紫荊棘鳥：說說毛粒子和前進子

送交者: 紫荊棘鳥 2012年05月29日09:13:34 於 [教育學術] 發送悄悄話

說說“毛粒子”和“前進子”                              ——評趙蓓教授“湖湘文化中的科學理性”的一個觀點 　　 　　先說幾句： 　　 　　1）本文有些科技詞彙，不喜請略過；原文是在論壇臨屏灌水灌來的。 　　 　　2）本文是在胡漁轉貼的文章“湖湘文化中的科學理性”留言基礎上改寫的。文章的作者是趙蓓，據轉載的胡漁說是“馬克思主義學院”的某位教授或者副教授。 　　 　　3）通常我不太喜歡評論那些不太容易證明或者證偽的結論/觀點，即使我很贊同或者不同意文章的觀點。這是因為，對不太容易證明或者證偽的觀點進行評論是很難有結果的，所以這基本上是在浪費時間。趙蓓這篇文章就是這樣，儘管是精華文章，並且在首頁放置了很長時間，但是這篇文章實在是寫得不怎麼樣，除非趙蓓是隨手作為茶餘酒後的談資而寫的。比如說，文章的標題是“科學理性”，但是內容卻改成了“科技”，而且基本上是在寫技術，很少看到科學的影子，文章標題和內容脫節。也許文章的觀點在例證“經世致用的工具主義”，但是也許只有馬克思主義學院的“教授”才會浮想聯翩將“經世致用的工具主義”去刻意烙上科學的印痕，畢竟，誰也不能證明這種聯想有什麼不對。 　　 　　文章着墨最多的是毛澤東。毛主席本人對中國科學的影響之大自然不言而喻，但是這種影響，無論是正面的（例如原子彈的研製）還是負面的（例如文革，例如我下文裡即將要說的“故事”），基本上是因為毛主席本人在政治和權力中的地位，而不是因為毛主席有過人的“科學理性”——即使他老人家有，這和他的權力和地位相比，其影響也是微不足道的。何況從趙的文章來看，毛主席哪裡有科學理性？我看到的倒更像是“科學感性”，這種感性更像是一位浪漫主義詩人試圖涉足高能物理、因為浮想聯翩而產生的某種很樸素的觀點。 　　 　　好了，湖湘文化中是不是有很多的“科學理性”略去不談，這裡我只說一些和趙蓓文章相關的幾個“故事”，大家看看趙蓓副教授的文章是不是在亂寫一氣，反正我覺得他在亂寫一氣，謬誤不少、漏洞百出。這裡我只評評這段話： 　　 　　————引用開始——　　 　　1955年，毛澤東將思維伸向理論物理的前沿，對錢三強說：“原子裡頭分為原子核與電子，它們是對立統一的。原子核裡頭又分為質子和中子，它們也是對立面的統一。……質子、中子、電子仍然是可以分的……將來實驗條件發展了，將會證明它們是可分的。”1964年，在與周培源等人的談話中，毛澤東的科學主義興趣伸展得更廣：“宇宙從大的方面看來是無限的，從小的方面看來也是無限的。不但原子可分，原子核也可以分，電子也可以分。”毛澤東的科學主義猜測與物理學理論的發展和中外許多科學家的思想不謀而合。1977年，在第七次粒子物理學會上，諾貝爾獎得主、美國物理學家格拉肖，提議將預測中的更深層次的物質命名為“毛粒子”，他說：“今天所剩下的真正的基本粒子的侯選者只有夸克和五種不同的輕子，或許將來還會發現更多。……洋蔥還有更深的一層嗎？夸克和輕子是否都有更基本的組成部分呢？……我提議把構成物質的所有這些假設的組成部分命名為‘毛粒子’，以紀念已故的毛主席，因為他一貫主張自然界有更深層的統一。”　　 　　——引用結束———— 　　 　　這裡先看看趙蓓對格拉肖所說的話理解如何，然後我們再看看現代物理，特別是高能物理的結論和進展，是如何否定毛主席的科學“預言”的——我這裡並不是說毛主席本人對高能物理說說自己的一些哲學觀點有什麼不對和不妥，而是批評趙蓓所寫的文章，將毛主席本人一些完全錯誤的理解和預言搬出來支持例證其“湖湘文化的科學理性”。