致中国物理学界建议书Word下载.docx
《致中国物理学界建议书Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《致中国物理学界建议书Word下载.docx（21页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
谁抢先造出了原子弹，谁就有可能赢得这场战争。
盟国方面领导原子弹研制的奥本海默和费米，和轴心国方面领导原子弹研制的海森伯，都想赢得这场竞赛。
所以，那时人们的心理是大胆假定。
不要因为一个假定看来不可思议而轻易否定。
说不定一个背理的假定会正好撞上正确的办法。
只要能够把原子弹做出来，理论是否有问题，假定是否正确，以后可以慢慢梳理。
战争时期抢时间抢先机，是头等大事，顾不得理论的严密性了。
二次大战以后，进入冷战时期。
冷战双方仍然被同样的心理统治着：
尽量大胆探索，一百个假定中99个错了都不要紧，只要有一个正确，就可以在核竞赛中占上风。
在实验核物理中也同样鼓励大胆探索。
说不定某一种粒子打到某一种靶子就产生意想不到的核反應。
这种长期的冷战心态使得漫无目的违背逻辑的大胆假设成为粒子物理学界的主导思想，成了学术界普遍接受的哲学文化和思维习惯，渐渐地，科学逻辑的严密性被不知不觉地丢掉了。
量子场论中充斥着一些毫无实验根据甚至明显悖理的假设。
除了重整化假设以外，还有规范协变性假设，同位旋假设，共振态假设，夸克模型假设，夸克禁闭假设，自动对称破缺假设，以及各种与内部维度相关的各种量子数的赋值与选择定则等等。
标准模型就是建立在这一大串假定之上的象牙宝塔。
只要这一大串假设中的任何一个环节有问题，整个理论的逻辑链就断裂了。
我们能期待沿着这样的理论路线走下去发现最终的万能理论吗？
我们能指望这样的理论对核物理，核工程，凝聚态物理等等提供任何理论指导吗？
这样的理论欲求自身之自洽而不可得，遑论成为指导其他学科的基础理论。
对其他学科提供理论指导是基础科学的本来宗旨和本职工作。
如果一门学科永远只是对某些非常间接的实验结果提供事后诸葛亮式的所谓“解释”，可是对所有其他科学分支的发展提供不了任何理论指导，那这门学科就不仅不够资格成为“基础科学”，而且最终要失去社会支持。
事实上，欧洲核子研究中心，前苏联的杜布纳核子研究中心等的名字就说明了这些研究中心的本来目的和投资动机就是寻求核物理的突破与发展。
美国的橡树岭，布鲁克海文，洛斯阿拉莫斯，洛仑斯利沃莫，阿岗和费米实验室等等，雖然名字上沒有核子研究的字樣，原本也都是以核物理为研究目标的。
这些实验室早期的领导者如费米和奥本海默，都是杰出的核物理学家。
中国粒子物理的理论队伍，也是从核物理领域走出来的，有些在杜布纳核子研究中心受过严格的训练，直接领导过中国的核物理研究。
这一类研究曾经是各国的国家机密。
可是现在粒子物理已经是国际公开的研究了，因为粒子物理发展得与核物理毫无关系了。
我们现在对核物理的了解，基本上还停留在五十年代的水平，还停留在袋模型和液滴模型。
对于核子相互作用力的了解，还没有超出汤川势。
核物理是我们进入微观世界的门户。
如果我们对核物理都没有透彻的理解，要想了解更深一层的奥秘，是绝对不可能的。
费米和奥本海默都是既懂理论又懂实验的物理大师。
他们两人对基本粒子理论特别是量子场论的建立都作出过里程碑性的工作。
美国在核竞赛中胜出，使人们误以为量子场论的道路是正确的道路。
实际上，费米和奥本海默的成功是因为他们在实验方面的成就，和他们曾经尝试的量子场论没有任何关系。
费米通过中子轰击而发现了新的放射性元素，以及发现了由慢中子产生的核反应，他因此而获得1938年诺贝尔奖。
