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和 Higgs 粒子和中微子相關的灌水帖(1)

(2012-01-03 13:33:48) 下一個
是在另一壇子灌水灌的。原本計劃寥寥數行的,沒料到別人一慫,加上俺說話一直以羅嗦著稱,所以狠是出乎俺的意料地,帖子拉得很長,至今也沒有完工。已經好幾萬拜特了呢。因為原來就沒打算碼個長帖,一般是滑一步碼一帖,所以整體上看,俺根本就沒有任何規劃任何提綱,顯得雜亂無章,盡管局部上看,那組灌水帖還是有脈絡可尋的。

之前留言說是貼個“科普”灌水帖,現在回頭一想,不禁冷汗淋 桂林漓,因為若將“科普”作為動詞的話,那這個動詞的賓語即使不會怒斥俺,也會在心裏對俺表示不屑......據俺所知,這裏還是有些科學家的,可能有些還很著名,例如較為熟悉的老會員中,小快是數學家,阿胖是物理學家,等,就連不太熟悉的 biol1 也是化學家,隻是暫時沒有得到諾貝爾獎而已......也就是說,俺帖子中碼得不對的地方肯定會有人指出,讓俺受益。畢竟俺還不算很老,對學知識還沒有生厭倦 (這可能是俺唯一的優秀品質,嗬嗬)。這個可能是俺在此拷貝水帖的第一個目的吧。

另一目的,大約也是給那些曾經喜歡過 science 的朋友帶來些溫馨的回憶。

以下內容基本上是拷貝,但可能刪除了某些貌似不宜貼出的內容,例如涉及他人信息的句子等。另外原則上俺不準備拷貝他人的帖子。再者,如果有時間,俺準備相應麻子等人的號召,加入一些八卦內容。

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此壇能給樓主評論的人估計不會很多。俺自告奮勇說幾句,不對的請批評:)

1) 別那麽簡單地否認因果律。之前關於量子力學的物理解釋,以愛因斯坦為首的的“決定論”陣營和以波爾為首的“概率統計解釋”陣營爭鬥了半個世紀,雖然表麵上 是波爾占上風,實際上勝負未分,因為愛因斯坦陣營沒法對量子力學給出一個邏輯上很自洽的決定論解釋,但是這更像是技術上的困難,而不是對決定論的證偽。事實上波爾陣營從來就沒有也不能證明決定論是錯誤的。量子力學的主要奠基人薛定愕等其實恰恰是愛因斯坦陣營的主將。

2) “是先有了物質還是先有了物理定律” ---- 這話聽著別扭。物質是物理研究的對象,定律是一種表述,兩者屬於不同的概念範疇,放在一起顯得不倫不類。物質,大約好理解點 (盡管從物理角度而言,什麽是物質,也不是那麽容易說情的),這裏略說幾句定律。什麽是定律?定律稱為 Law,也就是能普遍接受認同的規律。從邏輯角度而言,定律的正確性是不能得以保證的,它屬於歸納推理的產物,而非演繹推理的產物。科學的核心其實是演繹 推理,盡管歸納推理也是主要的方法之一。從哲學上的邏輯角度而言,演繹是更本質的東西,它是先驗於數學、科學而存在的東西 (通俗地講,就是數學依賴於演繹邏輯但是演繹邏輯不依賴於數學而存在),歸納推理本身更像一種方法論。

舉個例子。牛頓三大運動定律、萬有 引力定律。牛頓運動定律、萬有引力定律從邏輯角度而言,其正確性並不能得以保證。人們之所以認為它是正確的,是因為其對概念的清晰的表述、內容之“合理” 以及能接受實驗以及物理觀測得檢驗。與此對應的,愛因斯坦的狹義相對論則更像“定理”而不是“定律”,因為狹義相對論能從協變原理(等效原理)和光速不變 原理兩個假設出發用數學演繹方法嚴格推導出來,所以狹義相對論永遠是對的,除非其假設不對。量子力學更像是“定律”而非“定理”。沒有人能夠從合理的假設 出發去演繹地證明波函數必須滿足薛定愕波動方程,對不對?從這個角度而言,波爾陣營是不能贏得愛因斯坦陣營的。

