“遺憾”的嘆息

———2004諾貝爾物理學獎的反思

■ 華輔

　　2004年10月5日，瑞典皇家科學院宣布美國物理學家格羅斯（David J. Gross）、波利策（H. David Politzer）、維爾切克（Frank Wilczek）因為發現在基本粒子之間的強相互作用理論中的“漸進自由”現象，而榮獲今年的諾貝爾物理學獎。

　　本來今年的諾貝爾獎確如楊振寧教授所說，“是眾望所歸”，大家都心悅誠服。作為20世紀物理學在高能物理研究領域的最高豐碑———標準模型的各個部分均獲得了諾貝爾物理學獎。例如，描寫弱電相互作用統一理論的創建者———格拉肖（Sheldon Glashow）、薩拉姆（Abdus Salam）、溫柏格（Steven Weinberg）獲得了1979年的諾貝爾物理學獎，發現弱電統一理論預言的粒子和Z0粒子的魯比亞（Carlo Rubbia）、范德梅爾（Simon Vander Meer）獲得了1984年的諾貝爾物理學獎；關於標準模型的基本理論框架———楊—米爾斯理論的可重整化問題（這個問題的解決使得楊—米爾斯理論真正成為可精確計算的理論），特·胡夫特（Gerardus ’tHooft）和維爾特曼（Martinus J. G. Veltman）獲得了1999年的諾貝爾物理學獎；至於標準模型的物質結構的載體———夸克模型的奠基人蓋爾曼（Murray Gell Mann），則早在1969年就獲得了諾貝爾物理學獎，其後在夸克模型的完善和發展中有重大貢獻的里克特（Burton Richter）、丁肇中（Samuel Chao Chung Ting）獲得1976年的諾貝爾物理學獎，弗里德曼（Jerome I. Friedman）、肯德爾（Henry W. Kendall）、泰勒（Richard E. Taylor）獲得了1990年的諾貝爾物理學獎，等等。

　　“冠蓋滿京華，斯人獨憔悴。”唯獨標準模型的重要組成部分———描寫夸克之間相互作用的量子色動力學（Quantum Chromo Dynamics，簡稱QCD），遲遲沒有得到諾貝爾獎金的垂顧。1973年，當時在普林斯頓大學任教的格羅斯教授和他的研究生維爾切克，以及當時在哈佛大學就學的波利策，各自獨立地在楊—米爾斯理論的優美框架中建立起描寫夸克之間強相互作用的理論———QCD。這個理論物理學家創造的美玉無瑕的對稱性的藝術珍品，逐漸得到了越來越充分的實驗資料的支持，尤其是這個理論能夠圓滿地解釋實驗發現的特別奇怪的現象，所謂“漸進自由”的現象，以致這個理論逐漸在當時眾多的描寫強相互作用的各種理論的競爭中，升格為強相互作用理論的最有可能的候選者。直到20世紀90年代以後，在經受更多的實驗考驗後，物理學家終於認為QCD確實是描寫強相互作用的可靠理論。

　　在這種情況下，難道QCD理論獲得諾貝爾物理學獎不是順理成章的嗎？不是眾望所歸嗎？最近，麻省理工學院（Massachusetts Institute of Technology）在慶賀今年的諾貝爾物理學獎的時候，目前在該校任教的維爾切克（順便說說格羅斯在加利福尼亞大學，聖·巴巴拉分校任教；波利策在加州理工學院任教）半莊半諧地說，這幾年每到10月初，金秋時節的晚上，他都在靜候瑞典科學院的電話，一直是信息全無。唯獨今年的10月4號的晚上，他去洗澡的時候，電話鈴聲大作。當他匆忙拿起電話，好消息終於從大西洋彼岸傳來。此時，他才發現他的身上還濕漉漉的。

　　然而，當我從報紙上讀到我國頗負盛名的某公，對今年的諾貝爾物理學獎的評價時，頓時一種無可奈何的悲哀由衷而起。誠然，我從另外的報道知悉，某公確曾非常正確地指出，一個重大科研成果的獲得是需要充分的工作積累，是需要漫長的歲月考驗。但他居然奇怪地發出感慨，“感覺非常之遺憾”，“在這個領域裡，我們的研究曾早於美國，成果也非常接近最後的結果。”（均見中新網10月18日電）。更加駭人聽聞的是，報道的標題是《“夸克”理論早西方近30年》。悲哀之餘，不由不對某公的“遺憾”，發出幾聲深深的嘆息。

　　懂一點科技史的人都知道，夸克模型是蓋爾曼和以色列科學家茨維格（G.Zweig）在1964年提出的，夸克（quarks）一詞就是蓋爾曼命名的。“早於西方近30年”，就是說我們中國人早在20世紀30年代就提出了類似於夸克模型的理論，豈非荒天下之大謬麼？我相信這並非某公之原意，絕對是新聞媒體的誤傳。我希望，此類誤傳最好少一點，因為這一方面會有損被訪問者的形象，另一方面更重要的是，謬種流傳，有損國格，誤導青年。