這個例子明明在駁斥否定“湖湘文化的科學理性”嘛。 　　 　　說句題外話，格拉肖是一位物理宗師，獲得諾貝爾獎時在波士頓大學任職。格拉肖原文我沒有找到（如果趙蓓或者誰找到了，請告知），但是找到了一篇和格拉肖的講演密切相關的文章： 　　 　　http：//www.nytimes.com/2006/12/05/science/05china.html？ref=science 　　 　　這篇文章是一篇關於高能物理的時評文章，刊登於紐約時報（NewYorkTimes），也間接引述了格拉肖的提議（將新發現的粒子命名為“毛粒子”的提議）。根據趙蓓文章所寫，我估計趙蓓其實是看了這篇更新的評論文章寫的，但是似乎，要麼沒有看懂文章，要麼在刻意曲解文章的內容。格拉肖是一位物理學大師，他知道物理學和那些樸素的哲思之間的區別。哲學家隨便一句斷言，世界上最聰明的物理學家們往往竭盡幾代人的努力還摸索不出一個所以然來。 　　這篇文章確實說了“should be named the Maon”(應該命名為毛粒子)，但是有個條件，“if found”。原文是這樣說的：       Suitably inspired by such thoughts, in the 1960s Chinese physicists invented a sort of onion-layer theory of particles called the straton model, in which both protons and electrons have a common constituent. Sheldon Glashow, the physicist and Nobelist now at Boston University, once suggested that such a particle, if found, should be named the Maon. 　　　　    （譯文：在這種思想［紫荊棘鳥註：亦即毛主席關於物質可以無窮無盡分割下去的思想］的啟發下，20世紀60年代的中國物理學家提出了一種類似于洋蔥層狀結構的粒子模型，稱為層子模型，在這種模型里……格拉肖提議，這種粒子如果發現了，應命名為毛粒子） 　　 　　所以，這個“if”在原文中是至關重要的：假如被發現了的話。那麼這種基本粒子（毛粒子）被發現了嗎？自然沒有。原文緊接着這樣說了：In the meantime, quarks beat out Maons as the constituents of protons. To this day the electron remains undivided〃(譯文：與此同時，夸克作為質子的構成否定了毛粒子。至今為止電子還是不能繼續分割)。所以說，Glashow 是否認了老毛的說法的。實際上，格拉肖的演講在1977年，而夸克理論早在60年代就被一代宗師蓋爾曼等人提出來了。格拉肖是這一領域的權威，不會不知夸克理論早在10年前就否決了毛粒子一說吧？ 　 　　實際上，物質是否無限可分，這個在物理學裡根本就沒有多大的討論價值。就目前看來，宇宙是有限的（而不是毛主席主觀認為的無限的），科學家無法將電子劈開為兩半或者三份；而且理論上，你不能將能量劈開得比普朗克常數還小。現在的物理學是否定物質可以無限分割下去這一“樸素思想”的。 　　 　　實際上，格拉肖的演講並非一篇闡述他的物理思想的一篇閒談，也不是在討論哲學命題，更不是在倡議將一種早就被否決了的粒子命名為毛粒子，而基本上是一篇時評。其根本目的在於批評美國政府當時對高能物理研究經費的削減。其背景和大意是說連在搞文革的毛澤東都搞高能物理談什麼毛粒子前進子了，你個美國總統還在削減高能物理的經費。 　　 　　