楊振寧先生真的錯了!楊-米爾斯理論根本不能獲諾貝爾物理獎!


對於是否投入巨資建造正負電子加速器這個問題,爭論已不僅限於科研圈,吃瓜群眾們也已加入到這場如火如荼的討論中。反對建造加速器的物理學家楊振寧先生提出了七條反對理由,其中最著名的一條是他認為

高能物理(高能物理學又稱粒子物理學基本粒子物理學,是研究組成物質和射線的基本粒子以及它們之間相互作用的一個物理學分支。由於許多基本粒子在自然界的一般條件下不存在或不單獨出現,物理學家只有使用粒子加速器在高能相撞的條件下才能生產和研究它們,因此粒子物理學也被稱為高能物理學。)“盛宴已過”。讓人意外的是,很多人由此對楊振寧先生開始“由路轉粉”,這的確是一個始料不及的結果。隨著論戰的持續發酵,人們對楊先生的溢美之辭也開始升級,很多人已將楊先生與牛頓、愛因斯坦並列,被譽為唯一健在的物理學“大師”,一些人為楊先生的楊—米爾斯理論沒有獲得諾貝爾物理獎而憤憤不平。那麼,楊—米爾斯理論為什麼沒有獲得諾貝爾物理獎呢?

楊振寧先生真的錯了!楊-米爾斯理論根本不能獲諾貝爾物理獎!


答案非常簡單,因為楊—米爾斯理論的預言被實驗證偽!


是不是很驚訝?

我們來聊聊這個楊—米爾斯理論。

1954年,物理學家楊振寧和米爾斯合作創建了一個使用非阿貝爾李群描述基本粒子的行為的理論——楊—米爾斯(Yang-Mills)理論。 楊—米爾斯理論是現代規範場理論的基礎。除引力之外,其它三種基本作用力(強相互作用力、弱相互作用力和電磁力)都能用楊—米爾斯場描述。在20世紀60到70年代,在其他學者的共同努力下,引入了對稱性自發破缺與漸進自由的觀念,發展成今天的粒子標準模型理論。我們知道,粒子標準模型理論是量子力學的最高成就,可以說是現代量子力學的基石。

楊振寧先生真的錯了!楊-米爾斯理論根本不能獲諾貝爾物理獎!


粒子標準模型是一套描述強作用力、弱作用力及電磁作用力這三種基本力及組成所有物質的基本粒子的理論(因為沒有發現傳遞引力的引力粒子,所以標準模型無法解釋引力)。根據粒子標準模型,宇宙萬物都是由微小的粒子構成,組成物質的粒子稱為費米子,各種基本作用力也由粒子——玻色子來傳遞,這種信使粒子也稱為傳播子

標準模型包含共62種基本粒子。

膠子-強相互作用的媒介粒子,自旋為1,有8種。

光子-電磁相互作用的媒介粒子,自旋為1,只有1種。

W及Z玻色子-弱相互作用的媒介粒子,自旋為1,有3種。

引力子引力的媒介粒子,自旋為1,只有1種。

希格斯粒子,引導規範群的自發對稱性破缺,與費米子湯川耦合,是慣性質量的源頭。自旋為零,不帶電荷、色荷。只有1種。


質量的陷阱


根據楊-米爾斯理論,在

規範場論裡,為了滿足局域規範不變性,必須設定規範玻色子的質量為零;必須設定一些費米子,例如中微子的質量為零。原因很簡單,如果傳遞各種基本作用力的信使粒子——玻色子具有質量,那麼,這些傳遞各種基本作用力的粒子也將具有四大基本作用力,這帶來一個奇怪的結果,傳遞各種基本作用力的玻色子又發射和接收傳遞各種基本作用力的玻色子。結果是,物質之間傳播基本作用力的信使粒子——玻色子因為具有質量而向其他物質又發射信使粒子,這些信使粒子又因為具有質量而發射信使粒子,這樣下去永遠沒有盡頭,掉進一個無限循環論證的怪圈。如果玻色子具有了質量,發射信使粒子時會存在反作用力的問題,如果玻色子和一些費米子具有了質量,那麼構成粒子(物質)的規範粒子的總質量大於由其構成粒子的質量,這些都會造成邏輯和稱性的破壞,因此為對稱性所不允許。這就是粒子說的質量陷阱。因此,粒子標準模型必須假設傳播基本作用力的傳播子——玻色子和一些費米子沒有質量,這是理論邏輯自洽的基礎(這裡暫時不考慮沒有質量的粒子在邏輯上也不能自洽)。

楊振寧先生真的錯了!楊-米爾斯理論根本不能獲諾貝爾物理獎!


