附:《現代物理學基礎問題研究》後記

2020-11-24 科學網

 

1993年,花費20多億美元在德克薩斯州開鑿了幾十公裡長的地下隧道後,美國國會參議院決定停止對超導超級對撞機計劃(SSC)的撥款。尋找希格斯粒子,對粒子物理學標準模型進行最終檢驗的實驗擱淺。幾千物理學家失去工作,世界高能物理學界感到了空前的失落和沮喪。但物理學家的雄心並未因此受挫,之後由歐洲核子研究中心接手,通過了LHC計劃,繼續尋找希格斯粒子——標準粒子理論失落的最後一環。該計劃由世界多國協作,目前正在實施,今年8月大型強子對撞機已建成並開始運轉,估計2010年左右出結果。

 

這個既被利昂·萊德曼稱為「上帝粒子」,又被希爾頓·格拉肖稱為「廁所」的、不雅卻又必需的東西,真值得物理學家們這樣竭盡全力地追逐嗎?它到底是上帝深藏於秘境的聖物,還是僅僅用來「衝洗現存理論不一致性」的下水道呢?宇宙中靜質量最大的粒子充滿了真空,還算是真空嗎?這樣的真空又如何對稱性破缺呢?雖然來自凝聚態物理,對稱性破缺概念一旦移植到粒子物理學,就變得荒唐無比。對於希格斯粒子是否存在,霍金曾與人打賭。作為一個悲觀主義者,他賭「無」。這位躲在果殼裡的聖徒,這次也許壓對了籌碼。除了規範場的拉氏量外,非阿貝爾規範場運動方程也必須滿足規範不變條件,物理學家們怎麼可以把這一點給忘了呢?對規範場運動方程進行規範變換後就會自動引入一個約束條件,再對理論稍加改造後,楊-米爾斯規範場理論就能自足,粒子物理學標準理論就能自洽,再也無需希格斯機制這個贅物。只可憐歐洲核子研究中心的機器要空轉一場,看來是停不下來了。

 

1998年,兩組天文學家在美國《天體物理學》雜誌發表對Ia型高紅移超新星的觀察結果,聲稱我們宇宙70%以上的物質是暗能量,在暗能量的驅動下目前的宇宙正在加速膨脹。這個結果在物理學界乃至一般公眾中造成轟動,多次被各國科學與新聞界評為當年十大科學新聞之首。目前各國政府和科學基金會相繼大筆撥款,研究機構紛紛立項,大批天文和天體物理學家正全力以赴,投入對暗能量的角逐。

 

然而物理學家們可能又要空忙一場了。這個在近代物理學檔案中無檔可查的暗能量怪胎,只能像百年前的以太理論一樣,再次成為上帝棄物。建立在相對論基礎上的現代宇宙學標準理論,它所依賴的羅伯遜-沃克度規怎麼可以導致速度的伽利略相加規則,直接違背現代物理學關於光速與光源運動狀態無關的基本規則呢?我們又怎麼可以用靜態的能量動量張量來描述動態的膨脹宇宙呢?標準宇宙學理論的基礎正面臨崩潰!古人無事憂天傾,今人自擾憂天離,暗能量和宇宙加速膨脹論可休矣。

 

物理學家S·溫伯格在《引力論和宇宙論》一書的緒論中寫道:「物理學並不是一個已經完成的體系,相反它每時每刻都存在著一些觀念上的巨大混亂,有些觀念像民間史詩那樣,從往昔的英雄時代流傳下來;而另一些則像空想小說那樣,從我們對於將來會有偉大的綜合理論的嚮往中產生出來。」現代物理學是個龐大的概念體系,邏輯和數學將眾多的概念連在一起,牽一髮而動全身。我們不能不被這個邏輯體系的嚴密性,以及這種邏輯能達到的預言高度所震撼,但這些都不能讓我們無視這個邏輯巨網中存在的種種漏洞。作者自大學生時代起,就被相對論和量子論中的邏輯悖論所困惑。在後來的教書與遊學生涯中,以及其後為稻粱謀的閒暇之餘,越發被這些困惑深深糾纏。面對這類問題,總覺無法自欺欺人。然而所遇物理學同仁,大多對這些問題不感興趣。更甚者認為根本不存在這類問題,是爾等自尋煩惱。這不禁使人想起數學史上一段有趣公案。

 

當年還是無名小卒的羅素將「理髮師悖論」論文寄給德國著名邏輯學家特洛伯·弗理茲。此時特洛伯·弗理茲已完成他的最重要著作《算法基礎》第二版,自認可以作為整個數學的基礎,準備付印。看完羅素的信,特洛伯·弗理茲一聲長嘆,便在書的最後加上一段話:「一個科學家所遇到的最不合心意的事,莫過於在他的工作即將結束時發現其基礎崩潰了,我把羅素的來信發表如下……」特洛伯·弗理茲對科學和邏輯的尊重態度,以及承認自我體系崩潰的勇氣,難道不值得當今物理學家們深思嗎?愛因斯坦年老時曾發感慨,認為自己一生所做的工作中「沒有任何一個概念是我深信能站得住腳的,總的來說我也不能肯定我是否在正確的道路上前進。」這決不是他的過謙和矯飾,或許正道出他的難言之隱。我輩等更不應掩耳盜鈴,贊皇帝新衣。物理學的邏輯基礎不可以出現不一致,物理學家們應多些數學家的嚴謹、多些哲學家的懷疑,少些盲從者的幼稚。所謂科學真理,求真為首,求美次之,切不可本末倒置,買櫝還珠。哲人之石,從不可廢,可用以磨礪思維,升華品位,無窮追問的休謨懷疑精神永遠值得倡導。若有悖邏輯,則一切皆空。以怪誕為新,以悖理為妙,以神秘冒充深奧,以玄學混餚顯學,雖可招搖過市、流行一時,終不得長久,不是求真者所為。