我再來閒侃幾句“毛粒子”，看看毛主席本人是不是有很多的“科學理性”。這些“背景故事”在我看來其實很有趣的，呵呵。簡單地說，一曲“毛粒子”的歷史就是一曲中國科學特別是高能物理學的傷心史，從中你可以看到在政治和權力的干涉下，科學本身是可以變形的。說起毛粒子，就不得不說幾個和之密切相關的幾個人：楊振寧、何祚庥、劉耀陽，以及美國的蓋爾曼（Gell-mann）。楊振寧大家都熟悉吧，諾貝爾獎得主，現在在清華養老；何祚庥大家也有所耳聞對不對？中科院老牌院士；劉耀陽大家可能陌生點，但是他是中國大陸土產學者里迄今為止最有可能得到諾貝爾獎的人（現在在中國科大，科學院院士）。蓋爾曼因為夸克理論的建立而會在物理學上享有永垂不朽的地位。 　　 　　在說“毛粒子”之前，咱們先做點準備活動，說說數學裡的群論。群論（Group theory）是個美妙的抽象了的概念，用途很廣，高能物理（就是趙沒有搞明白的毛粒子所在的領域）、固體物理、網絡通 訊等，都可見其用途。這群論有兩大類，其一是非連續群，例如點群、置換群；，其二呢，就是連續群，最著名的連續群應該是李群。這裡和毛粒子相聯繫的，就是這個李群（Lie Group Theory）。李群雖然是連續的（亦即群里的元素看成一個集合的話，有無窮多個），但是其基本性質卻是由少數有限個的生成元（generators）以及局域性質確定的。這幾個生成元的對易（交換）和拓樸性質就決定了整個李群的性質。當然，這些大家不需要明白。 　　 　　依照群論的觀點，最簡單的李群自然是只有一個生成元的李群：U（1）群。法拉第、麥克斯韋等人（特別是麥克斯韋）等人建立的電磁場理論，根據群論的觀點，就是個U（1）群。U（1）群自然是阿貝爾群（Abelian Group），亦即群里的元素是可以交換的，正如2+3=3+2一樣。同學們，數學和物理里運算能否交換意義可深刻了，可重要了！乘法和加法自然可以交換，但是有些運算卻是不交換的，例如矩陣的乘法，學習過線性代數的人都知道，對不對？這運算不能交換會帶來什麼嚴重的後果呢？舉例說，上世紀的文明基本上就是量子力學（Quantum Mechanics）帶來的文明，飛機、火箭、半導體、原子彈等，都是量子力學的結晶。從數學觀點看，這量子力學是什麼東西呢？它實際上就是將牛頓力學的哈密頓正則方程的動量、位移、時間、能量等代之以算符（算子）形式，而在數學裡，算子通常是不能交換的，對不對？這些在本科物理課程里就有，呵呵。最小能量單位普朗克常數以及著名的海森堡測不準原理（亦即誰也無法將位移和動量同時測量準確）之所以存在，其根源就在於動量算符和位移算符的不可交換性。說兩句題外話，其一，普朗克常數的存在順便否決了物質可以無限分割下去的這種樸素思想；其二，一代宗師、量子力學的奠基人海森堡其實是個納粹堅定的支持者，要是他幫助的德國先於奧本海默所效力的美國造出原子彈的話，那咱們中國基本上也會淪為日本的殖民地，呵呵。 　　 　　除了U（1）群這個最簡單的李群外，李群的生成元（generators）是不交換的。群論實際上是研究對稱模型最好的工具。大家看到，麥克斯韋將電場和磁場統一到麥克斯韋方程組之後，電磁學給咱們這個世界帶來了多大的物質文明。不過，就群論觀點看，這只是個最簡單的U（1）群。 　　 　　上世紀華人世界裡兩個天才楊振寧和李政道合作提出弱相互作用下宇稱（parity，也就是大家所熟悉的鏡像對稱）不守恆、得到諾貝爾獎後，兩人爭風吃醋，老楊的夫人杜致禮（也就是杜聿明將軍的千金）等更在後面推波助瀾，於是兩人迅速交惡，淪落為仇人，兩人吵架吵了半個世紀。