1993年,花费20多亿美元在得克萨斯州开凿了几十公里长的地下隧道后,美国国会参议院决定停止对超导超级对撞机计划(SSC)的拨款。寻找希格斯粒子,对粒子物理学标准模型进行最终检验的实验搁浅。几千物理学家失去工作,世界高能物理学界感到了空前的失落和沮丧。但物理学家的雄心并未因此受挫,之后由欧洲核子研究中心接手,通过了LHC计划,继续寻找希格斯粒子——标准粒子理论失落的最后一环。该计划由世界多国协作,目前正在实施,今年8月大型强子对撞机已建成并开始运转,估计2010年左右出结果。
这个既被利昂·莱德曼称为“上帝粒子”,又被希尔顿·格拉肖称为“厕所”的、不雅却又必需的东西,真值得物理学家们这样竭尽全力地追逐吗?它到底是上帝深藏于秘境的圣物,还是仅仅用来“冲洗现存理论不一致性”的下水道呢?宇宙中静质量最大的粒子充满了真空,还算是真空吗?这样的真空又如何对称性破缺呢?虽然来自凝聚态物理,对称性破缺概念一旦移植到粒子物理学,就变得荒唐无比。对于希格斯粒子是否存在,霍金曾与人打赌。作为一个悲观主义者,他赌“无”。这位躲在果壳里的圣徒,这次也许压对了筹码。除了规范场的拉氏量外,非阿贝尔规范场运动方程也必须满足规范不变条件,物理学家们怎么可以把这一点给忘了呢?对规范场运动方程进行规范变换后就会自动引入一个约束条件,再对理论稍加改造后,杨-米尔斯规范场理论就能自足,粒子物理学标准理论就能自洽,再也无需希格斯机制这个赘物。只可怜欧洲核子研究中心的机器要空转一场,看来是停不下来了。
1998年,两组天文学家在美国《天体物理学》杂志发表对Ia型高红移超新星的观察结果,声称我们宇宙70%以上的物质是暗能量,在暗能量的驱动下目前的宇宙正在加速膨胀。这个结果在物理学界乃至一般公众中造成轰动,多次被各国科学与新闻界评为当年十大科学新闻之首。目前各国政府和科学基金会相继大笔拨款,研究机构纷纷立项,大批天文和天体物理学家正全力以赴,投入对暗能量的角逐。
然而物理学家们可能又要空忙一场了。这个在近代物理学档案中无档可查的暗能量怪胎,只能像百年前的以太理论一样,再次成为上帝弃物。建立在相对论基础上的现代宇宙学标准理论,它所依赖的罗伯逊-沃克度规怎么可以导致速度的伽利略相加规则,直接违背现代物理学关于光速与光源运动状态无关的基本规则呢?我们又怎么可以用静态的能量动量张量来描述动态的膨胀宇宙呢?标准宇宙学理论的基础正面临崩溃!古人无事忧天倾,今人自扰忧天离,暗能量和宇宙加速膨胀论可休矣。
物理学家S·温伯格在《引力论和宇宙论》一书的绪论中写道:“物理学并不是一个已经完成的体系,相反它每时每刻都存在着一些观念上的巨大混乱,有些观念像民间史诗那样,从往昔的英雄时代流传下来;而另一些则像空想小说那样,从我们对于将来会有伟大的综合理论的向往中产生出来。”现代物理学是个庞大的概念体系,逻辑和数学将众多的概念连在一起,牵一发而动全身。我们不能不被这个逻辑体系的严密性,以及这种逻辑能达到的预言高度所震撼,但这些都不能让我们无视这个逻辑巨网中存在的种种漏洞。作者自大学生时代起,就被相对论和量子论中的逻辑悖论所困惑。在后来的教书与游学生涯中,以及其后为稻粱谋的闲暇之余,越发被这些困惑深深纠缠。面对这类问题,总觉无法自欺欺人。然而所遇物理学同仁,大多对这些问题不感兴趣。更甚者认为根本不存在这类问题,是尔等自寻烦恼。这不禁使人想起数学史上一段有趣公案。
当年还是无名小卒的罗素将“理发师悖论”论文寄给德国著名逻辑学家特洛伯·弗理兹。此时特洛伯·弗理兹已完成他的最重要著作《算法基础》第二版,自认可以作为整个数学的基础,准备付印。看完罗素的信,特洛伯·弗理兹一声长叹,便在书的最后加上一段话:“一个科学家所遇到的最不合心意的事,莫过于在他的工作即将结束时发现其基础崩溃了,我把罗素的来信发表如下……”特洛伯·弗理兹对科学和逻辑的尊重态度,以及承认自我体系崩溃的勇气,难道不值得当今物理学家们深思吗?爱因斯坦年老时曾发感慨,认为自己一生所做的工作中“没有任何一个概念是我深信能站得住脚的,总的来说我也不能肯定我是否在正确的道路上前进。”这决不是他的过谦和矫饰,或许正道出他的难言之隐。我辈等更不应掩耳盗铃,赞皇帝新衣。物理学的逻辑基础不可以出现不一致,物理学家们应多些数学家的严谨、多些哲学家的怀疑,少些盲从者的幼稚。所谓科学真理,求真为首,求美次之,切不可本末倒置,买椟还珠。哲人之石,从不可废,可用以磨砺思维,升华品位,无穷追问的休谟怀疑精神永远值得倡导。若有悖逻辑,则一切皆空。以怪诞为新,以悖理为妙,以神秘冒充深奥,以玄学混肴显学,虽可招摇过市、流行一时,终不得长久,不是求真者所为。
