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
《时代》杂志最近公布了其广受欢迎的“年度人物”奖的 30 项提名。在巴拉克·奥巴马总统和韩国说唱歌手 Psy 之间,夹着一个不太可能的“年度人物”候选者——亚原子粒子。正如《大众科学》的读者所熟知的那样,大型强子对撞机 (Large Hadron Collider) 的物理学家今年夏天宣布,他们发现了一些非常像长期以来难以捉摸的希格斯玻色子的东西,从而引发了一场短暂但令人惊叹的全球性“希格斯狂热”。
在通常情况下,我们完全赞成将希格斯玻色子提升到“年度人物”的地位,即使只是为了进一步表彰成千上万为这项发现做出贡献的科学家和工程师的英勇努力(详见下文)。但《时代》杂志的提名似乎弊大于利。《时代》杂志的提名中的每一句话都包含至少一个严重的错误。该杂志的得分是完美的五分之五。为了清晰起见,让我们快速编辑一下
第 1 句:花点时间感谢这个小粒子所做的一切工作,因为没有它,你将只是一团混沌的能量,连一点质量都没有。
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错误: 对于希格斯玻色子的普遍理解是,它负责宇宙中的所有质量,但这是不真实的,正如我的同事黛西·尤哈斯 (Daisy Yuhas) 上周在一篇启发性(且事实准确!)的文章中解释的那样:“希格斯场并没有解释所有质量的起源。“多年来,许多不明情况的物理学家一直在这样说,”费米国家加速器实验室的理论物理学家克里斯·奎格 (Chris Quigg) 说。“实际上,我们已经理解了质子中大部分质量的来源 [例如] 一段时间了。” 大部分质量(包括你自己的质量)来自强力,这是一种将原子核束缚在一起的自然力。” 希格斯场确实产生了 W 和 Z 玻色子以及电子等粒子的质量。确实,没有它,宇宙将变得非常不同。“没有质量,电子就不会与原子核结合形成原子。“那将意味着没有价键,因此大部分化学物质,基本上是全部,都将消失,”奎格说。“因此,没有固体结构,也没有生命的模板。”
第 2 句:更重要的是,对于整个宇宙来说也是如此。
错误: 参见第 1 句。质子和中子仍然具有质量。
第 3 句:在 20 世纪 60 年代,苏格兰物理学家彼得·希格斯 (Peter Higgs) 首次假设存在一种粒子,该粒子使能量跃迁为物质。
错误: 希格斯场并不会“使能量跃迁为物质”,而且不清楚这篇文章的作者为什么会认为这是真的。但让我们对我们的解释宽容一点。希格斯场确实解释了为什么 W 和 Z 玻色子(弱力的载体)具有质量。如果它们没有质量,它们必然以光速传播,因此可以被认为是“能量”而不是“物质”(仿佛两者之间存在一条硬性的分界线)。它们会像光子一样——电磁力的载体。但光子是纯粹的“能量”吗?根本不是。光子是同时表现为波(能量)和粒子(物质)的典型例子。
彼得·希格斯既不是第一个也不是唯一一个假设存在以他的名字命名的粒子的物理学家。
而且他是英国人(出生于纽卡斯尔),而不是苏格兰人。
第 4 句: 但直到去年夏天,欧洲大型强子对撞机(Rolf Heuer、Joseph Incandela 和 Fabiola Gianotti)的一个研究团队最终才敲定了这笔交易,并因此最终完全证实了爱因斯坦的广义相对论。
错误: 从哪里开始说起呢?让我们从爱因斯坦开始。我真的不知道作者为什么要将希格斯玻色子与广义相对论联系起来。根本没有!因为根本没有联系。爱因斯坦确实教导我们,能量和质量是同一枚硬币的两面(这种洞察力是他狭义相对论而不是广义相对论的结果),但这种教导与作者反复声称希格斯玻色子以某种方式将能量转化为物质的目的背道而驰。
更不用说,没有任何科学理论可以“最终完全”得到证实。科学理论“最终完全”得到证实意味着什么?他是否暗示永远不会出现可以挑战它的证据?纯粹的数学定理可以被证明。科学理论只能被证伪。
然后是归属问题。作者引用了发现希格斯玻色子的“一个团队”的三位研究人员。他只差了三到四个数量级。大型强子对撞机的两个实验——ATLAS 和 CMS——在今年夏天独立证实了这一发现。这些实验中的每一个都由大约 3,000 名在职物理学家组成。在宣布时,因坎德拉 (Incandela) 和吉亚诺蒂 (Gianotti) 分别领导着每个实验,但领导者一直在变化(例如,因坎德拉领导 CMS 不到一年),而希格斯玻色子的发现是一个长达数十年的项目。
第 5 句:希格斯玻色子——就像粒子一样——立即衰变为更基本的粒子,但科学家们肯定很乐意接受任何荣誉或奖励来代替它。
错误: “更基本”的粒子?某些粒子(如质子或中子)是“复合”粒子——它们由其他粒子(在这种情况下是夸克和胶子)组成。但粒子物理学标准模型中的“基本”粒子不是复合粒子。据我们所知,它们是不可分割的。当然,它们可以从一种变为另一种,但它们不会分解成“更基本”的粒子。希格斯玻色子本身就是一种基本粒子。事实上,这是所有兴奋的重要原因之一——它是粒子物理学标准模型预测的最后一个尚未被探测到的基本粒子。它会衰变,但当它衰变时,它会变成其他同样基本的粒子。
《时代》杂志,我完全赞成将希格斯玻色子评为 2012 年度人物。但如果你这样做,请让一位了解粒子物理学的人在文章付印前阅读一下这篇赞扬文章。我可以想到有 6,000 多人可以胜任这项工作。