沈建其在博文中说：能量标度上升，对称性增高，各种力都走向同一，物理学趋向统一。所以大统一理论（弱、电、强力三者的统一）以及四种力

来源: 于 2011-01-23 20:54:31 [博客] [旧帖] [给我悄悄话] 本文已被阅读：次

 

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也谈现今物理学发展方向
[ 2010/5/6 11:56:00 | By: 张操 ]
 
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    多年以来，我经常在思考：现今物理学发展的方向是否正确？因为题目太大，不敢冒然写文章。最近我阅读了浙江大学沈建其博士的博文：“现今物理学发展方向(及对Hongbin论坛网友的忠告)”，有些感想。这里，我就按照沈建其提到的物理学的问题，谈谈我对现今物理学发展方向的看法。

   首先，沈建其博士对于现今物理学发展方向提出了他的见解，并对网友提出忠告，这是值得称赞和鼓励的。因为沈建其是理论物理的科班出身的博士，学术基础深厚，思路也很开阔。他愿意与网友讨论物理学问题，是很难得的。我交往过一些科班出身的物理学者，他们对于民间科学爱好者，往往是不屑一顾，或者是讽刺嘲笑。

其次，沈建其的博文简明扼要地介绍了现今主流物理学家认定的物理学发展方向以及标准模型。一方面这是一种科普，另一方面，沈建其对标准模型也提到了一些疑问，值得进一步讨论。

我本人从事物理学研究有四十多年。长期以来，我对现今物理学发展的方向一直感到迷惑。为了探讨时空物理的深一层次的本质，我有幸在1980年就去了美国“取经”，历时二十年。现在回顾起来，在上世纪八十年代初期，当时没有什么“标准模型”，也没有把大爆炸宇宙学宣传得神乎其神。不同流派的学术观点比较容易发表。可是到了上世纪八十年代的后期，主流物理学家们为了追求物理学的大统一理论，能量标度越升越高，物理学数学化的趋向越来越明显，不同流派的学术讨论也越来越困难。

沈建其在博文中说：能量标度上升，对称性增高，各种力都走向同一，物理学趋向统一。所以大统一理论（弱、电、强力三者的统一）以及四种力（弱、电、强、引力）的统一，都必然是在极高能标下完成的；能量标度下降，对称破缺产生，四种力（弱、电、强、引力）都逐渐分离，表现不同行为。世界变得复杂，丰富多彩。超低能低温下有五花八门的现象，其实只是对称破缺的表面现象，我们眼睛观察到的其实都非实相，它们在高能标下其实只有一个本质。

主流物理学家们为了追求物理学的大统一理论，把能量标度越升越高，加速器越造越大，科研经费越来越多，理论越来越玄。作为能量标度最高的极限，主流物理学家们认为是宇宙大爆炸的初期，这时，四种力（弱、电、强、引力）能够统一。 这也是大爆炸宇宙学受到追捧的一个原因。

事实上，物理学研究的对象是我们经历的和观察到的现实世界。 我们所知道的四种作用力（弱、电、强、引力）的性质是十分不同的。我认为，我们为什么不可以反过来问：物理学为什么一定要统一四种作用力呢？我们人类能够把世界上千变万化的现象归结到四种基本作用力已经很聪明了，物理学为什么一定要四种作用力硬性统一呢？让我们“道法自然”，承认它们各自的独立性，各自有不同的适用范围，不是很好吗？

在科学史上，在十九世纪的后期，麦克斯韦等物理学家把电和磁、电磁波和光成功地统一起来，这是非常自然的优美的统一，不是硬性统一。以后， 物理学家追求大统一理论，这种愿望是可以理解的。可是，不能一相情愿，为了统一而“拉郎配”。在现今的标准模型中，弱和电的统一模型其实已经非常勉强，加入了很多人为的假设。 例如，弱作用力是在原子核内起作用的短程力，而电磁作用力是长程力。为了得到弱和电的统一 ，物理学家大胆假定有W粒子作为中间粒子，它的质量要比核子大100多倍。虽然物理学家成功地在高能加速器实验中找到了他们假定的W粒子，名利双收，可是我依然迷惑。 以核物理中的“贝塔衰变”为例，明明这是低能实验，为什么需要用高能的W粒子作为中间粒子？这好比是，母亲在生产一个婴儿的过程中，“准婴儿”的体重曾经达到母亲体重的100倍 ？

由于弱和电的统一模型的“成功”，主流物理学家们更加热衷于四种作用力的统一。于是，出现了10维以上空间的超对称和超弦理论，量子引力理论，宇宙大爆炸初期的暴涨理论等等。这些玄而又玄的理论，本来仅仅是少数理论物理学家的假说或模型，可是经过著名物理学家霍金等人的科普，加上媒体的宣传，产生了强有力的“蝴蝶效应” ，不仅是普罗大众，连达官贵人也不得不信。

回到沈建其博士提出的现今物理学发展方向问题， 他说：“标准模型整个框架已经确定，应该也不存在什么问题”， 我是不同意的。

对于现有的物理理论，是否需要进一步地考察，或者修正呢？例如爱因斯坦的狭义相对论，它适用于实物与电磁的相互作用。可是并没有强有力的证据显示狭义相对论也适用于其它三种基本相互作用。 也没有理由认为光速是其它三种基本相互作用的极限速度。根据近代测量中微子质量平方的实验，可以推测中微子可能是超光速粒子。

广义相对论的的问题更大。它的基本思路是把引力场空间看作为四维超曲面。并且把二维曲面的黎曼几何学推广到四维超曲面。其实，二维曲面几何学有二个基本前提：二维曲面是刚性的，具有不可入性；二维曲面处在三维平直空间中。然而，四维超曲面不具有这二个基本前提。引力场空间并不是刚性的；我们也无法想象出五维平直空间。 所以，广义相对论在很大程度上是一种数学理论。广义相对论作为物理学的引力理论，还有很多基本缺陷。例如坐标条件的选取，能量—动量张量的定义；质量与能量概念的混淆等等。这方面的内容，因为专业性太强，就不在这里讨论了。

沈建其博士说：“我们眼睛观察到的其实都非实相，它们在高能标下其实只有一个本质。” 我也是不同意的。事实恰恰相反，我们眼睛观察到的（和仪器测量到的）大多数是实相；而在在高能标下几种作用力的可能统一，仅仅是理论的推测，很可能是错误的想象。

我很希望沈建其博士等理论物理行家，能够跳出标准模型的框架，道法自然，回归到（并发扬）上世纪八十年代以前物理学的优良传统，开创物理学发展的新方向， 这将是柳阴花明又一春啊。

张操，  2010-5-6