1942年12月2日，费米研究组在芝加哥大学实验场实现了首次链式核反应。
由奥本海默为技术总负责的原子弹研制项目“曼哈顿工程”之所以能够赶在海森伯领导的纳粹原子弹研究组之前成功地研制出原子弹，也不是因为量子场论的指导，而是因为一个工程师的主意，将两块小于临界质量的浓缩铀包在普通炸药里，然后用普通炸弹的引信点燃炸药向心爆炸，将两块浓缩铀压缩成超过临界质量的一整块，于是原子弹成功爆炸。
所以，美国在与纳粹德国的核竞争中胜出，完全是由于费米和奥本海默以及他们领导的实验组出色的实验工作。
我不主张将核能用于军事目的。
我只是想以费米和奥本海默的故事说明他们在核能方面的成就和他们曾经尝试过的量子场论没有关系。
核能不仅能用于军事目的，也可以用在民用工业。
受控热核反应如果研究成功，将基本上解决能源危机。
我的直觉是，如果我们能发现更好的核材料或者核反应，很有可能率先实现受控热核反应，并在理论上敲开通向微观世界的一道大门。
汽车和飞机的发明成功，就是因为找到了新的燃料汽油。
如果用煤炭作燃料，是不可能研制成功汽车和飞机的。
核能的突破，也可能在于新的裂变巨变材料的发现，而不是如何束缚等离子体的技术问题。
费米和奥本海默逝世以后，国际主流理论物理逐渐产生了理论与实验的脱节，粒子物理研究也逐渐脱离核物理，转而追求大统一理论或最终的万能理论。
核物理中的许多理论问题无人过问。
比如说，为什么各种同位素的衰变寿命可以相差几十个数量级？
和核物理问题最为直接相关的就是同位素的稳定性，也就是粒子的寿命。
可是在粒子物理里面，粒子的寿命和质量这两个最重要的性质根本就被完全地排除在标准模型的对称性考虑之外。
不同家族的夸克的质量相差悬珠，寿命相差好多个数量级，毫无对称性可言。
又比如，为什么氦核如此稳定？
铀的不同同位素的比结合能相差微乎其微，可是铀238基本上是稳定的，而铀235和铀236却是裂变的。
为什么缺少两三个中子就立即裂变？
这是不是说明核结构存在某种晶体结构？
除了铀，鈈，钍以外，还有没有其他可用的甚至更好的裂变同位素和裂变反应？
除了氢同位素和锂以外，还有没有其他可用的核聚变材料和聚变反应？
在这方面我们没有做过系统的实验和理论研究。
整个理论物理学界的目光聚焦在粒子物理标准模型和万能理论的追求上。
聚焦在诺贝尔奖金上。
受控热核反应的研究停留在如何对等离子体进行约束的工程问题上面。
粒子物理与核物理完全脱节，当然也就与所有其他科学分支脱节。
与此形成鲜明对照的，是粒子物理为宇宙大爆炸的创造论和星象学背书，理论与实验同时并举大量投入，满世界寻找暗物质暗能量，占用了大量科研资金，使核物理研究几十年停滞不前。
对于粒子物理与核物理和其他学科脱节，国际物理学界有些感觉。
SSC的下马，标志着美国物理学界在开始觉醒。
俄国在实验高能物理方面的投资一直比较冷淡。
欧洲迟早也会觉醒。
在二次大战前后，理论物理是非常敏感的领域。
海森伯和波尔的私人会面都曾引起安全部门的注意。
上世纪五十年代美国的罗森堡曾经因为向苏联泄露科学情报被控叛国罪。
但是宣称能够揭示核子内部秘密的粒子物理而今已经成了毫无机密可言的国际合作项目。
由此可以看到，粒子物理对于国防和民用工业已经没有任何直接作用。
美国民间企业对粒子物理的支持早已锐减到零。
美俄两国政府不太会在粒子物理研究方面继续大量投入。
但是国际高能物理学界还会在相当长的时间内围绕着标准模型徘徊歧路，继续在目前的僵局泥潭中苦苦挣扎，直到整个社会对高能物理彻底失望为止。
这正是中国抢夺先机的历史机遇。
