基本组成部分质量。请注意,不是实际的“证据”,而是“证据的迹象”。物理学家 Michio Kaku 在《华尔街日报》中兴奋地说,“世界各地的物理学家今年圣诞节有值得庆祝的事情。”

实际上,长期以来,希格斯对于粒子物理学来说一直是一种喜忧参半的存在。在 1990 年代初期,当物理学家徒劳地恳求国会不要取消超导超级对撞机(它消耗税金的速度比黑洞还快)时,诺贝尔奖得主莱昂·莱德曼将希格斯命名为“上帝粒子”。这是最离谱的科学炒作。如果希格斯是“上帝粒子”,那么我们应该如何称呼更基本的粒子,比如弦?神首粒子?圣母粒子?

莱德曼本人也承认,“该死的粒子”可能是希格斯更好的名字,因为它很难被探测到“并且花费巨大”。一个更根本的问题是,相对于理论物理学的宏伟目标而言,发现希格斯将是一项适度的,甚至是虎头蛇尾的成就。希格斯将仅仅作为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。标准模型由于排除了引力,因此是对现实的不完整描述;它就像一种排除性的关于人性的理论。Kaku 也承认了这一点,称标准模型“相当丑陋”和“只有母亲才会喜欢的理论”。


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我们最好的引力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。在过去的几十年中,理论家们越来越痴迷于寻找统一理论,一种将自然界所有力包装成一个整洁的“万物理论”。听到关于希格斯的所有喧嚣,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——或许至少初步证实了弦、膜、超空间、多元宇宙以及 Kaku、斯蒂芬·霍金、布莱恩·格林、丽莎·兰道尔和其他统一理论爱好者在他们的畅销书中宣传的所有其他奇异幻象的存在。

但是,希格斯并没有让我们比爬树更接近月球的距离更接近统一理论。正如我之前指出的那样,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,以至于无法被任何现有甚至可想象的(科幻方式除外)实验检测到。要获得我们对顶夸克拥有的那种弦或环的证据,就需要建造一个像银河系一样大的加速器。

Kaku 在《华尔街日报》中断言,发现希格斯“是不够的。我们需要的是一个真正的万物理论,它可以简洁而优美地将宇宙的所有力统一为一个单一的连贯整体——这是爱因斯坦在他生命的最后 30 年里追求的目标。”他坚持认为我们正处于“物理学的开始,而不是结束。冒险仍在继续。”也许吧。但我并不乐观。无论物理学家是否找到该死的粒子,过去半个世纪以来赋予物理学光彩的统一追求,看起来越来越像一条死胡同。

大约 10 年前,我言出必行。长期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打赌。我与 Kaku 打赌 1000 美元,到 2020 年,“没有人会因为在超弦理论、膜理论或描述自然界所有其他力的统一理论方面的工作而获得诺贝尔奖。”(李“环空间”斯莫林是我最初的对手,但在最后一刻退出了,真是个胆小鬼。)

我和 Kaku 各自预先支付了 1000 美元,这笔钱由长期基金会保管。如果文明——或者更重要的是,长期基金会——在 2020 年仍然存在,它将向我(大自然保护协会)或 Kaku(国家和平行动)指定的慈善机构捐赠 2000 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,在未来二十年里,更少的聪明年轻物理学家会被一项几乎没有实证回报希望的事业所吸引。大多数物理学家将开始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——并且没有理由认为应该存在一个解释自然界所有力的单一理论。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。”

不过,我补充说——这既是伤感的废话,也是事实——“如果我输掉这场赌注,我会很高兴。”

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