紫荆棘鸟：说说毛粒子和前进子

送交者: 紫荆棘鸟 2012年05月29日09:13:34 于 [教育学术] 发送悄悄话

说说“毛粒子”和“前进子”                              ——评赵蓓教授“湖湘文化中的科学理性”的一个观点 　　 　　先说几句： 　　 　　1）本文有些科技词汇，不喜请略过；原文是在论坛临屏灌水灌来的。 　　 　　2）本文是在胡渔转贴的文章“湖湘文化中的科学理性”留言基础上改写的。文章的作者是赵蓓，据转载的胡渔说是“马克思主义学院”的某位教授或者副教授。 　　 　　3）通常我不太喜欢评论那些不太容易证明或者证伪的结论/观点，即使我很赞同或者不同意文章的观点。这是因为，对不太容易证明或者证伪的观点进行评论是很难有结果的，所以这基本上是在浪费时间。赵蓓这篇文章就是这样，尽管是精华文章，并且在首页放置了很长时间，但是这篇文章实在是写得不怎么样，除非赵蓓是随手作为茶余酒后的谈资而写的。比如说，文章的标题是“科学理性”，但是内容却改成了“科技”，而且基本上是在写技术，很少看到科学的影子，文章标题和内容脱节。也许文章的观点在例证“经世致用的工具主义”，但是也许只有马克思主义学院的“教授”才会浮想联翩将“经世致用的工具主义”去刻意烙上科学的印痕，毕竟，谁也不能证明这种联想有什么不对。 　　 　　文章着墨最多的是毛泽东。毛主席本人对中国科学的影响之大自然不言而喻，但是这种影响，无论是正面的（例如原子弹的研制）还是负面的（例如文革，例如我下文里即将要说的“故事”），基本上是因为毛主席本人在政治和权力中的地位，而不是因为毛主席有过人的“科学理性”——即使他老人家有，这和他的权力和地位相比，其影响也是微不足道的。何况从赵的文章来看，毛主席哪里有科学理性？我看到的倒更像是“科学感性”，这种感性更像是一位浪漫主义诗人试图涉足高能物理、因为浮想联翩而产生的某种很朴素的观点。 　　 　　好了，湖湘文化中是不是有很多的“科学理性”略去不谈，这里我只说一些和赵蓓文章相关的几个“故事”，大家看看赵蓓副教授的文章是不是在乱写一气，反正我觉得他在乱写一气，谬误不少、漏洞百出。这里我只评评这段话： 　　 　　————引用开始——　　 　　1955年，毛泽东将思维伸向理论物理的前沿，对钱三强说：“原子里头分为原子核与电子，它们是对立统一的。原子核里头又分为质子和中子，它们也是对立面的统一。……质子、中子、电子仍然是可以分的……将来实验条件发展了，将会证明它们是可分的。”1964年，在与周培源等人的谈话中，毛泽东的科学主义兴趣伸展得更广：“宇宙从大的方面看来是无限的，从小的方面看来也是无限的。不但原子可分，原子核也可以分，电子也可以分。”毛泽东的科学主义猜测与物理学理论的发展和中外许多科学家的思想不谋而合。1977年，在第七次粒子物理学会上，诺贝尔奖得主、美国物理学家格拉肖，提议将预测中的更深层次的物质命名为“毛粒子”，他说：“今天所剩下的真正的基本粒子的侯选者只有夸克和五种不同的轻子，或许将来还会发现更多。……洋葱还有更深的一层吗？夸克和轻子是否都有更基本的组成部分呢？……我提议把构成物质的所有这些假设的组成部分命名为‘毛粒子’，以纪念已故的毛主席，因为他一贯主张自然界有更深层的统一。”　　 　　——引用结束———— 　　 　　这里先看看赵蓓对格拉肖所说的话理解如何，然后我们再看看现代物理，特别是高能物理的结论和进展，是如何否定毛主席的科学“预言”的——我这里并不是说毛主席本人对高能物理说说自己的一些哲学观点有什么不对和不妥，而是批评赵蓓所写的文章，将毛主席本人一些完全错误的理解和预言搬出来支持例证其“湖湘文化的科学理性”。这个例子明明在驳斥否定“湖湘文化的科学理性”嘛。 　　 　　说句题外话，格拉肖是一位物理宗师，获得诺贝尔奖时在波士顿大学任职。格拉肖原文我没有找到（如果赵蓓或者谁找到了，请告知），但是找到了一篇和格拉肖的讲演密切相关的文章： 　　 　　http：//www.nytimes.com/2006/12/05/science/05china.html？