如果中国物理学界此时能够及时猛醒，改变一味追随国际潮流的传统，树立民族自信和主体思想，跳出20世纪理论物理的既定框架，跳出规范协变性的思维，放弃对“大统一理论”的星象学追求，回到物理现实，回到微观物理的入口—核物理和凝聚态物理，就一定会在理论物理中找到真正革命性的突破，引领国际物理学的潮流，使理论物理成为真正能够带动其他学科发展的基础科学，在国防（比如核反应堆的小型化和水面舰船的核能化），能源科学和民用工业（比如受控热核反应）上领先西方几十年，实现科技强国。
二）根据理论假设和结论的合理性对粒子物理标准模型的评估
学界同仁可能会说：
现代的粒子物理理论，是经过了半个世纪几代科学家的工作发展而来的，其中融进了几十个物理大师的贡献，怎么可能会全盘皆错？
粒子物理理论中固然有不少问题，有些问题可能还非常严重，但是也许以后会慢慢找到解决的办法。
还是跟着国际潮流比较稳妥。
可是等待是有代价的。
欧洲核子研究中心的巨额投资和美国大型对撞机的下马应该可以作为这种代价的量度。
何况要达到“大统一理论”所要求的加速器必须比太阳系还大，这种等待有希望吗？
对于中国，这种等待的代价还有没法用金钱衡量的东西，那就是千载难逢的在科学上超过西方的历史机遇。
理论物理的全部价值就在于：
其一，对其他物理学科和工程技术提供理论指导和切实可用的理论公式，推动科学技术的发展；
其二，在重大的转折关头通过严密的理论论证纠正科学上的方向错误，避免科研经费与科研人才的巨大浪费。
这第二个功能的意义决不下于第一个功能。
我们现在事实上就面临着这样的战略选择：
是继续跟着国际主流理论物理标准模型无穷尽地投入呢，还是停下来认真地审视一下这个理论体系，做一个世纪总结，从科学逻辑的严密性和实际可行性以及社会承受能力各个角度看看标准模型是不是值得我们倾全力继续投入庞大的经济和人力资源。
问题的症结在于，粒子物理标准模型现在的困难到底是沿着正确方向前进中的困难，还是系统性的结构性的方向错误？
它到底有没有前途？
我们在大量投入人力物力资源之前，能不能根据科学逻辑和科学理论对标准模型的理论体系和未来前景作出客观的前瞻性的评估，避免劳民伤财的大型项目和几十年的科研弯路？
我以为我们现在完全可以对粒子物理几十年的发展过程，理论结构，存在问题和未来前景作出结论性的评估。
以标准模型为代表的粒子物理理论至少存在以下一些根本的结构性问题：
1）无穷大发散问题。
这是一个困扰量子场论几十年的老问题。
在量子电动力学中，算是以重整化的办法勉强“解决”了。
但是谁都知道这个办法是存在根本问题的。
怎么可以从一个无穷大中减去一个无穷大来得到一个有穷大的结果和实验比较呢？
经典的拉格朗日函数在经典力学和经典量子力学里面工作得蛮好的，为什么到了量子场论里面就不干活，就不可测量，就无穷大发散呢？
粒子的质量是以非常精确的实验测量的，在经典物理里面和量子力学里面用的都是经典质量，量子场论的拉格朗日函数也是用经典质量写出来的，结果得到相对论无穷大发散的结果，这不证明这个理论根本就是错的吗？
奇怪的是，理论家们不去查找理论本身的错误（其实很简单，就是把相对论引进量子力学和二次量子化），反而怪罪经典质量。
于是将质量“重新定义”，把无穷大“定义”掉。
这样的操作有道理吗？
这种通过“重新定义”将无穷大定义掉的操作根本就不能称为数学操作，因为数学家根本就不能将无穷大定义为零。
所以理论家们为这种莫名其妙的操作取了一个听起来正当的名词“重整化”。
当时哥本哈根学界流行着一句话：
“仅仅因为它是无穷大并不意味着它等于零。
”（Justbecausesomethingisinfinitedoesnotmeanitiszero!
