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不应该出现的电弱统一理论(1)肖和杨-米尔斯的数学推广

已有 2922 次阅读 2021-7-12 21:31 |个人分类:我思故我在|系统分类:科普集锦

       麦克斯韦的电磁理论统一了电现象和磁现象,这个理论一方面启发了爱因斯坦的狭义相对论,另一方面也使得规范不变性逐渐成为了物理学的核心思想。对于后者,这是一个漫长的故事,电弱统一理论是这个思想逐渐绽放后所盛开的最美丽的一朵花朵。

        在1950年前,由于重整化技术的发明,量子电动力学已经成为了一门可信的物理学理论。在这个理论中,规范不变性决定了光子是没有质量的,支配了电磁作用的动力学结构。虽然在这里,这种规范是一种简单的U(1)规范,但是它所起到的重要作用还是引起了很多人的关注。

        肖在1954年初,注意到了施温格的工作,尤其是U(1)规范作用。那个时候在考虑原子核中质子和中子的强作用的时候,SU(2)的数学结构早已经存在,所以肖很自然的就把规范原理推广到了SU(2)之上。肖把这个结果告诉了萨拉姆,但是他们都觉得没有意义。这里边的关键是,规范作用有一个特别的后果,就是传递相互作用的粒子是没有质量的。而在那个时候,除了光子,还没有发现没有质量的其他的粒子。

        从今天来看,这个工作就是一个很平常的工作,把已经有的数学结构进一步往前做了一个推广。从数学上,从U(1)推广到SU(2)之上的时候,里面有数学上的困难。问题在于那个时候很难把这个想法和真实的物理联系在一起。于是肖把他的工作写在了博士论文的工作中,一直都没有发表。

       从1948年开始,杨振宁同样被施温格的工作所吸引,特别是规范不变性原理。1953年杨振宁遇到了米尔斯,对于这个话题重新燃起了兴趣,并且做了计算。次年初,杨振宁对于SU(2)的规范不变性做了报告,引起了泡利的指责和不满。泡利也做了相关的计算,但是他认为这一切都是错的。杨振宁觉得这个工作还是很美丽的,所以没有在乎泡利的反对,在1954年10月把文章发表了出来。

       以上就是电弱统一理论的开端,当然这个开端肯定是不友好的。从今天来看,似乎很多东西都已经变得理所当然。但是那个时候,新的工作才刚刚开始。肖没有发表他的工作,杨振宁虽然发表了工作,但是也不清楚这些数学公式究竟意味着什么。

        这里边有一些非常有意思的东西。杨振宁和米尔斯的工作如果放在今天,能够发表么?如果能够发表,能够发表在什么样子的杂志上呢?标准模型的建立,特别是电弱统一理论的出现,存在一个不可思议的历史逻辑。即使到了今天,我们也清楚,粒子物理还没有找到最后的答案,仅仅是找到了一部分答案。

        我相信粒子物理学领域充斥着大量的没有价值的工作。有价值的新的理论也许被隐藏在哪个不知名的杂志之中,也可能无法发表出来。我们总是用已经存在的理解方式来理解我们解决问题的方式,这一点从来都没有变过。当这种认知模式被当下的杂志录取模式不断放大的时候,真正新颖有意义的工作可能会更加难以发表出来。

        电弱统一理论应该成为每个科学家仔细研读的案例,这个例子在科学的发展史中非比寻常,在很长的一段时间内,没有人相信这是对的,包括这个理论的创建者们。而在这个理论的发展中,那些参与者所遭到的指责和自我的怀疑虽然在真理发现以后烟消云散,但是当历史重新再来的时候,他们还会去做么?



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