兩人交惡後，楊振寧就開始研究這李群在物理學裡的應用，提出了非阿貝爾規範場論（Non-Abelian Gauge Theory）。 　　 　　與此同時，前幾年在天津南開大學病逝的著名數學家陳省身在整體微分幾何上取得了驚天動地的成就。陳省身的主要成績就是微分幾何里的纖維叢和陳示性類。微分幾何大體上可以分為局域微分幾何和整體微分幾何，陳省身因此被譽為整體微分幾何的奠基人。縱觀微分幾何的發展史，高斯（Gauss）、黎曼（Riemann，一個早逝的天才）、嘉當（HenryCartan，也就是陳省身的導師）和陳省身被譽為幾個最重要的里程碑人物。早期的高斯、黎曼通常被看作是局域微分幾何的奠基人。補充一句，愛因斯坦的廣義相對論（引力理論）和高斯、黎曼的曲面分析實際上是一回事情。愛因斯坦的物理直覺獨步天下，不讓牛頓，可是他的數學比較差。愛因斯坦前後花了十年時間，才在他的好友、大學同學數學家格羅斯曼的幫助下，找到了幾乎死亡的高斯曲面分析（亦即局域微分幾何），完成了廣義相對論的表述。 　　 　　無獨有偶，這楊振寧和陳省身很快也發現，陳省身整體微分幾何里的纖維叢理論和楊振寧的非阿貝爾規範場論，正如高斯的曲面分析和愛因斯坦的廣義相對論是一回事情一樣，陳、楊的理論就數學結構而言實際上也是一回事情，也就是說，纖維叢理論和李群實際上奏是高能物理中非阿貝爾規範場論的數學表述。這是上世紀最令人震撼最具美妙的成果之一。非阿貝爾規範場論在物理里俗稱Yang-Mills規範場論。如今，Yang-Mills規範場論是現代物理學裡繼量子論、相對論之後的第三塊基石。從中大家可以想像Yang-Mills規範場論有多麼重要，對不對？這裡的Yang奏是現在在清華腐敗的楊振寧。這個Mills是誰？只是個普通的物理教授而已，實際上並無多大名望，不過一度是楊振寧的同事而已。這非阿貝爾規範場論實際上是楊振寧一個人提出的，但是楊振寧當時聲望還不算卓絕，愛因斯坦、狄拉克、玻爾、薛定愕、海森堡等人，聲望都在楊振寧之上（就算現在，也在楊振寧之上），但是楊振寧怕的不是這些大師，而是奧匈帝國的泡利（Pauli）。這泡利成就雖然不能和愛因斯坦、狄拉克等人相比，但卻是其中最聰明的，IQ非常的高，喜歡罵人，包括罵如日中天的愛因斯坦。自然，楊振寧也怕他罵。當他提出非阿貝爾規範場論時，更怕泡利罵，於是發表論文時拉上Mills一起署名，泡利罵人時就拿Mills 做替罪羊。這 Mills 成就雖然沒什麼，但哪裡肯署名？但是架不住楊振寧"軟硬兼施"，好歹署名了。後來Mills也坦然承認，Yang-Mills規範場論其實不關他啥事。 　　 　　話說這Yang-Mills場論找到了其數學表述後，在物理一些領域取得了巨大的成功，例如弱電統一理論實際上就是Yang-Mills規範場論里的SU（2）群模型。大家知道，自然界總共有四種作用力，亦即電磁力（之前算不同的，麥克斯韋方程組統一了電和磁，從此算一種作用力），弱相互作用、強相互作用以及萬有引力。將四種力統一在一個整體模型里，一直是物理學家孜孜以求的，麥克斯韋方程組（亦即U（1））算是邁出了第一步，這弱電統一理論算是邁出了第二步，其背景模型實際上奏是Yang-Mills規範場。這四種力中，最難以理解、最難以統一的，是萬有引力。現在的超弦模型實際上是將四種作用力統一起來的一種嘗試。最簡單的超弦模型共10維，其中時間一維，空間9維。大家可能會納悶，咱們的空間不是三維立體的嗎？愛因斯坦的狹義相對論將時間空間攪 和在一起，就夠讓人發暈的了，但是那裡空間好歹還是三維，不過時間和空間部分因為光速在慣性參照系下不變的緣故，攪和到一起罷了，但是空間終究只有三維，還好理解，對不對？這9維空間啥意思呢？