上帝粒子能拯救杨振宁-米尔斯理论?再建对撞机能拯救量子力学?

“上帝粒子”能拯救杨—米尔斯理论吗?《我懂高能物理,我认为你不要走这个方向》)介绍过,为了满足所谓的局域规范不变性,杨振宁先生的杨—米尔斯理论必须设定规范玻色子的质量为零;必须设定一些费米子,例如中微子的质量为零(www.365qh.cn)。但是,实验证明,规范玻色子和中微子质量都不为零。问题是,杨—米尔斯理论和规范场理论是粒子标准模型的基础,而粒子标准模型是量子力学的灵魂。杨—米尔斯理论被证明是错误,那么,粒子标准模型就需要推到重来,这可是量子力学不可承受之重。

粒子标准模型理论把构成物质的粒子分成两大类:构成“物质”的粒子称为费米子,传递各种基本作用力的也是粒子,称为玻色子(又称传播子或信使粒子)。物质通过交换这些玻色子来解释四大基本作用力(强相互作用力、弱相互作用力、电磁力和引力)。在粒子标准模型中,力竟然是一种实物粒子,这是和经典物理学最大的差别。问题是,物质的质量从哪里来?存在没有质量的物质吗?物质由没有质量的物质构成吗?如果不能解释质量的来源,粒子标准模型这座看似宏伟的“粒子大厦”不过是一座空中楼阁。

物质以什么形式和机制获得质量呢?怎样在不违反杨—米尔斯理论和规范场理论的情况下解决物质质量来源问题呢?

希格斯机制

彼得·希格斯

1964年,英国物理学家彼得·希格斯(Peter Higgs)提出,宇宙空间存在一种“粒子场”——希格斯场。这个量子场里存在一种可以吸引其他粒子产生质量的玻色子,一种假设自旋为零的玻色子——希格斯玻色子。和我们的客观常识不同的是,希格斯认为这种传递各种作用力的玻色子是物质的质量之源,是夸克和电子等形成质量的基础。这就是著名的希格斯机制。

按照希格斯机制(Higgs mechanism)的定义:希格斯机制是一种生成质量的机制,能够使基本粒子获得质量……在规范场论里,为了满足定域规范不变性,必须设定规范玻色子的质量为零。由于希格斯场的真空期望值不等于零,造成自发对称性破缺,因此规范玻色子会获得质量,同时生成一种零质量玻色子,称为戈德斯通玻色子,而希格斯玻色子则是伴随着希格斯场的粒子,是希格斯场的振动。通过选择适当的规范,戈德斯通玻色子会被抵销,只存留带质量希格斯玻色子与带质量规范矢量场……通过汤川耦合,费米子也可以因为自发对称性破缺而获得质量

请注意!按照希格斯机制,构成物质的费米子,其形成质量的方式不是小质量的物质通过搭积木的形式(加法)构成大质量的物质,而是通过粒子间的相互作用的形式使基本粒子获得质量。根据这种希格斯机制,物质获得质量的关键是希格斯场。

按照希格斯场的定义:希格斯场是一种假定遍布于全宇宙的量子场。按照标准模型的希格斯机制,某些基本粒子因为与希格斯场之间相互作用而获得质量。希格斯玻色子是希格斯场的振动……在标准模型里,W玻色子与Z玻色子借着应用希格斯机制于希格斯场而获得质量,费米子借着应用希格斯机制于希格斯场与费米子场的汤川耦合而获得质量。只有希格斯玻色子不倚赖希格斯机制获得质量。

希格斯场是个什么样的存在?让我们来看看1988年诺贝尔物理学奖获得者、《上帝粒子》的作者、量子力学的领军人物美国物理学家利昂·莱德曼的观点:[利昂·莱德曼,迪克·泰雷西,《上帝粒子》,上海科技教育出版社,2003年,第379~382页]

对某些粒子来说,希格斯场就像重油一样,它们可以在其中缓慢的移动,显得很沉重;而对于另外一些粒子来说,希格斯场像水一样;而对于其他某些粒子,比如说光子或者可能是中微子,希格斯场是不可见的。

