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浅谈否定上帝的“上帝粒子”希格斯玻色子

2015-11-01  ldjsld
希格斯玻色子被称为“上帝粒子”实在有些误导。1993年,美国物理学家Leon Lederman写了一本关于希格斯玻色子的书。在书中,他称希格斯玻色子为“上帝讨厌的粒子”(The Goddamn Particle)。一个编辑建议他用“上帝粒子”会更吸引读者。从此,“上帝粒子”就成了希格斯玻色子的代名词,使这个本来是“否定上帝创世”的粒子赋予了“上帝创世”的内涵。

为什么Lederman原来称它为“上帝讨厌的粒子”呢?这涉及到我们的物质世界是怎么来的问题。宗教认为是上帝创造的,科学认为是宇宙大爆炸释放出大量的能量和基本粒子在四种物理作用力下产生的。科学要说服宗教就得拿出证据,证明我们的物质世界是宇宙大爆炸产生的,而不是上帝创造的。

多年来,理论物理学家一直在开发多种理论论证他们的观点,再用各种手段试图验证这些理论的正确性。随着科学技术的发展,科学家们不断的提高着他们验证理论的能力。今天,在法国瑞士交界处,位于地下100米深,27公里长的大型强子对撞机(LEH)让科学家可以模拟宇宙大爆炸的情形,可以在模拟实验中验证物质是不是从宇宙大爆炸中“无中生有”的。如果被验证,就可以证明:我们周围的世界均是可以被认识的,其规律均是可以被人类掌握,服务于人类的。人类不应该把自己的认知能力封闭在宗教的神秘里或寄托在虚无的上帝身上。

那么,为什么希格斯玻色子被认为是上述终极问题研究中决定性的一环呢?让我们简单回顾一下理论物理学家开发的各种理论,有关概念和发展史。

四种作用力:物理学家公认宇宙有四种作用力,即引力,电磁力,强力和弱力。引力和电磁力是我们日常生活可见的,如苹果掉到地上是引力作用,我们用的电是电磁力作用产生。但是,我们日常生活中不能感应到强力和弱力。它们是微观世界,即在基本粒子水平观测到的力。引力在宏观世界是重要的作用力,到了基本粒子水平,就微不足道了。所以,当研究微观世界的量子力学与描述宏观世界的引力理论相矛盾时,科学家们在微观研究中有时选择忽略引力,只考虑另外三种力。

基本粒子:我们从中学课本中懂得物质由分子组成,分子由原子组成,原子由夸克(也称强子,包括中子,质子,,等)和轻子(包括电子,μ轻子,,等)组成。夸克和轻子统称为基本粒子,意思是它们是组成物质的最基本的东西。在强子之间的相互作用力主要是比电磁力要强的强力。夸克和轻子还具有一种比电磁力要弱的作用力---弱力。四种作用力作用于基本粒子,使它们有了质量。有质量才产生引力,才有宇宙中的元素、天体和孕育出我们的生命。这是科学家对物质世界产生的解释。

宇宙组成:物理学家认为宇宙组成有4%是我们可见的物质世界,73%是暗能量,23%是暗物质。宇宙组成的这些部分是如何产生的,它们都是什么,有哪些特质,,,等是物理学家研究的课题。在研究中,科学家发现描述微观世界的电磁力,强力和弱力的量子力学和描述宏观引力的广义相对论在根本上有冲突,而且不可能两者都正确。因此,从爱因斯坦开始,科学家们就在努力建立“大统一场理论”,即能够把微观的三种作用力(电磁力,强力,弱力)和宏观上的引力统一起来的一种理论。

从上世纪到今天,理论物理学家们就此提出了三个主要理论:标准模型理论、超对称理论、弦理论(包括超弦理论和 M-理论)。

标准模型理论:是由六个科学家小组在上世纪60年代提出来的。这个理论体系综合了电磁力,弱力和强力,从理论上计算出宇宙大爆炸可能产生62种基本粒子。从那时起到今天,已有61种粒子已经被实验证实存在,只有希格斯玻色子悬而未决。而希格斯玻色子又是其他基本粒子的质量之源,因为质量是其他基本粒子与希格斯玻色子碰撞的结果。没有希格斯玻色子,就无法完成这个模型中“从无到有”的物质产生过程。

希格斯玻色子是1964年英国物理学家Higgs(希格斯)提出来的。希格斯为了解决英国物理学家Goldstone模型中出现的零质量,零自旋粒子的问题,提出了希格斯机制:基本粒子本身无所谓质量,质量是基本粒子与希格斯玻色子相互作用的结果。当时,他写了两篇论文论证这个机制,但没有引起人们的重视;他的第二篇论文甚至被欧洲《物理快报》杂志退回,理由是这与粒子理论无关。1967年,场论的重量级人物---美国物理学家Weinberg(温伯格)用希格斯机制使规范粒子获得质量,并和其他科学家一起确立了弱力和电磁力统一规范模型(简称为弱电统一规范模型),希格斯机制在现代粒子物理学中的重要地位才开始被认识。