我們知道,實驗是檢驗真理的標準之一(另一個是客觀事實)。傳播基本作用力的信使粒子——玻色子是否具有質量呢?


反證


在1964年希格斯提出了對稱性自發破缺概念後,粒子學家們認為對稱性的自發破缺使得規範場的量子(粒子)獲得了質量。1968年,S•溫伯格、A•薩拉姆又在S•L•格拉肖的電弱統一模型基礎上建立了電弱統一的理論。電弱統一理論把弱相互作用和電磁作用統一成為同一種相互作用的不同表現形式,這種相互作用稱為電弱相互作用。理論引入了4種規範場,因此有4種規範粒子(每一種粒子擁有一個自己的場)。光子作為規範場的量子,靜質量為零,自旋為1,傳遞電磁作用;另外三種粒子W±玻色子、Z0玻色子質量都不等於零(請注意!),它們分別帶正電、負電和中性不帶電,它們傳遞弱作用力。電弱統一理論預言的中間玻色子W±、Z0具有質量的假設於1983年的實驗中得到“證實”。中間玻色子W±、Z0具有質量,這是對楊-米爾斯理論的第一次打擊。

楊振寧先生真的錯了!楊-米爾斯理論根本不能獲諾貝爾物理獎!


楊-米爾斯理論預言的沒有質量的中微子是否也具有質量呢?

20世紀初,物理學家們發現,物質β衰變過程中釋放出的由電子組成的β射線的能譜是連續的。電子只帶走了總能量的一部分,還有一部分能量失蹤了。這意味著β衰變過程中能量守恆定律失效了。1930年,物理學家泡利提出了一個假說,認為在β衰變過程中,除了電子之外,同時還有一種靜止質量為零、電中性、與光子有所不同的新粒子放射出去,帶走了另一部分能量,因此出現了能量虧損。這種粒子與物質的相互作用極弱,儀器很難探測得到。1931年,泡利將這種粒子命名為“中子”。1932年,真正的中子被發現後,意大利物理學家費米將泡利的“中子”正名為“中微子”。


按照粒子標準模型,粒子間的各種弱相互作用都會產生中微子。問題是,傳遞弱相互作用力的中間玻色子W±、Z0具有質量,那麼,中微子是否也應具有質量呢?

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地球上的中微子探測器多次顯示,探測到的電中微子數量低於理論模型的預言。中微子存在三種類型(電中微子、μ中微子與濤中微子),很多學者們認為,那些不見了的電中微子已震盪成為其它種類型,因此探測器無法或很難探測到它們。如果中微子發生振盪,那麼,按照量子力學定律,中微子必然具有質量。

1998年,日本超級神崗實驗以確鑿證據發現了中微子振盪現象。戶冢-梶田實驗團隊認為,數量比率的短缺是因為中微子振盪,即宇宙射線在地球大氣層因散射所產生的μ中微子,在經過地球內部的途中變型為τ中微子。這個發現證實了中微子振盪的現象,也證實了中微子具有質量。

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2001年,在加拿大物理學家麥克唐納的領導下,依據安大略省薩德伯裡中微子觀測站地下2100米的檢測設施的觀測結果,推論來自太陽的電中微子會因為中微子振盪機制變型為μ中微子和τ中微子。通過觀測到的中微子振盪證明中微子具有質量。麥克唐納與梶田隆章分享了2015年的諾貝爾物理學獎。

2002年,日本KamLAND實驗用反應堆證實太陽中微子振盪。

2003年,日本K2K實驗用粒子加速器證實大氣中微子振盪。

2006年,美國MINOS實驗進一步用加速器證實大氣中微子振盪。

楊振寧先生真的錯了!楊-米爾斯理論根本不能獲諾貝爾物理獎!