问题来了,一种场对不同的粒子会有不同的性质?这好比同一个游泳池,对有的人来说,游泳池里是粘稠的沥青,对有的人来说游泳池里是花生油,对有的人来说游泳池里是水,对有的人来说,游泳池是真空。不同的人在这个游泳池里的阻力完全不同,这不仅是不符合逻辑的问题,已经达到荒谬的地步。有意思的是,这也与量子力学的另一种理论——量子场论的观点相冲突。

按照量子场论的定义:量子场论是在量子力学基础上建立和发展的场论,把量子力学原理应用于场,把场看作无穷维自由度的力学系统实现其量子化而建立的理论。量子场论是粒子物理学的基础理论……在量子场论中,粒子是场的量子激发每一种粒子都有自己相应的场。在量子化过程中,玻色场(玻色子的场)满足对易关系,而费米场(费米子的场)满足反对易关系。粒子之间的相互作用和动力学可以用量子场论来描述。

问题来了,希格斯场只是对应于希格斯粒子的场?还是希格斯场已经可以统一了其他粒子的场?如果每一种粒子都有一种不同的场,那么,其他的粒子如何进入希格斯场来进行交互作用而获得质量?这些粒子相对应的场怎样与希格斯场“和平相处”?

希格斯玻色子是什么?如果希格斯玻色子是希格斯场的振动,那么,希格斯玻色子在基本粒子获得质量的交互作用中扮演什么角色呢?

我们来看看希格斯玻色子的定义:希格斯玻色子是粒子物理学标准模型预言的一种自旋为零的玻色子,不带电荷、色荷,极不稳定,生成后会立刻衰变……希格斯粒子是希格斯场的场量子化激发,它通过自相互作用而获得质量……根据希格斯机制,基本粒子因与希格斯场耦合而获得质量假若希格斯玻色子被证实存在,则希格斯场应该也存在,而希格斯机制也可被确认为基本无误。

综上所述,我们可以发现,不同的人对希格斯玻色子(以下简称为希子)的解释完全不同。如果希子是希格斯场的振动,又怎么又是一种有自旋的粒子?基本粒子是与希格斯场产生交互作用获得质量?还是与希格斯玻色子产生交互作用而获得质量呢?目前相关的解释非常混乱,相互矛盾。

一些解释认为基本粒子与希格斯场发生交互作用而获得质量,而希子通过自相互作用获得质量,按照这个解释,希子好像是一个旁观者,基本粒子获得质量与希子没有什么关系。

另一些解释认为希子构成了希格斯场(请注意,这和希子是希格斯场的振动的说法相冲突),基本粒子在希子构成的量子场中受其作用而产生惯性,最终获得质量

哪一种解释更符合希格斯本人的观点呢?

按照希格斯机制,希子是希格斯场的场量子化激发。说白了,希子就是希格斯场的振动(像大海里的波浪),是量子涨落(quantum fluctuation,也称量子真空涨落和真空涨落)的一种。按照量子涨落的定义,量子涨落是空间任意位置对于能量的暂时变化。真空空间生成由粒子和反粒子组成的虚粒子对然后湮灭的过程。这些转瞬即逝的粒子从真空空间中借取能量而生成,又在短时间内湮灭后向真空归还了能量

我们知道,宇宙的演化是一个线性的过程,如果存在希格斯机制和希格斯场,那么,希格斯场的场量子化激化也应是一个持续的过程,希子在希格斯场中不断的产生和湮灭,空间中将满是希子,就像是“波涛汹涌”的大海,基本粒子在其中运动难道不会与这些“波浪”——希子产生交互作用吗?

按照第二种解释,希子构成了希格斯场,就像水分子构成了大海一样(第一种解释是大海里的波浪,请注意区别),按照这种模式,基本粒子是与希子产生了交互作用而获得了质量。

基本粒子到底通过什么样的具体机制而获得质量?

