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文汇报头版希格斯获奖不是一个句号

2019-10-20 16:12:48来源:励志吧0次阅读

[文汇报·头版]“希格斯”获奖,不是一个句号

昨天,诺贝尔委员会用了一个极富感情色彩的标题,向全世界宣告今年物理学奖的归属:终于来了(Here,atlast!)。

没有意外。两位与希格斯玻色子理论(也就是俗称的“上帝粒子”)相关的科学家——比利时的弗朗索瓦·恩格勒,以及英国的彼得·希格斯,分享了今年的物理学奖。他们本就是今年各路预测中最热门的人选。

是的,这可以说是“终于”,这项事关物理学根基的理论从提出,到被证实,再到获奖,时间跨度接近半个世纪。理论提出之际,两位物理学家都只刚过而立,如今却都年逾八旬。

动情标题之后的颁奖词,显得比较平和。诺贝尔委员会表示,两位的获奖,是因为在1964年,他们分别独立地提出了一项理论,揭示出粒子是如何获得质量的;而到了2012年,他们的理论在欧洲核子中心发现希格斯粒子的实验中得到证实。

漫长等待的代价,就是恩格勒的研究伙伴——罗伯特·伯劳特,已于2011年去世。虽然诺奖原则上只颁给在世的科学家,作为弥补,颁奖词中,诺贝尔委员会依然提到了伯劳特的名字。

“上帝粒子”只是一根象鼻子

去年希格斯粒子的发现引起了全球关注,因此相关的科普知识也广泛普及了多个回合。不过,仔细查阅诺贝尔委员会的颁奖材料可以发现,确切地说,这个奖并非颁给对“希格斯粒子”的预言,而是给“希格斯机制”的。

什么是“希格斯机制”?上海交通大学粒子与核物理研究所所长季向东教授用尽可能通俗的语言,给作了解释。简单说,希格斯机制,就是解释希格斯粒子何以存在的更基础的理论。

当今物理学家普遍认为,世界万物,小到花草、大至星系,都是由各种基本粒子构成。粒子分成两大类:一是构筑物质的“砖瓦”,包括夸克、电子等,另一种传递各种力,如光子、胶子等。这个理论体系被称为“标准模型”。

但直到恩格勒与希格斯两位提出他们的理论,“标准模型”还存在致命缺陷——按照这个理论体系,所有粒子都不能有质量。那么问题是,质量从那里来?

“希格斯机制”是挽救“标准模型”,或者说挽救人类对世界认识的出路。

根据“希格斯机制”的观点,宇宙中充满了一种特殊的物质,当温度不那么高的时候,这种物质就会“冷凝”下来,就像蒸气变成水,于是宇宙就变成了这种物质的一片汪洋,而“浸泡”在这片汪洋中的粒子,其运动就会受到牵绊,于是获得了质量,就像轻飘飘的棉花被浸湿之后,才变重了。

这种物质,后来被以彼得·希格斯的名字命名,它就是“希格斯场”。而人们耳熟能详的“希格斯粒子”,只是希格斯场“水面上的涟漪”。

季向东表示,希格斯机制,就是描述希格斯场如何凝聚的一个理论。实际上,宇宙大爆炸之初,因为温度太高,希格斯场无法凝聚,粒子无法得到质量,以光速四处乱撞。但此后,仅经过了1000亿分之一秒的冷却,希格斯机制就让希格斯场一下子“冷凝”为“水”,粒子骤然减速,这才有机会互相碰撞、作用,从而构成世间万物。

可以说,提出希格斯机制的这一理论模型,对于解释世界更为关键。而希格斯粒子,只是我们用来证实希格斯机制存在的一个信号。

“就好比我们摸到了一根长鼻子,即便蒙着眼睛,也能推测出这是一头大象。”季向东说。迄今为止,这是人类直接观测希格斯机制的唯一途径。

但摸到这根象鼻子依然令人兴奋。因为,它太难捕捉了。因此,虽然今年的物理学奖得主只有两位,但诺贝尔委员会表示,实际上,这个奖项是全球协力的结果——仅在欧洲核子中心,就有数千名科学家为希格斯粒子的实验倾注心血;而放眼世界,数十个国家为这项耗资百亿美元的实验提供了支持。

“希格斯”理论并不完美

昨天的颁奖,让“希格斯粒子”背后的另两位英雄浮出了水面。公众这才发现,原来,仅仅以“希格斯”命名这套理论,并不公平。

实际上,恩格勒,以及因为去世而无法得奖的伯劳特,甚至比彼得·希格斯早半个月发表了相关论文。

《希格斯——“上帝粒子”的发明与发现》一书的作者邢志忠表示,当年,物理学大佬、诺奖得主史蒂文·温伯格错在文章中误认为希格斯的文章发表在先。由于他的影响力,这个错误被人不假甄别地广泛引用,才造成“希格斯粒子”命名的既成事实,直到现在,也只好将错就错了。

但整个“希格斯机制”理论体系的遗憾不仅于此。

季向东表示,理论上,“希格斯机制”所描述的“冷凝”过程,并非只能靠“希格斯场”这一种物质完成。或者说,要解释质量的由来,“希格斯场”可能是多个答案中最简单、最先被证实的一个。

甚至可以说,用“希格斯场”来解释质量,是“希格斯机制”诸多可能的答案中最平庸的一个。而许多物理学家认为,如果存在造物主,那么他完全可以弈出更精妙的一招。

“在60多个基本粒子中,希格斯粒子是唯一一个自旋为零的。这似乎有些不正常。因此,一些科学家认为,这也许预示着,希格斯粒子未必是最终答案,它本身或许是由其他更基础的物质构成的。”季向东说。

对物理学家来说,追寻终极之美,是他们探索这个浩瀚且未知世界的运行奥秘的核心信念。因此可以说,诺贝尔委员会的肯定,绝不是希格斯相关研究的句号。

此外,即便希格斯理论体系暂时挽救了物理学的“标准模型”,它依然存在命门。比如,它只能解释可见物质,但宇宙中暗物质的数量4倍于可见物质。再比如,标准模型认为中微子没有质量,但近来研究发现,中微子确实有质量。

为揭开这些未解之谜,人类还需要等候多久?我们何时能迎来诺奖的下一个“终于”呢?

科学之魅,尽在其中。

来源:《文汇报》 2013.10.09 第01版

原文: “希格斯”获奖,不是一个句号

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