發現中微子具有質量的麥克唐納與梶田隆章獲得了諾貝爾物理學獎,預言中微子沒有質量的楊-米爾斯理論當然不會獲獎。事實上,獲不獲獎是一個小問題,麻煩的是,理論如果被證明是錯誤的,則意味著多年的努力前功盡棄。W±、Z0玻色子和中微子的質量必須為零是楊-米爾斯理論和規範場論邏輯自洽的前提條件。現在,實驗證明玻色子和中微子都具有質量,這意味著理論已經被實驗證偽,也就是說,楊-米爾斯理論和規範場論被證明是錯誤的理論。

一根繩子上的螞蚱

問題來了,有些人會說,原來楊振寧先生因為自己的理論被實驗證偽,才會宣稱高能物理學的“盛宴已過”。

這樣看問題只能說根本不懂量子力學。要知道,楊-米爾斯理論、

規範場論量子場論高能物理學(粒子物理學)、量子色動力學量子引力理論粒子標準模型理論都屬於量子力學的範疇,這些理論都是量子力學。用通俗的話講,這些理論都是一根繩子上的螞蚱。W±、Z0玻色子和中微子具有質量,在證偽楊-米爾斯理論、規範場論的同時,也證明所有基於粒子說的理論都是錯誤的,無一例外。因為無論是玻色子和費米子的質量是與生俱來的,還是通過所謂的希格斯機制(希格斯機制假定存在著一種稱為希格斯場的標量場遍佈於宇宙。藉著與希格斯場耦合,某些原本沒有質量的粒子可以獲得能量。其他粒子在這種粒子形成的場中游弋併產生慣性,根據質能關係式E=mc²,這就等於獲得質量。)而獲得,問題是,只要傳遞基本作用力的玻色子和屬於輕子的中微子具有質量,那麼,這些粒子將因為具有質量而具有了4大基本作用力。結果是,物質之間傳播基本作用力的信使粒子——玻色子因為具有質量而向其他物質發射信使粒子,這些信使粒子又因為具有質量而發射信使粒子,這就掉進一個無限循環論證的怪圈。因此,
只要傳遞基本作用力的玻色子具有質量,粒子標準模型理論就會崩潰

楊振寧先生真的錯了!楊-米爾斯理論根本不能獲諾貝爾物理獎!


還有,關於希格斯機制使粒子產生質量的問題,這種所謂的質量其實是一種動量,而不是所謂的“靜態質量”,需要通過所謂的質能關係式獲得質量。我們知道,E=mc²是能量=質量×光速,需要質量和運動速度才能計算。但是,基本粒子沒有質量,

缺了質量這一項(事實上,速度也缺乏邏輯支持),質能公式E=mc²無法計算。因此,這個所謂的希格斯機制在邏輯根本無法自洽。


迷途


但是,粒子標準模型並沒有因此崩潰,楊-米爾斯理論和規範場論也沒有因此而崩潰,事實上,沒有任何一個量子理論被認為是錯誤的。正如英國著名科學讀物專業作家約翰•格里賓(John Gribbin)對量子力學的總結:“許多量子學家設計一些實驗並不是為了解釋疑惑,而是想告訴眾人量子力學的本質就是奇異性的。他們認為量子理論最顯著的特徵之一就是存在著許多關於這種存在‘究竟意味著什麼的’的不同解釋。就其哲學基礎而言,這些解釋之間大多是相互矛盾的。量子理論看起來對許多相互之間相互排斥的解釋都是允許的。就像在實驗中光子同時通過雙孔(雙縫)一樣,在某種意義上,所有的解釋都是正確的,有一些物理學家並不試圖說明哪一些解釋是正確的,而是建議我們從各種不同的解釋中多少了解了解一下量子世界,將所有的觀點都考慮進去,將其看成各種可能的疊加。事實上你可能會發現有少數物理學家(這些人根本就不願意去思考這些事情)頑固地堅持一種觀念,那就是他們所喜歡的那種解釋才是正確的,而其他的解釋‘顯然’都是錯誤的。”[約翰•格里賓:《尋找薛定諤的貓》,海南出版社,2009年2月第2版,第354頁] 量子力學是一個大雜燴,每一個理論都被認為是正確的,每一個理論又都不能自洽;每種理論都可以代表量子力學,每種理論又不是量子力學的全部。一個理論只針對某個特定的問題,看起來好像解決了。但是,當把不同的理論放在一起就會發現,對同一個問題的解釋是不同的,甚至是矛盾的和尖銳對立的。事實上,量子力學只是一堆互不相容的理論的混合體,這些理論互不相容,無法構成一個完整統一的理論體系,甚至可以說並不存在一個統一的量子力學這樣一個理論。