按照希格斯机制的解释,希格斯机制不是使用一种奇迹式的“无中生有”(creatio ex nihilo)方法来生成粒子质量,而是从以能量形式储存质量的希格斯场将质量转传给粒子借着与希格斯场耦合,某些原本没有质量的粒子可以获得能量,根据质能关系式,这就等于获得质量……粒子与希格斯场耦合越强,则粒子的质量越大。

对大海里的鱼来说,水是不可见的,浪花是可见的。对鱼来说,浪花“无中生有”然后无缘无故湮灭的。事实上,这是波动说的思路,前提是空间要由物质(例如以太)构成。而没有水——物质,就谈不上什么浪花。但是,因为粒子说建立在真空的基础上,所以,粒子学家们必须要使用粒子说的解释。也就是说,必须假设大海里没有水,还要解释波浪如何形成。因此提出了动量的概念,即根据所谓的质能关系式,基本粒子受希格斯玻色子的作用而产生惯性,最终才有了质量。问题来了。我们知道,E=mc²是能量=质量×光速。请注意光速(还有,光速会带来无穷大),这种所谓的质量其实是一种动量,是一种“惯性质量”而不是“静止质量”。问题是,有质量的物质才谈得上动量,才能利用质能关系式完成动量的计算。但是,基本粒子原本没有质量,它们需要动量来获得质量,这就颠倒了因果。因为缺了质量这一项(事实上,速度也缺乏逻辑支持,基本粒子是光速运动吗?)所以质能公式E=mc²无法为这种交互作用提供计算支持。因此,这个所谓的希格斯机制在逻辑根本无法自洽。在相对论是绝对正确的前提下,人们思考问题时总是不自觉地向相对论靠拢,以求符合相对论,结果总是陷入逻辑困境。

真空问题

我们知道,真空的概念是什么都没有,但是,现在这个概念被无数次修改。现在,还有几个人记得当初量子力学是一个建立在空无一物的真空基础上的理论呢?惯性粒子要保持速度的恒定,空间不能产生任何阻力。但是,100多年来,因为理论假设的需要,粒子学家们在这个真空中塞进了各种各样的假设粒子,塞进了各种各样奇奇怪怪的场。结果,同一个空间里塞满了不同的粒子和与之对应的不同的场。为了在逻辑上自洽,需要把真空成为一个“万能”的空间,随时变更性质,以符合理论的需要。有时候这个空间如同重油一样,各种粒子在其中缓慢的移动,显得很沉重;有时候这个空间又像水一样,没有太大的阻力;有时候这个空间又是不可见的,光子或是中微子这些粒子可以在其中保持恒定的光速。当只有一个理论时,问题还不明显,但是,当把粒子说的理论放在一起时,空间不够用啊!如果每一种粒子都有一个相对应的场,各种基本粒子都要带着自己的场来到希格斯场进行交互作用吗?同一个宇宙空间里如何容下这么多的场?逻辑不通啊!这违反了科学的基本原则——逻辑一致性。

如果空无一物的真空充满了上帝粒子——希格斯玻色子或其他不同的粒子,这种真空还是真空吗?既然客观事实是宇宙空间里充满了未知的物质,因为无法解释,所以称之为暗物质和暗能量(暗物质和暗能量又是什么场呢?),但是,无论是空间里充满了各种奇奇怪怪的“粒子”,还是充满了无法解释的暗物质,这都意味着空间并非空无一物。那么,回到量子力学最初的问题,在这个并非空无一物的真空里,惯性粒子如何保持速度的恒定呢?

在现实生活中,我们看不起那些缺乏逻辑思维能力的人,但是,为什么我们会无条件接受那些在逻辑上漏洞百出的物理理论呢(创建这些理论的人是否具有逻辑思维能力呢?)?为什么我们都信以为真呢?我们的客观常识从什么时候开始迷失的呢?