）如果经典的质量不是真正的质量，您为什么不可以一开始就用“物理上真实的”质量，而一定要拐一个无穷大的弯，从一个“物理上不真实”的经典的发散的质量开始您的理论，再煞有介事地“重新定义”一下，“重整化”一下，才能得到有穷的质量呢？
这种蛮不讲理的操作被有的物理学家讽刺为“将垃圾藏到地毯下面”。
仅仅因为对反常磁矩和蓝姆移动的计算结果符合实验数据，根本不足以建立我们对于重整化操作的信心。
可是重整化却被确立为量子场论的标准操作程序。
即使这样，也不是所有的系统都是可重整化的。
电子磁矩计算中的“泡利项”就不能重整化。
引力场就没有办法重整化。
2）夸克禁闭和电荷量子化问题。
在夸克模型里面，解决无穷大发散的办法是夸克禁闭。
只有两个或者三个不同的夸克组合在一起时才可以使正负无穷大互相抵消。
所以标准模型宣称单独的夸克是不可以测量的。
从认识论的角度审视，如果一个物理量原理上不可以被观测，我们如何知道它的存在？
那夸克和夸克模型岂不只是理论家的想象？
夸克模型要求三分之一和三分之二的电荷，可是我们从来没有测量到分数电荷。
这又是标准模型禁止夸克单独出现的另一个理由。
根据夸克模型发展出来的量子电动力学（QCD）预言质子会衰变，可是预言的衰变寿命与实际观测的差好多个数量级。
3）自发对称破缺机制。
规范对称性不允许任何粒子带有质量，这本身就说明规范协变性违背铁的物理事实。
理论家们宁可选择不允许粒子带有质量，也要顾全规范协变性，充分说明了主流物理学界的反科学实证主义思潮。
为了使粒子获得质量，于是希格斯等人发明了所谓“自发对称破缺”机制和上帝粒子，来使粒子们获得质量。
那世界到底本质上是对称的，还是不对称的？
这种以对称假定始，以对称破缺终的逻辑矛盾不正说明把对称性和协变性当作建立理论的基本原理是一个系统性的逻辑悖论吗？
如果所有基本粒子的质量都需要通过上帝粒子来获得，那上帝粒子自己的质量从何而来呢？
这岂不是数学化的创世纪？
自上世纪80年代以来，全世界不知花了多少亿美元探测上帝粒子，目的就是为了拯救标准模型。
欧洲核子研究中心的正负电子对撞机（LEP）在1990年至2000年寻找上帝粒子，未能找到。
美国费米实验室的Tevatron于1995年至2011年曾经认真地寻找上帝粒子，也没有找到。
按道理，这些结果至少应该和LHC2013年的结果具有同等的统计权重。
可是粒子物理学界的规矩是，凡是否定的结果都被认为是失败，只有肯定的结果才被认为是成功，才有可能获诺贝尔奖。
如果这次LHC寻找上帝粒子的结果是否定的，同样会被认为是失败，直到得到肯定的或近似肯定的结果才肯罢休。
这种选择性的“实验检验”其实不过是“实验拥护”。
选择性的实验拥护不仅不能独立检验理论的正确性，反而被用来为错误的理论保驾护航，误导科学发展的方向。
其实，就连LHC实验组自己都没有把握说他们已经找到了上帝粒子，希格斯机制居然就获得了诺贝尔奖。
这说明诺贝尔奖已经无法坚持严格的学术标准了。
4）共振态问题。
粒子动物园的两个明显特征,一是数量多,一是寿命短。
这么多的粒子,怎么可能都是基本粒子？
在原子物理和核物理中,人们能够检测到的粒子本来数量不多。
除了电子和质子以外，还有几个不太稳定的粒子（中子，介子）。
可是现在的“基本粒子”数目已经高达几百个，比原来的粒子数高出几十倍,而且还有继续增加的趋势。
原因就是，大多数所谓的粒子都是“共振态”,也就是散射截面能谱曲线上的峰值。
有些仅仅是非常小的隆起。
这些共振态“粒子”都没法直接观测。
将共振态当作粒子的唯一根据是相对论的质能关系式。
这是一个既没有经过宏观实验验证，也没有微观实验验证的关系式。
关于这点我在《论质能关系》中有详细的分析。
质量和能量根本就是完全不同的两个物理量，连量纲都不一样。
能量和质量有关，但不能互相转化。