ref=science 　　 　　这篇文章是一篇关于高能物理的时评文章，刊登于纽约时报（NewYorkTimes），也间接引述了格拉肖的提议（将新发现的粒子命名为“毛粒子”的提议）。根据赵蓓文章所写，我估计赵蓓其实是看了这篇更新的评论文章写的，但是似乎，要么没有看懂文章，要么在刻意曲解文章的内容。格拉肖是一位物理学大师，他知道物理学和那些朴素的哲思之间的区别。哲学家随便一句断言，世界上最聪明的物理学家们往往竭尽几代人的努力还摸索不出一个所以然来。 　　这篇文章确实说了“should be named the Maon”(应该命名为毛粒子)，但是有个条件，“if found”。原文是这样说的：       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. 　　　　    （译文：在这种思想［紫荆棘鸟注：亦即毛主席关于物质可以无穷无尽分割下去的思想］的启发下，20世纪60年代的中国物理学家提出了一种类似于洋葱层状结构的粒子模型，称为层子模型，在这种模型里……格拉肖提议，这种粒子如果发现了，应命名为毛粒子） 　　 　　所以，这个“if”在原文中是至关重要的：假如被发现了的话。那么这种基本粒子（毛粒子）被发现了吗？自然没有。原文紧接着这样说了：In the meantime, quarks beat out Maons as the constituents of protons. To this day the electron remains undivided〃(译文：与此同时，夸克作为质子的构成否定了毛粒子。至今为止电子还是不能继续分割)。所以说，Glashow 是否认了老毛的说法的。实际上，格拉肖的演讲在1977年，而夸克理论早在60年代就被一代宗师盖尔曼等人提出来了。格拉肖是这一领域的权威，不会不知夸克理论早在10年前就否决了毛粒子一说吧？ 　 　　实际上，物质是否无限可分，这个在物理学里根本就没有多大的讨论价值。就目前看来，宇宙是有限的（而不是毛主席主观认为的无限的），科学家无法将电子劈开为两半或者三份；而且理论上，你不能将能量劈开得比普朗克常数还小。现在的物理学是否定物质可以无限分割下去这一“朴素思想”的。 　　 　　实际上，格拉肖的演讲并非一篇阐述他的物理思想的一篇闲谈，也不是在讨论哲学命题，更不是在倡议将一种早就被否决了的粒子命名为毛粒子，而基本上是一篇时评。其根本目的在于批评美国政府当时对高能物理研究经费的削减。其背景和大意是说连在搞文革的毛泽东都搞高能物理谈什么毛粒子前进子了，你个美国总统还在削减高能物理的经费。 　　 　　我再来闲侃几句“毛粒子”，看看毛主席本人是不是有很多的“科学理性”。这些“背景故事”在我看来其实很有趣的，呵呵。简单地说，一曲“毛粒子”的历史就是一曲中国科学特别是高能物理学的伤心史，从中你可以看到在政治和权力的干涉下，科学本身是可以变形的。说起毛粒子，就不得不说几个和之密切相关的几个人：杨振宁、何祚庥、刘耀阳，以及美国的盖尔曼（Gell-mann）。杨振宁大家都熟悉吧，诺贝尔奖得主，现在在清华养老；何祚庥大家也有所耳闻对不对？中科院老牌院士；刘耀阳大家可能陌生点，但是他是中国大陆土产学者里迄今为止最有可能得到诺贝尔奖的人（现在在中国科大，科学院院士）。盖尔曼因为夸克理论的建立而会在物理学上享有永垂不朽的地位。 　　 　　在说“毛粒子”之前，咱们先做点准备活动，说说数学里的群论。群论（Group theory）是个美妙的抽象了的概念，用途很广，高能物理（就是赵没有搞明白的毛粒子所在的领域）、固体物理、网络通 讯等，都可见其用途。这群论有两大类，其一是非连续群，例如点群、置换群；，其二呢，就是连续群，最著名的连续群应该是李群。这里和毛粒子相联系的，就是这个李群（Lie Group Theory）。李群虽然是连续的（亦即群里的元素看成一个集合的话，有无穷多个），但是其基本性质却是由少数有限个的生成元（generators）以及局域性质确定的。这几个生成元的对易（交换）和拓朴性质就决定了整个李群的性质。当然，这些大家不需要明白。 　　 　　依照群论的观点，最简单的李群自然是只有一个生成元的李群：U（1）群。