美国科普作家安德鲁·皮克林(Andrew Pickering)[约翰·格里宾,《寻找薛定谔的猫》,海南出版社,2009年,第395~396页]:任何理论都不完备,的确,原则上可以设想出任何数量的理论,每一个理论解释特定一组实验事实。物理学家从不好的理论中挑选出好理论的方法之一是用最少的假设解释最多的事实……按照这种方法某些理论仅仅被看作不如其他理论合理而被抛弃掉。但是任何合理性的提及就意味着一个判断。量子解释的例子再次表明,科学判断是多么人为的和沉重的。最为重要的是,纵观科学史,没有任何单一理论能够解释所有的实验事实。很多物理学家声称他们正在寻找一个能够解释一切的理论,或称统一理论;但是如果借鉴一下历史,就会发现他们的研究必将失败。理论和实验总存在着某方面的差异,这再一次证明,存在一个主观选择以判断哪些差异能够容忍,哪些意味着放弃某一理论。

单独的看一个理论,好像这个理论还有些道理,但是,当把不同的理论放在一起就会发现,对同一个问题的解释是不同的,甚至是矛盾的和尖锐对立的,哪些理论正确,那些理论错误呢?事实上,量子力学只是一堆互不相容的理论的混合体,这些理论互不相容,无法构成一个逻辑自洽的理论体系。

我们知道,物理理论为解释客观世界而存在。如果理论出现奇异性,则意味着理论脱离了客观现实,因为,客观世界并没有呈现出奇异性。问题是,理论是为解释客观世界而存在,还是客观世界应该随时根据某些理论的要求来改变呢?如果理论脱离了客观现实,这个理论描述的还是这个客观世界吗?

质量的陷阱

粒子学家们认为上帝粒子——希格斯玻色子是宇宙这块拼图的最后一块碎片,只要找到赋予物质质量的希子,宇宙的所有问题都将迎刃而解。因此希子被称为“上帝粒子”。

2013年3月14日,欧洲核子研究组织公开确认:紧凑μ子线圈小组与超环面仪器小组已对这粒子所拥有的自旋、宇称可能会产生的状况仔细分析比较,这些都指向零自旋与偶宇称(符合标准模型的两个对于希格斯玻色子的基要判据)。这事实,再加上测量到的新粒子与其它粒子彼此之间的相互作用,强烈显示这就是希格斯玻色子。

希子终于被“发现”了。

这下子物质质量的来源问题总算可以解决了吧!

很遗憾,没有!虽然上帝粒子已经被欧洲强子对撞机“发现”了,但是物理学好像什么改变也没有发生,微观世界依然迷雾重重。物质的质量来源问题看似“解决”了,但是,暴露出来的问题更为严重。

实验证明,传递基本作用力的规范玻色子和轻子的中微子质量并不为零。希格斯用希格斯机制让物质“获得”了质量。问题是,无论规范玻色子和中微子的质量是与生俱来的,还是通过所谓希格斯机制获得,结果都是一个——玻色子和费米子具有质量是一个无法回避的事实,这是问题的关键。

很多人会有一个疑问,为什么玻色子和一些费米子具有质量好像是一个“罪过”呢?原因很简单,如果传递各种基本作用力的信使粒子——玻色子具有质量,那么,这些传递各种基本作用力的粒子也将具有四大基本作用力,这带来一个奇怪的结果:

1.传递各种基本作用力的玻色子又发射和接收传递各种基本作用力的玻色子。结果是,物质之间传播基本作用力的信使粒子——玻色子因为具有质量而向其他物质又发射玻色子,这些玻色子因为具有质量而发射玻色子,这样下去永远没有尽头,掉进一个无限循环论证的怪圈。

2.如果玻色子具有了质量,发射信使粒子时会存在反作用力的问题,而事实证明物质的基本作用力并不存在反作用力这种现象。

如果玻色子和中微子具有了质量,那么构成粒子(物质)的规范粒子的总质量大于由其构成粒子的质量。也就是说,粒子标准模型的所有粒子的质量都需要重新设定,这可是牵一发动全身的后果,理论的结构和对称性将被全部破坏。这就是粒子说的质量陷阱。因此,粒子标准模型必须假设传播基本作用力的传播子——玻色子和一些费米子质量为零,这是粒子标准模型理论逻辑自洽的基础(这里暂时不考虑没有质量的粒子在逻辑上是否自洽)。标准模型理论很“完美”,但是,客观世界没有办法配合啊!