将共振态当作粒子，是比黑洞理论还大的漏洞，因为整个粒子物理差不多就是为这些共振态编排现代版的河图洛书的事业。
即使经过这样的编排，标准模型里的基本粒子数还是多达62个（包括上帝粒子）。
这还不算超对称理论给粒子产量翻番的成果。
夸克到底有多少家族，也还没有定数。
这些共振态的共同特点是寿命极短。
上帝粒子的寿命不过10的负22次方秒。
如此短暂的寿命，怎么可能是基本粒子？
怎能承担使所有其他粒子获得质量的神圣任务？
上世纪六十年代，理论物理学界提出夸克模型和层子模型的共同目的，就是希望解决基本粒子不基本的问题，就是试图探索核子内部的结构，将核子和超子看成由一些更基本的元素（比如美国人的夸克或者中国人的层子）所组成。
不同模型都忽视了一个根本的问题，就是共振态到底是不是粒子的问题。
这个问题在我之前还没有人想到过。
现在提出来考虑也不迟。
如果这些能谱上的峰值根本就不是粒子，高能物理的漏洞就大了。
5）同位旋假定。
质子和中子是完全不同的粒子,一个稳定,一个衰变。
一个带电,一个不带电。
仅仅因为核子的半径大致和电荷无关,就把质子和中子看成是同位旋空间的两个状态是极不合道理的。
可是同位旋概念却被标准模型当作一条当然的原理推广。
“标准模型”假定存在一个“弱同位旋”等于1的“规范玻色子”,其本征态为W0，W,和W-，并假定光子和Z粒子是由B粒子和中性的W0粒子的线性组合。
把一个质量等于零的光子说成是两个有质量的玻色子的组合，完全违背部分小于整体的科学逻辑。
6）太多的自由参数。
粒子物理标准模型中的自由参数多达19个：
a）3个规范耦合参数。
b）希格斯机制里的两个参数—质量和汤川耦合系数；
c）6个夸克质量；
这里其实还有各种夸克质量为什么会有如此巨大差异的问题。
如果夸克的家族（味道）不止三个，参数还要增加。
d）3个轻子质量；
如果夸克家族的数目增加，轻子数也得增加。
e）3个混合角和一个CP-不守恒相位因子；
f）QCD的场耦合参数。
且不说标准模型的其他基本假定是否成立，单就如此之多的自由参数来衡量，标准模型的可信度也大成问题。
费米曾说：
“如果给我四个自由参数，我可以把任何实验数据拟合成一头大象。
如果给我第五个自由参数，我可以让大象的鼻子来回摆动。
”这么多的自由参数使得所谓的“实验证实”毫无意义。
这还不足以表达标准模型的自由度。
比这更大的自由是随便提出假定的自由，和增加内部维度（量子数）的自由。
标准模型中的许多重要假定和各种各样的量子数选择定则都是一些adhocmeasures。
7）弱电统一问题。
弱电统一标准模型只能处理电磁相互作用和弱相互作用同时存在的情形，可是却无法处理这两种相互作用单独存在的情形。
这太奇怪了。
按道理，只有单一作用存在的情形更为简单，应该更好处理。
只能处理复杂情形却不能处理单一作用的简单情形，能说是真正统一了两种相互作用吗？
这正如一种能治百病的灵丹妙药，只有得了一百种病并发的综合症时才有效，如果只生一种病反而无效了，这种灵丹还是妙药吗？
8）强相互作用理论预言与实验不符。
强相互作用理论是一个高度非线性的理论。
尤其是在低能量区，微扰理论根本没法用。
差不多所有的高次项都得保留，而且各项系数毫不相关。
量子色动力学（QCD）预言的mu介子衰变和质子衰变的半衰期，和实验结果相差好多个数量级。
强相互作用理论可以说焦头烂额，理论家们居然还煞有介事地谈论大统一理论甚至最终的万能理论，真是无稽之谈。
9）虚光子问题.费曼图中的虚光子概念从量子电动力学一直推广到弱电统一标准模型.在巴巴散射中的两种过程中的一种是“光子交换”,另一种是“正负电子对湮灭”.这两种过程中的虚光子有着完全不同的特性.在光子交换过程中的虚光子为“类空虚光子”,只有动量，没有能量,而且它的质量的平方居然是负数,也就是说.质量是虚数.相反,在正负电子对湮灭过程中的虚光子为“类时虚光子”,只有能量,没有动量,其质量的平方是正数.它们的共同点是:
