本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點
《時代》雜誌最近公佈了其廣受歡迎的“年度人物”獎的 30 項提名。在巴拉克·奧巴馬總統和韓國說唱歌手 Psy 之間,夾著一個不太可能的“年度人物”候選者——亞原子粒子。正如《大眾科學》的讀者所熟知的那樣,大型強子對撞機 (Large Hadron Collider) 的物理學家今年夏天宣佈,他們發現了一些非常像長期以來難以捉摸的希格斯玻色子的東西,從而引發了一場短暫但令人驚歎的全球性“希格斯狂熱”。
在通常情況下,我們完全贊成將希格斯玻色子提升到“年度人物”的地位,即使只是為了進一步表彰成千上萬為這項發現做出貢獻的科學家和工程師的英勇努力(詳見下文)。但《時代》雜誌的提名似乎弊大於利。《時代》雜誌的提名中的每一句話都包含至少一個嚴重的錯誤。該雜誌的得分是完美的五分之五。為了清晰起見,讓我們快速編輯一下
第 1 句:花點時間感謝這個小粒子所做的一切工作,因為沒有它,你將只是一團混沌的能量,連一點質量都沒有。
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錯誤: 對於希格斯玻色子的普遍理解是,它負責宇宙中的所有質量,但這是不真實的,正如我的同事黛西·尤哈斯 (Daisy Yuhas) 上週在一篇啟發性(且事實準確!)的文章中解釋的那樣:“希格斯場並沒有解釋所有質量的起源。“多年來,許多不明情況的物理學家一直在這樣說,”費米國家加速器實驗室的理論物理學家克里斯·奎格 (Chris Quigg) 說。“實際上,我們已經理解了質子中大部分質量的來源 [例如] 一段時間了。” 大部分質量(包括你自己的質量)來自強力,這是一種將原子核束縛在一起的自然力。” 希格斯場確實產生了 W 和 Z 玻色子以及電子等粒子的質量。確實,沒有它,宇宙將變得非常不同。“沒有質量,電子就不會與原子核結合形成原子。“那將意味著沒有價鍵,因此大部分化學物質,基本上是全部,都將消失,”奎格說。“因此,沒有固體結構,也沒有生命的模板。”
第 2 句:更重要的是,對於整個宇宙來說也是如此。
錯誤: 參見第 1 句。質子和中子仍然具有質量。
第 3 句:在 20 世紀 60 年代,蘇格蘭物理學家彼得·希格斯 (Peter Higgs) 首次假設存在一種粒子,該粒子使能量躍遷為物質。
錯誤: 希格斯場並不會“使能量躍遷為物質”,而且不清楚這篇文章的作者為什麼會認為這是真的。但讓我們對我們的解釋寬容一點。希格斯場確實解釋了為什麼 W 和 Z 玻色子(弱力的載體)具有質量。如果它們沒有質量,它們必然以光速傳播,因此可以被認為是“能量”而不是“物質”(彷彿兩者之間存在一條硬性的分界線)。它們會像光子一樣——電磁力的載體。但光子是純粹的“能量”嗎?根本不是。光子是同時表現為波(能量)和粒子(物質)的典型例子。
彼得·希格斯既不是第一個也不是唯一一個假設存在以他的名字命名的粒子的物理學家。
而且他是英國人(出生於紐卡斯爾),而不是蘇格蘭人。
第 4 句: 但直到去年夏天,歐洲大型強子對撞機(Rolf Heuer、Joseph Incandela 和 Fabiola Gianotti)的一個研究團隊最終才敲定了這筆交易,並因此最終完全證實了愛因斯坦的廣義相對論。
錯誤: 從哪裡開始說起呢?讓我們從愛因斯坦開始。我真的不知道作者為什麼要將希格斯玻色子與廣義相對論聯絡起來。根本沒有!因為根本沒有聯絡。愛因斯坦確實教導我們,能量和質量是同一枚硬幣的兩面(這種洞察力是他狹義相對論而不是廣義相對論的結果),但這種教導與作者反覆聲稱希格斯玻色子以某種方式將能量轉化為物質的目的背道而馳。
更不用說,沒有任何科學理論可以“最終完全”得到證實。科學理論“最終完全”得到證實意味著什麼?他是否暗示永遠不會出現可以挑戰它的證據?純粹的數學定理可以被證明。科學理論只能被證偽。
然後是歸屬問題。作者引用了發現希格斯玻色子的“一個團隊”的三位研究人員。他只差了三到四個數量級。大型強子對撞機的兩個實驗——ATLAS 和 CMS——在今年夏天獨立證實了這一發現。這些實驗中的每一個都由大約 3,000 名在職物理學家組成。在宣佈時,因坎德拉 (Incandela) 和吉亞諾蒂 (Gianotti) 分別領導著每個實驗,但領導者一直在變化(例如,因坎德拉領導 CMS 不到一年),而希格斯玻色子的發現是一個長達數十年的專案。
第 5 句:希格斯玻色子——就像粒子一樣——立即衰變為更基本的粒子,但科學家們肯定很樂意接受任何榮譽或獎勵來代替它。
錯誤: “更基本”的粒子?某些粒子(如質子或中子)是“複合”粒子——它們由其他粒子(在這種情況下是夸克和膠子)組成。但粒子物理學標準模型中的“基本”粒子不是複合粒子。據我們所知,它們是不可分割的。當然,它們可以從一種變為另一種,但它們不會分解成“更基本”的粒子。希格斯玻色子本身就是一種基本粒子。事實上,這是所有興奮的重要原因之一——它是粒子物理學標準模型預測的最後一個尚未被探測到的基本粒子。它會衰變,但當它衰變時,它會變成其他同樣基本的粒子。
《時代》雜誌,我完全贊成將希格斯玻色子評為 2012 年度人物。但如果你這樣做,請讓一位瞭解粒子物理學的人在文章付印前閱讀一下這篇讚揚文章。我可以想到有 6,000 多人可以勝任這項工作。