“粒子”的本质

上帝粒子被“发现”了,问题是,这个上帝粒子长什么模样呢?

粒子加速器碰撞(制造)出来的“粒子”的图像是这样子的。

弦理论的弦(开弦)的图像是这样子的。

经典物理学的波的图像是这样子的。

事实显而易见,粒子、波和弦都是同一种图像。我们身处在同一个宇宙,却存在经典物理学、相对论、量子力学和弦理论这4种互不相容的理论解释体系,这4套理论描述的都是同一个宇宙!到目前为止,没有一个理论可以自洽的解释宇宙所有的疑惑,没有一个理论可以自洽的解释宇宙的运作原理,这意味着所有的理论都不完备。说白了,没有一个理论完全正确。因此,这些理论都不能被当成真理而不容怀疑。只有秉承理性、怀疑、批判和实证的科学精神,我们才能继续进步。

上帝粒子被“发现”了,但是,物质的质量问题并没有解决,再建一个超级对撞机能够验证上帝粒子是物质的质量之源码?可以证明杨振宁先生的杨—米尔斯理论是正确的理论吗?能够证明粒子说这条探索道路可以通往宇宙真理吗?

非常遗憾,在客观自然里这个所谓的“上帝粒子”——希子并不存在。事实上,标准模型已经“发现”的粒子,除了客观自然里本来就有的“粒子”,其他所谓的粒子在自然界根本就不存在,所以,粒子标准模型根本无法描述自然界的运作原理。

自然界里存在构建宇宙中一切物质的“上帝粒子”——最基本的建筑材料吗?

当然,的确存在构建一切物质的“基础粒子”,但是,这种“基础粒子”一定是具有质量的物质,大质量的物质一定是由小质量的物质构成,根本不需要什么希格斯机制。

一个逻辑问题

按照客观常识,小质量的物质构成大质量的物质,就像是搭积木,是一种加法。例如,小质量的沙粒构成砖块儿,砖块儿构成更大质量的房子。是物质就必须具有质量,有质量的物质必须由小质量的物质构成而不是相反。不存在没有质量的物质,房子不可能由没有质量的沙粒构成。有!就是有,无!就是无,没有半有或半无。物质不能无中生有,也不能无缘无故的湮灭,这是质量守恒和能量守恒定律,这两个定律是客观逻辑的基础。

按照希格斯机制,形成物质质量的不是构成物质的费米子,而是传递基本作用力的玻色子。但是,这个上帝粒子却是传递基本作用力的玻色子,而不是构成物质的费米子。构成物质的竟然是传递作用力的粒子,这可是非常奇特的逻辑思路。但是却因为传递基本作用力的玻色子具有质量而造成无法修补的逻辑缺陷。问题的关键是,这个希格斯机制不是我们熟悉的由小质量的物质构成大质量的那种获得质量的机制,而是有质量的物质由无质量的粒子通过相互间的交互作用而获得质量来构成。问题是,是常识错了,还是这样的理论错了?

为什么某些理论预言的粒子没有质量,实验却证明这些粒子具有质量呢?目前,量子力学的学者们并没有给出合乎逻辑的解释,我们是等待粒子说的新解释,还是寻找其他更加合理的解释呢?要知道,在理论物理学的量子领域,除了粒子说的理论,我们还有波动说的理论——经典电动力学,还有“弦动说”的理论——弦理论(弦理论和量子力学的研究领域完全重叠,弦理论是地地道道的量子理论),为什么一定要按照粒子说的思路思考问题呢?

我们是否应该换一种思路?