據說物理學家的解釋是，在小尺度和高能狀態下，在對稱沒有破缺之前，空間確實是9維的，而且是對稱的，如同我們現在的左右、前後、上下三個方向對稱一樣；但是隨着能量的降低，這種9維空間的對稱迅速破缺，有6維空間被“壓縮”成某個最小的尺度，因此我們感受不到，能感受得到的，只有三維。 　　 　　話說Yang-Mills場論取得巨大成功後，諾貝爾獎得主楊振寧應邀回國講學。楊振寧本身不但是個傑出的物理學家，同時也是個傑出的數學家。以他命名的Yang-Baxter方程對數學、統計物理、可積系統產生了重大影響。楊振寧非凡的數學才華可能源於他的父親楊武之教授。楊武之晚年在上海逝世，我猜這可能和楊振寧講學時對復旦另眼相看有一定關係。總之，那時全國掀起了研究Yang-Mills規範場論的熱潮，可以說，那段時間是中國科學特別是數學、物理學的黃金歲月，國內許多有所建樹的數學家都和此有關，特別是復旦，像谷超豪、胡和生、李大潛等老牌教授和院士，都是在那段時間茁壯成長起來的，只可惜復旦鬧矛盾，陳（建功）、蘇（步青）兩派人馬斗得死去活來，好教授紛紛出走，復旦數學系從此一蹶不振，此乃後話。 　　 　　楊振寧回國後得到了毛主席和周總理的親切接見。楊振寧和後來的李政道對中國高能物理的研究產生了很大的影響，例如蘭州的重離子加速器（因為這，中科院還在蘭州設立了一個研究所），以及北京正副電子對撞機和中科院高能物理研究所（位於北京石景山區，和海淀區交界），莫不和李、楊有關。這高能物理研究所里可有不少院士，教職工一度有幾千人，實力不在一般的名牌大學之下（儘管學科單一，而且沒有本科生）。當然，光憑李、楊還不至於在中國產生這樣大的影響，真正產生影響的，正是毛主席本人，在某種意義上，李、楊只是起了個催化劑的作用而已。 　　 　　話說楊振寧回國講學後，全國掀起了研究Yang-Mills規範場論和高能物理的熱潮。大家知道，毛主席本人如果不是投身革命當上領導人的話，他很可能會是個浪漫主義詩人和不錯的哲學教授。這不，楊振寧的回國也激起了毛主席本人對高能物理的濃厚興趣。當然，毛主席本人的這些興趣只能是基於樸素的哲思之上，因為他老人家畢竟沒有必須的技巧訓練和知識儲備。他老人家推崇莊子的觀點：“一尺之棰，日取其半，萬世不竭”。當然，我相信有這種樸素觀點、或者類似的觀點的的人很多，例如我記得我小時候就這樣想，我見過的最小的東西是我的頭髮，我的頭髮作為一種生命，它也有自己的頭髮，我的頭髮的頭髮是存在的，不過我看不見而已，而且我的頭髮的頭髮還有自己的頭髮，等（慚愧，顯得很蠢是不是，但是我記得我小時候就是這樣想的）。於是，據說毛主席將當時物理界的前輩如周培源、錢三強等招來，詢問他們現在高能物理的進展，以及他們對高能物理的觀點。錢三強答道，原子是由原子核和電子組成的，原子核是由質子和中子這樣的重子組成的。毛主席問，質子、中子、電子又是由什麼組成的呢？錢三強答道，不知道。毛主席於是笑道，他相信物質總是可以一分為二的，是能夠無窮無盡地分裂下去的，任何物質都有對立統一的一面……。 　　 　　大家可以想像，毛主席作為一個國家領導人，能保持這方面的興趣，其實是很難得的，在平和理性的社會裡，這甚至會成為一種美談。比如說，如果現在小布什或者奧巴馬對超弦理論有自己的一番見解，儘管很可能不對，也是相當有趣的，對不對？毛主席本人對高能物理的理解，如果停留在表述階段，停留在哲學氛圍中，那真的會令人回味無窮。可是那時的社會是不理智的，既然可以砸鍋賣鐵全民煉鋼，那毛主席對高能物理的理解自然就意義非凡，那應當是一盞明燈，指引着物理學家前進，對不對？ 　　 　　那時在中國科技大學，有一位年輕的物理工作者叫做劉耀陽。劉耀陽現在當然是院士身份（儘管院士也不怎麼值錢，呵呵），但是那時卻是個默默無聞的普通人士。