都违背能量守恒定律.在这个微观尺度,经典物理学中最重要的理论被抛弃了.理论家们不须要遵守任何科学规律和定理,享有毫无约束的自由。
理论家们说，在这个尺度,不须要遵守物理定律。
自由当然是好的。
可是我们的自由不能超越大自然的物理规律。
10）实验检验的局限性。
高能物理唯一的实验手段是以加速器打靶的碰撞实验。
将理论计算结果与实验散射截面比较是对理论的唯一实验检验。
我们希望从这种比较中得到正确的相互作用哈密顿函数。
如果得到了满意的哈密顿函数，就认为理解了这种相互作用，或者说“统一了这种作用”。
可是，哈密顿函数和波函数是散射矩阵元的积分函数的一部分，而散射截面是定积分的数值。
要想通过定积分数值猜出积分函数的具体形式是不可能的事。
正如给定一个物体的体积无法决定物体的形状一样。
于是不得不以协变性作为基本原理对哈密顿函数和波函数的形式作出一些限制。
相对论协变性和规范协变性的要求其实就是出于这种无奈。
这种情形不仅不能说明协变性要求合理，反而说明想通过定积分数值猜出积分函数的具体形式之不合道理。
何况，即使强加了协变性假定，仍然无法确定相互作用的具体形式，只是猜想的范围小一些而已。
另一方面，要想仅凭对碰撞过程的测量了解一种相互作用力是不可能的事。
我们了解得最透彻的相互作用力是万有引力和电磁力。
即使以我们今天对引力和电磁力的透彻了解，要想设计一系列碰撞实验来得到万有引力定律和电磁相互作用的一系列定律都是不可能的。
我们不可能用碰撞实验得到开普勒三定律，库仑定律，安培定律和法拉第电磁感应定律。
指望仅凭碰撞实验就能了解核相互作用的秘密，并进而统一所有的相互作用，发现最终的万能理论，只是一种天真的愿望。
微观世界的奥秘决不是“某某粒子由某某粒子组成”这样简单朴素的问题。
万有引力作用是关于“某某粒子由某某粒子组成”的问题吗？
电磁相互作用是关于“某某粒子由某某粒子组成”的问题吗？
都不是。
核物理世界的秘密也决不会仅仅是“某某粒子由某某粒子组成”这样简单朴素的问题。
单凭碰撞实验，要想猜出微观核物理世界的秘密是不可能的。
化学是研究“某某粒子由某某粒子组成”的问题的。
但是，化学分析的手段能够得到化学反应相互作用（也就是电磁相互作用）的规律吗？
11）高能物理要求的加速器已经超过了社会所能承受的财政限度和工程能力。
要达到大统一理论的能量标度，加速器必须比太阳系还大。
即使全世界的所有财政收入全部拿来做加速器，技术上也做不到。
这说明所谓的“大统一理论”是一个永远不可能被实验检验的理论。
不能被实验检验的理论不是科学理论。
因为高能物理实验都是费时费钱的超大型项目，所以重复性非常低。
重复性低就意味着可靠性低。
加上高能物理实验本质上的间接性，使得许多实验验证非常不可靠。
还可以举出其他许多问题。
但是以上这些足够说明，现在的粒子理论标准模型存在着根本性的系统性的结构性的问题。
“标准模型”不仅现在不能给任何学科以理论指导，以后也不可能给予任何指导。
粒子物理标准模型欲求自身的自洽而不可得，遑论成为基础理论，成为最终的万能理论。
正如黑洞理论被霍金自己否定一样，标准模型最终被物理学界抛弃只是时间问题。
三）宏观理论物理的现状与未来
宏观理论物理已经完全被大爆炸宇宙学垄断。
所有的天体物理现象的分析都按照宇宙大爆炸理论进行解释。
新的大型的天体物理实验的目的就是为证实大爆炸理论提供证据。
黑洞的观测和暗物质探测之类的大型实验，全都是为大爆炸理论服务的实验。
大爆炸宇宙学存在着至少以下非常根本的问题：
1）极端地违反物质守恒与能量守恒定律。
宇宙大爆炸理论假定整个宇宙的全部质量和能
升级会员 