粒子加速器碰撞出来的所谓粒子——“碎片”具有质量,证明了有质量的物质碰撞之后的碎片本来就具有质量,证明有质量的物质本来就是由有质量的粒子(物质)构成,证明大质量的物质由小质量的物质构成才是事物的真相。

是物质就应该具有质量,不存在有形状却没有质量的物质。有!就是有,无!就是无,不能无中生有,也不能无缘无故的湮灭。无中生有和无缘无故的湮灭违反质量守恒定律和能量守恒定律。所谓的希格斯机制因为违反客观常识,脱离了客观现实,所以在逻辑上不能自洽。

综上所述,所谓的希格斯机制实在是太复杂了,非常非常复杂。问题是,这种复杂并不是精确,而是一大堆相互矛盾的观点构成。我们知道,地心说理论有一套复杂的本轮和均轮的轨道来解释天文现象,咋一看好像也有点道理。但是,却并不能解释天文现象,在逻辑上也无法自洽。而用日心说来解释这些天文现象就简单明了,用万有引力定律可以自洽的解释星体质量与轨道的关系。事实证明,真相总是简单的,真理总是简洁的。

回到话题,再建一个超级对撞机能够验证上帝粒子吗?能验证物质的质量来源于希格斯机制吗?

这样说吧,如果现在大多数人相信地心说,那么,有人提议要建造一台超级宇宙飞船去验证地心说的本轮和均轮的轨道就是正常的事情。科学探索嘛,多走点弯路也很正常,至少我们知道这些道路都是错误的,是吧!

反思

有些物理学家有一个愿望,希望在21世纪,相对论和量子力学能够成为科学常识。问题是,这两个理论的建立已经超过百年,为什么到现在为止它们都还不是科学常识呢?如果一个理论能够自洽的解释客观世界,它们当然会成为科学常识,之所以仍然不是科学常识,说明这两个理论并不能自洽解释这个客观世界。一个物理理论无法解释客观现实,当然就无法在实践中应用。无论谁说的天花乱坠,脱离客观现实的理论永远也不可能成为科学常识!

错误的理论对科学的发展有没有推动作用?换句话说,错误的理论对我们有什么帮助吗?

当然有!

先贤们几千年积攒下来的思想成果滋养了我们的智慧,他们点亮了一个又一个灯塔,指引着人类的发展方向。没有人的观点全部正确,也没有人的观点一无是处。有些观点后来被事实证明是一个个错误,那也是他们在错误的地方树立起了一个个指引正确航道的航标灯。

但是,前提是要知错能改!

遗憾的是,让一个人承认错误不容易,让一群人承认错误更是比登天还难,这是人性的弱点。对此,普朗克早有洞察。他总结道:一个新的科学真理照例不能说用说服对手,等他们表示意见说“得益非浅”这个办法来实行。恰恰相反,只能等到对手们渐渐死亡,使得新的一代开始熟悉真理时才能贯彻。这就是并不著名的普朗克定律。

是什么蒙蔽了我们的眼睛呢

尤瓦尔·赫拉利指出:“尊重知识、听取学者意见很好,但发展到崇拜任何人的程度都很危险,包括崇拜学者。一个人一旦被推崇为先知或权威,他(她)自己都可能信以为真,进而变得骄傲自大,甚至陷入疯狂。对追随者而言,一旦他们信奉某人为权威,便会自我设限,停止努力,只期待着偶像来告诉他们全部问题的答案和解决方法。即使答案是错误的、方法是糟糕的,他们也会通盘接受。”在《三体》中,三体人向地球发射了一个智子,锁死了人类的科学发展。事实上,这个智子不是一个粒子,而是一个活生生的人,一个被我们奉为先知的智者——科学权威。当我们认为科学权威的理论完全正确时,就不会有人敢于提出不同的看法,构建新的理论来解决新发现的问题。对科学权威的崇拜,阻止了物理理论的推陈出新,使科学失去了发展的原动力,锁死了人类科技的进步。

真正的科学精神是理性、怀疑、批评和实证。我们应当时刻提醒自己,批判性思维是我们避免误入歧途的重要保证。我们身处在同一个宇宙,所以,我们只需要一种可以解析所有疑惑的物理理论,这个物理理论必须没有逻辑矛盾和逻辑缺陷,可以完美的描述我们这个宇宙的运作细节,并以此为基础展望宇宙的未来。真相总是朴实的,真理总是简洁的。有时,对有些问题,我们并不缺乏揭示真相的能力,更多的时候我们缺乏的是面对事实的勇气。

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