那時受楊振寧學術報告的激勵，國內據說有一些研究做得不錯的小組，其中以劉耀陽的小組最為着名，儘管劉耀陽本人名不見經傳。這劉耀陽當時在做什麼呢？他在研究重子的理論，而且所用的工具就是李群，據說和同一時期的蓋爾曼等人的方法和結論很相似。當然劉耀陽到底取得了什麼成果，我就不知道了，而且現在說這些沒有多大意思，因為劉耀陽的觀點和毛主席的教導違背，他的小組被迫解散，他的研究最終也不了了之。現在大家都嘆息中國土產學者唯一一次得到諾貝爾獎的機會就這樣擦肩而過，不由不令人扼腕。 　　 　　那麼，當時在美國的蓋爾曼等人究竟在幹什麼呢？蓋爾曼等人其實是根據Yang-Mills場論提出了質子、中子等重子的夸克理論，亦即SU（3）模型。這SU（3）是個李群，這個李群共6個生成元，對應於三種夸克以及對應的三種反夸克，獲得了巨大的成功。同學們，這Yang-Mills規範場論很重要，這楊振寧在物理學史上之所以有很崇高的地位（他的成就比其他華人諾貝爾獎得主加起來還高。當然這是我的個人看法），其原因並不在於他的諾貝爾獎（亦即若相互作用下宇稱不守恆，儘管這也非常重要），也不是在於Yang-Baxter方程，而是在於Yang-Mills規範場論，不過遺憾的是，楊振寧無論在Yang-Mills還是在Yang-Baxter方程這兩個領域都有些“淺嘗輒止”的意思，沒有繼續深入下去，否則上世紀他在物理學的地位就會僅次於愛因斯坦，能和波爾、海森堡、狄拉克等人相提並論。據說這以劉耀陽為首的一個小組也提出了SU（3）模型，本來，照此下去，劉耀陽雖然並不見得一定會取得蓋爾曼那樣的成功，而且，即使成功，基本上也難以趕在蓋爾曼的前面，但是他卻確實坐進了駛向成功的船上。有圈內人士評價說，這是中國土產學者最接近諾貝爾獎的一次。 　　 　　雖然劉耀陽的小組最終並不見得會趕在Gell-mann前面取得首功，但是這個小組卻在成功前被活生生的打壓了，他的群論模型不了了之。打壓劉耀陽的是誰呢？奏是現在大家都熟悉的何祚庥，打壓的理由就是群論模型違背毛主席關於物質能一分為二的教導。莊子有云：“一尺之棰，日取其半，萬世不竭”，毛主席信奉馬克思從黑格爾那裡整合來的辯證法，信奉矛盾論和一分為二，而且可以無窮無盡分下去。這不，毛主席的跟班和紅人何祚庥院士認為，按照毛主席的論斷，物質是一分為二的，質子中子可以分裂為毛子（毛澤東子，亦即這格拉肖轉述的毛粒子），毛子呢，則可以分裂為兩個前子（前進子）等。據說前進子下面的粒子還被命名為勝利子什麼的，呵呵，反正就這樣可以無窮無盡地分下去，就像洋蔥一樣，剝去一層還有另外一層。這群論模型說什麼一分為三，豈有此理，是不是？劉耀陽害怕被打成右派，於是那個小組就解散了，群論模型研究就煙消雲散了。 　　 　　當然，說句題外話，很多人可能都知道當年中國有兩個主要的科研成果，其一呢，就是結晶牛胰島素，其二呢，就是高能物理的層子模型。這研究層子模型的學術帶頭人，是誰呢？正是大名鼎鼎的何祚庥院士。層子模型是一種“主觀”模型，完全就是為了迎合毛主席關於物質可以一分為二不斷分割下去的思想而建立的模型，據說何祚庥的小組為此還唯像地建立了一個波動方程。何祚庥本人號稱兩彈一星的元老，其主要成就就在於這個受到高度讚譽的層子模型，而不是別的。當然，層子模型之所以得大獎，是因為其特定的政治背景，如果光論物理，那最多算是數學遊戲而已，呵呵。何祚庥以後呢，原子核也不研究了，物理也不管了，只在中科院理論物理研究所保留一個辦公室而已，他的興趣，在於去北大招收自然辯證法方向的研究生，在於主觀上判斷某種學說是不是偽科學，如果認為是的話，就對它進行不屈不撓的批判。

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