當然,隨著人們對事物認識的深入,有些“定律”其實可以當作“定理”的。例如,阿基米德浮力定律。西西裏島國裏的阿基米德盡管發現、歸納出了浮力定律,但 是他是知其然但本質上不知其所以然的,他沒法從演繹上給出證明。但是隨著數學和科學的發展,人們逐漸發現,借助於微積分技術特別是麵積分/體積分的 Stokes 定理,在非常合理的假設下能從數學手段導出阿基米德浮力定律。

回到 LZ 的帖子。什麽是物質?或者問個更細更具體的問題,什麽是質量?質量這個概念,如同時間、空間一樣,太司空見慣了,以至人們很少 (當然也很難) 去思考它們到底是什麽意思。根據現代物理學的觀點,質量的來源是標準模型 (量子場論的標準模型,亦即 基於李群的 SU(3) x SU(2) x U(1) 模型) 中的 西格斯 (Higgs) 粒子.Higgs 粒子是標準模型預言的規範波色子,可惜目前沒有找到它,而且按照目前的情形,Higgs 粒子估計不存在 (因為,舉例來說,歐洲已經搜遍了 95% 以上的能區,都沒有找到這種號稱上帝粒子的基本粒子)。所以說,什麽是質量?鬼知道:)

沒料到一個比較純粹的詩版居然有不少會員留言,那俺這個1/4吊子就撿幾個句子海闊天空一番。我習慣討論比較具體的問題,不習慣討論非常抽象的大問題,例 如像宇宙和佛文化之間的聯係、量子力學和中醫之間的聯係區別,就超出我的能力和興趣了,所以這樣的大話題留給有興趣的人討論,俺在一旁給大家倒茶助興,但是不會做筆記......

鑒於這是詩壇,所以俺盡量避免 scientific 術語,力求通俗易懂。俺當年無須舞弊也能通過物理和數學的考試,可見俺不是那種蠢到極點的人;不過俺非這方麵的科班,說得不對的地方請大家批評指正。

抽點時間來灌水一桶,從最簡單的說起。
-----嚐在另一壇上見一猛帖,稱相對論為二十世紀人類最大的騙局,也有不少人認為言之有據。-----

無須任何解釋,說相對論是騙局的人是傻瓜。那些人估計是凱迪社區開心科普版像“橫豎有理”、“無窮探索者”那樣的民科 (稱那幾位為民科其實還算褒獎了)。這些人無知而且缺乏理性,主要的樂趣就是希望這個世界突然混亂起來,因為他們可以幻想自己能在混亂之中分得一杯羹。

我猜這些人之所以這樣猖狂地說些無知話,可能是前不久歐洲 CERN 所屬的 OPERA 宣布發現了真空中超光速運行的中微子。因為中微子基本上肯定有非零的靜止質量 (因為存在中微子振蕩),根據狹義相對論,它們不可能以超過光速的速度存在,盡管實驗結果表明中微子的速度隻超過光速的幾百萬分之一。

當然,知道狹義相對論的同學們應該明白,基本上有靜止質量的中微子以超光速運動會帶來嚴重後果。這個實驗如果能被證實 (reproducible),那麽它能引發一場物理上的革命,這場革命估計能和百年前 (more than 100 年其實) 的邁克爾遜-莫雷實驗 相提並論。大家知道,邁克爾遜-莫雷實驗直接導致了狹義相對論的誕生。為什麽呢?因為狹義相對論必須得修正,而狹義相對論是現代物理學最重要的兩塊基石之 一 (另一塊是樓主所言的量子力學)。除了這兩塊基石之外,第三塊可以稱為基石的,是楊-米爾斯規範場論,它是量子場論的根基。上世紀最後的幾項重大的物理學 進展,例如弱電統一理論、標準模型等,都是建立在楊-米爾斯規範場論基礎上的。熟悉物理的人都知道,這個楊就是現在在清華腐敗的楊振寧。

現在物理學幾十年並無本質上的重大進展,但是現在物理這貌似平靜得天空上飄有兩塊烏雲,正如百年前 (其實是 110 多年前,為了表述方便,這裏簡略說成百年前,下同) 看似完美的經典物理學上空飄有兩塊烏雲 (黑體輻射,以及邁克爾遜-莫雷實驗) 一樣,有可能會爆發物理革命。黑體輻射災難導致了量子力學,邁克爾遜-莫雷實驗導致了狹義相對論,這是大家知道的。上世紀的文明主要是量子力學和狹義相對 論 (特別是量子力學) 所推動的。