超对称理论:是1966年由日本物理学家为弥补上述标准模型的不足提出来的。1974年,Wess和Zumino将它运用到了四维时空中。但是从它提出到现在几十年来,人们却没有发现任何存在超对称粒子的验证。伦敦的Nash教授说:【我们至今未能找到任何直接或间接的证据证明这一理论,这说明要麽我们对这样理论的理解不全面,要么它的本质和我们所想还存在差异,再或者就是这种粒子根本就不存在。】虽然没有发现超对称粒子,但是超对称理论可以巧妙地用于解决高能物理中一些棘手的问题,今天在所有物理学前沿领域都可以看到超对称理论的影子。打个比喻,就像在地球上我们可以看到三维(上下左右前后),却看不到时间,但我们知道时间是存在的。科学家认为超对称粒子也许有点儿像时间。

弦理论:其雏形是由意大利理论物理学家Veneziano在1968年提出的,后来被美国理论物理学家Susskind发展成玻色弦理论,后来又成为弦理论。它完全不同于其他两种理论,它认为我们迄今观察到的粒子都是一段能量弦线。像我们听到二胡弦震动带来美妙的音乐一样,能量弦不同的振动频率和形状让我们观察到不同的粒子。弦理论有两次革命性飞跃。第一次飞跃是统一了量子力学和广义相对论,第二次是1990年美国理论物理学家Witten提出了M-理论,统一了五种不同的弦理论和十一维超引力。

标准模型理论超对称理论依据的是“粒子模型”,无法把引力用到其模型里,无法解决物理学界最关心的如何统一微观的量子力和宏观引力的问题。因此,只能解释占宇宙组成4%的物质世界,无法解释更多的宇宙组成部分。弦理论依据的是“波动模型”,它研究的“弦”包括点状,膜状物体,更高维空间,平行世界。弦理论把引力、电磁力、弱力、强力四种力统一在一起,能解释更多的宇宙组成,最有可能成为物理学家梦寐以求的“大统一理论”。这就是为什么霍金喜欢弦理论。在弦理论里没有希格斯玻色子,霍金先打赌不存在希格斯玻色子,后输掉了这个赌。但这并不否定弦理论的存在,只意味着“在条条大道通罗马”的假设下,有一条道有障碍,科学会在新发现的基础上继续前进。

像超对称理论一样,弦理论诞生几十年来,没有得到实验验证。弦理论能不能成功地解释基于所有已知作用力和物质所组成的宇宙,以及应用到宇宙“黑洞”、宇宙“大爆炸”等需要同时用量子力学与广义相对论的极端情况,但这还是个未知数。主要原因之一是目前还没有人能够对弦理论有足够的了解或做出正确的预测。其次,弦理论研究的是量子力的高能量范围,需要更强的高速粒子加速器。对于第一个原因,《优美的宇宙》一书的作者----美国物理学家Greene说这需要爱因斯坦那样能够带来飞跃的人,需要像Witten教授那样有洞察力的人,需要有能力从山顶往下看的人。

这个人在哪里呢?这些人在哪里呢?笔者认为,在中国人体科学和量子物理学的结合之处,在人体科学这个“珠穆朗玛峰”(钱学森语)的登山群体中。为什么这么说呢?

【弦理论确信至少需要十个维度才能建立一个理论框架,让引力与量子力学互相兼容。弦理论科学家假定,宇宙中所有粒子都被局限在一个四维的膜宇宙中,而膜宇宙又漂浮在一个更高维度的体宇宙里。在四维的膜宇宙里,有几种特殊的粒子可以从膜宇宙中穿入穿出,最出众的就是引力子和惰性中微子。(百度百科)】

下面是90年代一位道家气功大家的话:【道家不是道教,,,道家的宇宙观是对三维物质世界和宇宙的认识,,,空间的概念从三维空间扩展到四至九维阴性(不可视)感应空间,最后归到零维空间。道家思想中的下三界是一至三维空间,存在着气,光,物;中三界是四至六维空间,存在着人,魂,智;上三界是七至九维空间,即是慧、灵、天的空间。突破上三界,就进入零维空间,即空界,无极静的状态。】这与弦理论说的十维空间有着惊人的相似之处。这位道家气功大家不可能在90年代懂得Witten教授1990年才发展出的M-理论,可见中国道家思想是一种非宗教的先进科学思想。

而且中国道家不光有理论,还有能够实践其理论的技术与手段。下面是另一段道家修养的话:【入静有许多不同的层次,,,一层入静时,可以听到心脏血液的流动;二层入静时,宇宙都静下来了,天没有光和亮;,,,九层入静时,亮中生慧;到了十层入静时,就是智慧都停下来了,宇宙一片安详,言语不能形容。十层静归零,零就是宇宙形成以前的状态,即没有任何振动,没有任何干扰,各种的波动虽仍存在,但我们的意识已完全脱离波动的干扰,意识进入极静状态。,,看到宇宙开始衍化,看到五行相生的过程,看到宇宙的孕育过程。】

如果中国的科学家和气功家们能够沿着钱学森院士提出的解放思想,勇于实践,科学考察,去伪存真,重新认识气功】,能够同心协力,不计名利,不计恩怨前嫌,共同努力攀登人体科学的“珠峰”,中国将在世界科学进步中发挥领军作用。中国将会为缓慢前进的现代物理学提供飞跃所需的催化剂,为人类对宇宙认知的飞跃提供推进的燃料,中国将会是下一个爱因斯坦的诞生地!

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