粒子學家們認為,量子理論的混亂狀況“真實”地反映了微觀世界的混亂狀況,這些不能自洽的理論被認為是反映了微觀世界本身的奇異性。事實上,這些辯解根本站不住腳,我們身處的客觀世界並沒有顯示出任何奇異性(物理理論存在的意義在於自洽地解釋這些客觀現象)!粒子標準模型中的絕大部分所謂的粒子在自然界中並不存在,用客觀世界中並不存在的粒子描述客觀世界和刻舟求劍一樣可笑。事實證明,脫離客觀現實的理論描述的世界和我們身處的客觀世界完全無關!但是,人性的弱點造成沒有幾個人敢於承認這一事實,沒有人敢於想象量子力學是一條錯誤的探索道路。

科學是一個不斷試錯的過程。一條道路不通,還有無數條道路可供選擇;一個理論失敗,;我們還有其他理論。描述微觀世界的理論有認為量子是粒子的量子力學,有認為量子是波的經典量子理論和認為量子是弦的弦理論。量子力學窮途末路,我們還有弦理論;弦理論被證明是錯誤的理論,我們還有經典物理學的量子理論。我們終將找到能夠自洽解釋客觀世界的正確理論。因此,證明其中一個理論是錯誤的理論,恰恰讓我們更接近真理。

正如愛因斯坦的名言:發現一條道路的錯誤,是對科學最大的貢獻。

楊振寧先生真的錯了!楊-米爾斯理論根本不能獲諾貝爾物理獎!


我們現在可以理解楊振寧先生說“盛宴已過”這句話了吧!理解他說“我懂高能物理,我認為你不要走這個方向!” 這句話的真正含義了吧!

量子力學經過一個多世紀的發展,不同的理論和解釋層出不窮,各個理論疊床架屋,層層疊疊,已經非常複雜,正所謂大而不倒。讓一個人承認錯誤容易,讓一群人承認錯誤那比登天還難,這是人性的一大弱點。對此,普朗克早有洞察。他總結道:一個新的科學真理照例不能說用說服對手,等他們表示意見說“得益非淺”這個辦法來實行。恰恰相反,只能等到對手們漸漸死亡,使得新的一代開始熟悉真理時才能貫徹。這就是普朗克定律。面對目前的困局,楊先生勇敢地站出來指出問題,否定自己一生的努力,這種勇敢需要超人的勇氣。楊先生這種敢於自我否定、知錯能改的精神非常難能可貴,值得所有人尊敬!!!

先賢們幾千年積攢下來的思想成果滋養了我們的智慧,他們點亮了一個又一個燈塔,指引著人類的發展方向。沒有人的觀點全部正確,也沒有人的觀點一無是處。有些觀點後來被事實證明是一個個錯誤,那也是他們在錯誤的地方樹立起了一個個指引正確航道的航標燈。

尤瓦爾•赫拉利指出:"尊重知識、聽取學者意見很好,但發展到崇拜任何人的程度都很危險,包括崇拜學者。一個人一旦被推崇為先知或權威,他(她)自己都可能信以為真,進而變得驕傲自大,甚至陷入瘋狂。對追隨者而言,一旦他們信奉某人為權威,便會自我設限,停止努力,只期待著偶像來告訴他們全部問題的答案和解決方法。即使答案是錯誤的、方法是糟糕的,他們也會通盤接受。"

真正的科學精神是理性、懷疑、批評和實證。我們應當時刻提醒自己,批判性思維是我們避免誤入歧途的重要保證。我們身處在同一個宇宙,所以,我們只需要一種可以解析所有疑惑的物理理論,這個物理理論必須沒有邏輯矛盾和邏輯缺陷,可以完美的描述我們這個宇宙的運作細節,並以此為基礎展望宇宙的未來。真相總是樸實的,真理總是簡潔的。有時,對有些問題,我們並不缺乏揭示真相的能力,更多的時候我們缺乏的是面對事實的勇氣。


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