　　我想要指出的是，我國在高能領域，由於種種條件的限制，極少有研究早於美國。我國曾在1962年在著名學者朱洪元、胡寧的領導下，成立了北京基本粒子小組。在1965年，完成了關於“層子”（straton）模型的諸多論文。並在1966年的國內中文雜誌上發表（1980年才用英文發表）。這些工作曾在北京某次國際粒子物理討論會與國外學者交流獲得好評，這是我們在高能物理研究上一個值得稱讚的亮點。這些工作，例如關於層子作用的相對論效應的探討，關於層子是真實存在的亞強子粒子的理念，在當時國際學術界是頗有見地的。然而，層子模型的提出已經比夸克模型晚了一年，其基本的數學結構與夸克模型一致，而夸克模型的數學基礎是來源於蓋爾曼在1961年和以色列的物理學家提出的“八重法”（eight fold way）。夸克模型正是在“八重法”正確預言了兩種基本粒子的捷報後成功建立的。因此，無論如何，我們不能自詡“率先的提出夸克模型”。

　　更加重要的是，層子模型利用的是傳統的量子場論如束縛態場論、複合量子場論等等，根本不可能解釋所謂漸進自由等特殊現象。北京粒子物理組非常可惜地在1966年“文化大革命”的鬧劇中解散了。歷史不能重演，我們難以預料，如果這個組繼續存在下去，他們會不會沿着這條道路走下去。無可辯駁的事實是，這條道路是一條錯誤的道路。還是楊振寧先生說得好，“中國早有研究可惜走錯了方向”。因為QCD是在楊—米爾斯理論（也可以叫非阿貝爾規範場論）的框架內，人們建立的一種嶄新的理論。用楊先生的話來說，這個理論與北京基本粒子物理組當時所利用的場論方法是迥然不同的，“發展在另一個方向上”，非但不可能與“最後的結果”趨近，反而是南轅北轍，越來越遠離QCD所給出的物理圖像。這就是儘管層子模型與夸克模型問世的時間相差並不大，何以“層子模型後來就沒有人講了”的原因。實際上，有人指出在文革以後我國的高能物理研究剛剛重新起步的時候，頗有研究工作者，難於接受QCD理論的基本理念，甚至說，為什麼所有的相互作用都要遵從規範場原理（即楊—米爾斯理論），這難道不是唯心的先驗論嗎？當時QCD理論還未得到實驗資料的充分支持，這樣的懷疑當然是可以的。但是這不正好也證明了當時我國有些研究工作者，在楊先生所說的那一條錯路上走得很遠了，以致達到迷途難返的地步。當然大部分的研究者都很快掌握了QCD的理論武器，從事有關領域的研究，取得了許多令人稱道的成果。

　　也許還應談一點關於“顏色自由度”的問題。國際上一般認為提出這個概念的是美國普林斯頓大學格林伯克（W. Greenberg）與韓（J. Han）、南部（Y. Nambu）。其實，與此同時，在層子模型的研究中我國中國科學技術大學的學者劉耀陽先生也提出了類似的概念，國際上就很少人知道了。這一點自然是不夠公道的。這些學者早期討論顏色自由度或雙重統計，都是從統計學的角度提出此類概念的。實際上“顏色自由度”這個名詞最早是蓋爾曼在1972年引入的，此時的“顏色”除了統計上的含義以外，實際上成為爾後相互作用理論的基本出發點（用數學的語言就是說，基本表示）。這樣看來，說中國人“當時提出的關於顏色的概念已經很接近最後的結果”，不無道理。但是，終究有點誇張。

　　中國的科學家在微觀領域的研究中，曾經有非常光榮的紀錄。早在上個世紀三四十年代，中國傑出的科學家吳有訓（在測量普朗克常數方面）、趙忠堯（關於正電子的發現）、王淦昌（關於中子和中微子的發現）等等，都曾與諾貝爾物理學獎失之交臂。至於解放以後，我們在人工胰島素的研究領域一直居世界領先地位，只是由於種種原因沒有獲得諾貝爾獎。1988年，在我國成功研製出基因重組人工胰島素，瑞典皇家科學院原諾貝爾獎評審委員會化學組主席教授蒂塞劉斯對此給予了很高評價：“你們可以從教科書中知道怎麼造原子彈，但是你們絕不可能從教科書中學會人工合成胰島素”。這些都是我們應該引以自豪的。

但是，無論如何，科學是探求真理的崇高的事業，其中是來不得半點虛假和浮躁的。尤其是不能用自誇和浮躁的“豪言壯語”來遮蓋我們的視線，自欺欺人，冒充愛國主義。由於我們的國情：起點低，設備條件較差，缺乏深厚的科學傳統等等，不可否認的是，我們在眾多的科學領域還顯得相對的落後。為此，我們必須奮發圖強，腳踏實地，實事求是，迎頭趕上。知恥近乎勇，首先應該敢於面對現實，這才可以真正的張揚我們民族正氣，從而邁向趕上或超過國際先進的科學水平的征程。浮躁，妄自尊大，是當前科學界必須要遏制的腐敗的學術風氣。在這方面，年高德劭的老一輩的科學家和風華正茂的年輕的科學工作者都需要共同努力，把這一股浮而不實、誇誇其談、吹牛皮說大話的腐朽作風，在中華大地上滌盪乾淨。