現在物理上空的兩塊烏雲是什麽呢?第一塊,就是 Higgs 粒子 不能被發現;第二塊,就是可能存在靜止質量非0的以超光速運行的粒子 (例如最近的中微子實驗)。

當然,大家不必驚慌。首先,這兩塊烏雲是否真烏雲,還有待進一步證實。其次,就算它們是真烏雲,它們對物理學的衝擊也不會像百年前的那兩塊烏雲那麽厲害。 這個幾乎是肯定的。百年前的那兩朵烏雲,衝擊的不光是物理學本身,而且還衝擊著人們的思維和觀念,那種衝擊簡直是對人類直覺的嚴重破壞。現在人們對新觀念 的接納、所用的數學工具的發達,並非百年前可以相提並論。

略加幾個字說說百年前量子論和狹義相對論對人們思維觀念的衝擊。更具體點,就量 子論而言,自牛頓和萊布尼茲 (特別是牛頓) 創立了微積分以來,人們理所當然地認為咱們的物理世界是連續的,而且微積分也基本上要求如此 (略帶點專業術語,如果拋開以後發展起來的、拓廣了的新積分技術,亦即實分析中基於勒貝格測度的積分,那麽大致上微分要求光滑,積分則要求連續),那麽整 個經典物理學那個龐大體係,從牛頓力學到牛頓力學形式上的拓廣:拉格朗日和哈密頓體係,再到麥科斯韋的電磁方程,再到波爾茲曼的統計物理等等,都是建立在 “連續”這個數學體係基礎上的。當然,學理科的人理解這個衝擊或許不難,像雪妙子這樣的文史哲大牛就不一定能理解得透徹。量子論的開山祖師普朗克爺爺最終成為反量子論的大將,根源就在於他老人家不能忍受對連續的背叛,因為那相當於對他靈魂的煎熬。至於狹義相對論對思維觀念的衝擊,這裏大部分人 (絕大部分人) 肯定都能領會到。如果說量子力學 (包括隨後發展起來的量子場論) 需要一些高深的數學外,那麽狹義相對論則幾乎不需要什麽特別的數學,初等數學就夠了。作為曾經的課外興趣小組活動,我們在高中時代就能開始這方麵的“研 究” (別笑話,俺這裏打了個引號。不過我至今還記得當時我得到的一個結果:在假設孤立係統裏能量守恒、物體質量是速度的因變量的前提下推證了電荷和速度、質量無關。也就是說,即使我假設電荷是速度和質量的因變量,電荷對速度的偏導數是零)。比如說,你能想象兩列對開的火車,假設相對靜止於地麵的你的速度均為 25萬公裏/秒,那麽列車A上的張三觀測到列車B的速度居然不是50萬公裏/秒麽?你能接受原來時間和空間並非原來的鳥不相幹而是不得不耦合在一起麽?你 能想象假設光子有思維的話它們竟然不會有時間流逝這個概念麽,等等。所以盡管像不世的大數學家龐加萊等早就知道時空得如何去耦合如何去變換,但是他們始終 不能去解釋。

等下再說說“現在的兩朵烏雲”。現在寫累了,嗬嗬得休息休息一下。如果有人對這些感興趣,俺就接著碼,否則就算了。如果接著碼,俺計劃就樓上各位的帖子扯南山蓋北海胡說八道一番:)
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評論
臥看明河 回複 悄悄話 那就變換成量子詩壇,豈不更好,也對稱~~
紫色王家 回複 悄悄話 詩壇量子,頗有些在橋牌選手麵前說田徑、在田徑選手麵前談橋牌一樣,555555555555:)

臥看明河 回複 悄悄話 哪裏是行家,是喜歡“詩壇量子學”~~

那就把兩朵烏雲從天邊喚來一看?
紫色王家 回複 悄悄話 看來遇到行家了,不枉我一番辛苦整理帖子:)
臥看明河 回複 悄悄話 詩壇詠量子,文城弄雙雲,妙哉

最近和頂級物理實驗室的朋友侃,據說最近發現的希格斯粒子和中微子超光速,皆因CERN沒有錢了,需要吸引眼球來籌款。物理學界的普遍態度是,Higgs的實驗太牽強隻有25%的數據可靠性,而neutrino的實驗,基本可以肯定是標度的誤差~~
紫色王家 回複 悄悄話 直接暈了,我可不是物理科班,這難道不是科普?
雄鷹展翅 回複 悄悄話 太難了!這不是科普,這是物理學術論文。
有才,那不是一般的有才。
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