伽利略在西方世界开启运动相对性观念之先河,爱因斯坦继承了这种相对性观念,提出更纯粹的时空相对性理论。我们不能要求他在草创狭义相对论时,也考虑到狭义相对论动力学效应对时空性质的影响。这种效应必然导致加速过程产生的运动速度和运动质量具有绝对性,破坏时空相对性。然而令人不解的是,爱因斯坦其后为建立广义相对论提出惯性力与引力等价原理时,为什么仍然只用牛顿力学,不用狭义相对论力学。如果考虑到狭义相对论效应,就不会有等价原理,还会有今日流行天下的弯曲时空引力理论吗?关于罗伯逊-沃克度规本质上是牛顿力学的时空度规,在宇宙早期和高速膨胀过程中不可用的证明,关于宇宙学必须采用动态能量张量的证明,几行字就可以说清,为何至今无人发出疑问呢?此外带电粒子任意运动推迟电磁场不满足宏观电磁场运动方程和相对论变换,宏观电磁场相对论变换会导致电磁场运动方程解的唯一性的破坏和其他非常不合理的结果。为了能与实际测量进行比较,采用标准尺和标准钟计算,广义相对论就根本无法解释水星近日点进动和雷达波延迟实验。所有这些都是非常简单明确的,理智尚存者,谁能与之辩。捅破纸一层,迷糊几代人。多少人心血,就此付东流。即便是爱因斯坦智者千虑一失,为什么一代又一代的后来者,对这种明显不过的事情仍视而不见呢?翻翻物理学史,这种事情绝非少见。大厦建于沙基,必将毁之,必有后痛。不是说21世纪的天空又出现若干朵乌云吗?造物弄人,百年一个轮回,物理学真的又要再来个风云际会、天翻地覆了。
还有就是时间不可逆转之谜,古今贤哲之大惑。令人殚心竭虑,终日惶惶,不得其解。岁月流年,红了樱桃,绿了芭蕉,眼看时间之矢,又将多少英雄放倒。30多年冰火交融,在谬误与理性中挣扎,在微观与宏观之间奔走,总算悟出不可逆性之道。春花秋叶,天荒地老,总可归之于微观过程的不可逆转。在相对论性量子场论中,高阶微扰重整化过程中隐含着时间反演对称性破坏。在非相对论性量子理论和经典理论中,放弃保守势考虑电磁推迟势,就可自动引入时间反演不可逆性。也就是说电磁推迟相互作用是热耗散之源!后觉反思,所有这些都是明摆着的。而我等众生,却总是执著,盲信前人,不愿深究。大道至简,尊者无言,自然之律本性单纯,但也隐藏极深。不是无法用简单方式描述,而是我等未能找到简单方式描述。所谓时髦理论,花俏撩人,似巧实拙,终归过眼烟云。唯有经典神韵,庄严凝重,典雅从容,方可弥坚。然治学道上,随大流者众,具慧眼者稀。不遇钟期,弦断谁听。悟今是昨非,却书生渐老,欲唱无台,平添无奈。所幸者,比之玻尔兹曼和埃伦菲斯特,至今身犹存、心犹静,尚未颠狂,尚能衣饭。
然而时代的迷惘终会结束,真理的钟声会再次敲响。新一轮物理学观念革命的大幕已经徐徐拉开,科学浪潮必将再次席卷这个时代的垃圾,只留下钻石与金沙。科学舞台上上帝的形象终将退隐,造神运动的喧嚣必将被理性的和声湮没。百年之间被扭曲的科学精神已经发出呐喊,相对主义已经到了崩溃的边缘。物理学研究走向神秘主义和过度几何化的倾向必须得到纠正,追求质朴性和逻辑合理性的精神必须得到张扬。科学探索应当高举唯物论和因果律的大旗,人类对物质世界的这种基本哲学认识自有其形而上的高贵。卸去铅华,洗却风尘,科学古典主义必将再现她的典雅风采。20世纪物理学辉煌与谬误并存、理性与迷信共生的一页已经翻过。21世纪物理学必将以质朴性、绝对性和确定性在某种程度上恢复的特征,再塑人类理解自然、征服宇宙的自信心。亲爱的朋友们,现代物理学基础的重建需要您的参与,理论物理学逻辑巨网的修补需要您的巧手。让我们重温马克思的劝导:最先投入新生活的人,他们的命运将是让人羡慕的!朋友们,为了人类科学的健康发展,为了中华民族科学的复兴繁荣,请挺身而出,接受挑战吧!
《科学时报》 (2008-10-17 B4专题)