 

伽利略在西方世界開啟運動相對性觀念之先河,愛因斯坦繼承了這種相對性觀念,提出更純粹的時空相對性理論。我們不能要求他在草創狹義相對論時,也考慮到狹義相對論動力學效應對時空性質的影響。這種效應必然導致加速過程產生的運動速度和運動質量具有絕對性,破壞時空相對性。然而令人不解的是,愛因斯坦其後為建立廣義相對論提出慣性力與引力等價原理時,為什麼仍然只用牛頓力學,不用狹義相對論力學。如果考慮到狹義相對論效應,就不會有等價原理,還會有今日流行天下的彎曲時空引力理論嗎?關於羅伯遜-沃克度規本質上是牛頓力學的時空度規,在宇宙早期和高速膨脹過程中不可用的證明,關於宇宙學必須採用動態能量張量的證明,幾行字就可以說清,為何至今無人發出疑問呢?此外帶電粒子任意運動推遲電磁場不滿足宏觀電磁場運動方程和相對論變換,宏觀電磁場相對論變換會導致電磁場運動方程解的唯一性的破壞和其他非常不合理的結果。為了能與實際測量進行比較,採用標準尺和標準鍾計算,廣義相對論就根本無法解釋水星近日點進動和雷達波延遲實驗。所有這些都是非常簡單明確的,理智尚存者,誰能與之辯。捅破紙一層,迷糊幾代人。多少人心血,就此付東流。即便是愛因斯坦智者千慮一失,為什麼一代又一代的後來者,對這種明顯不過的事情仍視而不見呢?翻翻物理學史,這種事情絕非少見。大廈建於沙基,必將毀之,必有後痛。不是說21世紀的天空又出現若干朵烏雲嗎?造物弄人,百年一個輪迴,物理學真的又要再來個風雲際會、天翻地覆了。

 

還有就是時間不可逆轉之謎,古今賢哲之大惑。令人殫心竭慮,終日惶惶,不得其解。歲月流年,紅了櫻桃,綠了芭蕉,眼看時間之矢,又將多少英雄放倒。30多年冰火交融,在謬誤與理性中掙扎,在微觀與宏觀之間奔走,總算悟出不可逆性之道。春花秋葉,天荒地老,總可歸之於微觀過程的不可逆轉。在相對論性量子場論中,高階微擾重整化過程中隱含著時間反演對稱性破壞。在非相對論性量子理論和經典理論中,放棄保守勢考慮電磁推遲勢,就可自動引入時間反演不可逆性。也就是說電磁推遲相互作用是熱耗散之源!後覺反思,所有這些都是明擺著的。而我等眾生,卻總是執著,盲信前人,不願深究。大道至簡,尊者無言,自然之律本性單純,但也隱藏極深。不是無法用簡單方式描述,而是我等未能找到簡單方式描述。所謂時髦理論,花俏撩人,似巧實拙,終歸過眼煙雲。唯有經典神韻,莊嚴凝重,典雅從容,方可彌堅。然治學道上,隨大流者眾,具慧眼者稀。不遇鍾期,弦斷誰聽。悟今是昨非,卻書生漸老,欲唱無臺,平添無奈。所幸者,比之玻爾茲曼和埃倫菲斯特,至今身猶存、心猶靜,尚未顛狂,尚能衣飯。

 

然而時代的迷惘終會結束,真理的鐘聲會再次敲響。新一輪物理學觀念革命的大幕已經徐徐拉開,科學浪潮必將再次席捲這個時代的垃圾,只留下鑽石與金沙。科學舞臺上上帝的形象終將退隱,造神運動的喧囂必將被理性的和聲湮沒。百年之間被扭曲的科學精神已經發出吶喊,相對主義已經到了崩潰的邊緣。物理學研究走向神秘主義和過度幾何化的傾向必須得到糾正,追求質樸性和邏輯合理性的精神必須得到張揚。科學探索應當高舉唯物論和因果律的大旗,人類對物質世界的這種基本哲學認識自有其形而上的高貴。卸去鉛華,洗卻風塵,科學古典主義必將再現她的典雅風採。20世紀物理學輝煌與謬誤並存、理性與迷信共生的一頁已經翻過。21世紀物理學必將以質樸性、絕對性和確定性在某種程度上恢復的特徵,再塑人類理解自然、徵服宇宙的自信心。親愛的朋友們,現代物理學基礎的重建需要您的參與,理論物理學邏輯巨網的修補需要您的巧手。讓我們重溫馬克思的勸導:最先投入新生活的人,他們的命運將是讓人羨慕的!朋友們,為了人類科學的健康發展,為了中華民族科學的復興繁榮,請挺身而出,接受挑戰吧!

 

《科學時報》 (2008-10-17 B4專題)

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