“上帝粒子”諾貝爾獎會是粒子物理學的最後一口氣嗎?

“終於來了!” 瑞典皇家科學院今天以這種不同尋常但可以理解的興高采烈宣佈,已將2013年諾貝爾物理學獎授予弗朗索瓦·恩格勒和彼得·希格斯。

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“終於來了!” 瑞典皇家科學院今天宣佈,已將2013年諾貝爾物理學獎授予弗朗索瓦·恩格勒和彼得·希格斯。大約半個世紀前,恩格勒和希格斯各自獨立地提出了一個粒子的存在——後來被稱為希格斯玻色子——它有助於賦予其他粒子質量。希格斯玻色子最終於去年由歐洲核子研究中心(CERN)的大型強子對撞機發現。

長期以來,希格斯粒子引發了複雜的反應。正如我去年報道的那樣,一些觀察家擔心希格斯玻色子可能代表粒子物理學的最後一口氣。我引用了物理學家兼記者阿德里安·趙在《科學》雜誌中寫道:“即使物理學家們在慶祝,這一發現也引起了一些人的擔憂,他們認為可能不再有新的物理學可以用原子撞擊器來發現了。” 諾貝爾獎得主史蒂文·溫伯格告訴趙:“我的噩夢,而且不僅僅是我,還有我們[粒子物理學]中的很多人,就是大型強子對撞機發現了希格斯玻色子,但除此之外一無所獲……那就像關上了一扇門。”

今天諾貝爾獎宣佈的大部分其他報道無疑將是慶祝性的,並對粒子物理學的未來感到樂觀。因此,如果我重述我對希格斯粒子悲觀的看法,我想沒有人會介意,我之前也曾在帖子中表達過這種看法。


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長期以來,希格斯粒子對粒子物理學來說都是一種喜憂參半的存在。在 1990 年代初期,當物理學家們徒勞地懇求國會不要取消超導超級對撞機時——它消耗稅金的速度比黑洞還快——諾貝爾獎得主利昂·萊德曼將希格斯粒子命名為“上帝粒子”。這是最離譜的科學炒作。如果希格斯粒子是“上帝粒子”,那麼我們應該如何稱呼更基本的粒子,比如弦?上帝之首粒子?聖母粒子?

萊德曼本人承認,“該死的粒子”可能是希格斯粒子更好的名字,因為它太難探測了,“而且花費巨大”。更根本的問題是,相對於理論物理學的宏偉目標而言,發現希格斯粒子將是一項微不足道,甚至反高潮的成就。希格斯粒子僅僅是粒子物理學標準模型的頂點,該模型描述了電磁力以及強核力和弱核力的運作方式。由於標準模型排除了引力,因此它對現實的描述是不完整的;它就像一種排除性的論人性理論。正如物理學家米奇歐·卡庫所說 在 2011 年,標準模型“相當醜陋”,並且“只有母親才會喜歡的理論”。

我們關於引力的最佳理論仍然是廣義相對論,它在數學上與構成標準模型的量子場論不相容。在過去的幾十年裡,理論家們越來越痴迷於尋找統一理論,一種“萬物理論”,將自然界的所有力都包裹在一個簡潔的包中。聽到所有關於希格斯粒子的喧囂,公眾可能會理所當然地認為它代表著朝著統一理論邁出的關鍵一步——並且或許至少初步證實了弦、膜、超空間、多元宇宙以及卡庫、斯蒂芬·霍金、布萊恩·格林和其他統一愛好者在他們的暢銷書中宣揚的所有奇幻幻影的存在。

但希格斯粒子並沒有讓我們更接近統一理論,就像爬樹不會帶我到月球一樣。弦理論、環空間理論和其他流行的統一理論候選者假設的現象太小,以至於任何現有或甚至可以想象的(科幻方式除外)實驗都無法檢測到。要獲得我們對頂夸克之類的弦或環的證據,就需要建造一個像銀河系一樣大的加速器。

卡庫斷言,發現希格斯粒子“是不夠的。我們需要的是一個真正的萬物理論,它可以簡單而漂亮地將宇宙的所有力統一成一個單一的連貫整體——這是愛因斯坦在他生命最後 30 年裡追求的目標。” 他堅持認為我們正處於“物理學的開端,而不是終結。冒險還在繼續。” 也許吧。但我並不抱希望。無論物理學家是否找到該死的粒子,過去半個世紀賦予物理學光彩的統一探索,看起來越來越像一條死衚衕。

大約 10 年前,我用我的錢來證明我的觀點。長時基金會是一個鼓勵長期思考的非營利組織,它邀請一群人對科學、技術和文化其他領域的趨勢進行投注。我與卡庫打了 1,000 美元的賭,到 2020 年,“沒有人會因為在超弦理論、膜理論或其他描述自然界所有力的統一理論方面的工作而獲得諾貝爾獎。” (李·斯莫林“環空間”是我最初的對手,但在最後一刻退出了,這個膽小鬼。)

卡庫和我各自預先支付了 1,000 美元,長時基金會將其託管。如果文明——或者更重要的是,長時基金會——在 2020 年仍然存在,它將向我(自然保護協會)或卡庫(國家和平行動)指定的慈善機構捐贈 2,000 美元。在為我的賭注辯護時,我宣告

“統一理論的夢想,一些福音傳道者稱之為‘萬物理論’,永遠不會被完全放棄。但我預測,在未來二十年中,對一項幾乎沒有經驗回報希望的事業感興趣的聰明年輕物理學家將會減少。大多數物理學家將逐漸接受自然可能並不認同我們對統一的熱情。物理學家已經提出了在某些領域非常有效的理論——牛頓力學、量子力學、廣義相對論、非線性動力學——並且沒有理由應該有一個單一的理論來解釋自然界的所有力。對統一理論的追求將不再被視為科學的一個分支,它告訴我們關於真實世界的資訊,而是一種數學神學。”

然而,我補充說——這既是令人傷感的廢話,也是事實——“我很高興輸掉這場賭注。”

圖片和標題版權:CERN,http://cms.web.cern.ch/news/about-higgs-boson。圖片來源:Lucas Taylor。

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