法拉第、麦克斯韦等人（特别是麦克斯韦）等人建立的电磁场理论，根据群论的观点，就是个U（1）群。U（1）群自然是阿贝尔群（Abelian Group），亦即群里的元素是可以交换的，正如2+3=3+2一样。同学们，数学和物理里运算能否交换意义可深刻了，可重要了！乘法和加法自然可以交换，但是有些运算却是不交换的，例如矩阵的乘法，学习过线性代数的人都知道，对不对？这运算不能交换会带来什么严重的后果呢？举例说，上世纪的文明基本上就是量子力学（Quantum Mechanics）带来的文明，飞机、火箭、半导体、原子弹等，都是量子力学的结晶。从数学观点看，这量子力学是什么东西呢？它实际上就是将牛顿力学的哈密顿正则方程的动量、位移、时间、能量等代之以算符（算子）形式，而在数学里，算子通常是不能交换的，对不对？这些在本科物理课程里就有，呵呵。最小能量单位普朗克常数以及著名的海森堡测不准原理（亦即谁也无法将位移和动量同时测量准确）之所以存在，其根源就在于动量算符和位移算符的不可交换性。说两句题外话，其一，普朗克常数的存在顺便否决了物质可以无限分割下去的这种朴素思想；其二，一代宗师、量子力学的奠基人海森堡其实是个纳粹坚定的支持者，要是他帮助的德国先于奥本海默所效力的美国造出原子弹的话，那咱们中国基本上也会沦为日本的殖民地，呵呵。 　　 　　除了U（1）群这个最简单的李群外，李群的生成元（generators）是不交换的。群论实际上是研究对称模型最好的工具。大家看到，麦克斯韦将电场和磁场统一到麦克斯韦方程组之后，电磁学给咱们这个世界带来了多大的物质文明。不过，就群论观点看，这只是个最简单的U（1）群。 　　 　　上世纪华人世界里两个天才杨振宁和李政道合作提出弱相互作用下宇称（parity，也就是大家所熟悉的镜像对称）不守恒、得到诺贝尔奖后，两人争风吃醋，老杨的夫人杜致礼（也就是杜聿明将军的千金）等更在后面推波助澜，于是两人迅速交恶，沦落为仇人，两人吵架吵了半个世纪。两人交恶后，杨振宁就开始研究这李群在物理学里的应用，提出了非阿贝尔规范场论（Non-Abelian Gauge Theory）。 　　 　　与此同时，前几年在天津南开大学病逝的著名数学家陈省身在整体微分几何上取得了惊天动地的成就。陈省身的主要成绩就是微分几何里的纤维丛和陈示性类。微分几何大体上可以分为局域微分几何和整体微分几何，陈省身因此被誉为整体微分几何的奠基人。纵观微分几何的发展史，高斯（Gauss）、黎曼（Riemann，一个早逝的天才）、嘉当（HenryCartan，也就是陈省身的导师）和陈省身被誉为几个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几何的奠基人。补充一句，爱因斯坦的广义相对论（引力理论）和高斯、黎曼的曲面分析实际上是一回事情。爱因斯坦的物理直觉独步天下，不让牛顿，可是他的数学比较差。爱因斯坦前后花了十年时间，才在他的好友、大学同学数学家格罗斯曼的帮助下，找到了几乎死亡的高斯曲面分析（亦即局域微分几何），完成了广义相对论的表述。 　　 　　无独有偶，这杨振宁和陈省身很快也发现，陈省身整体微分几何里的纤维丛理论和杨振宁的非阿贝尔规范场论，正如高斯的曲面分析和爱因斯坦的广义相对论是一回事情一样，陈、杨的理论就数学结构而言实际上也是一回事情，也就是说，纤维丛理论和李群实际上奏是高能物理中非阿贝尔规范场论的数学表述。这是上世纪最令人震撼最具美妙的成果之一。非阿贝尔规范场论在物理里俗称Yang-Mills规范场论。如今，Yang-Mills规范场论是现代物理学里继量子论、相对论之后的第三块基石。从中大家可以想像Yang-Mills规范场论有多么重要，对不对？这里的Yang奏是现在在清华腐败的杨振宁。这个Mills是谁？只是个普通的物理教授而已，实际上并无多大名望，不过一度是杨振宁的同事而已。这非阿贝尔规范场论实际上是杨振宁一个人提出的，但是杨振宁当时声望还不算卓绝，爱因斯坦、狄拉克、玻尔、薛定愕、海森堡等人，声望都在杨振宁之上（就算现在，也在杨振宁之上），但是杨振宁怕的不是这些大师，而是奥匈帝国的泡利（Pauli）。这泡利成就虽然不能和爱因斯坦、狄拉克等人相比，但却是其中最聪明的，IQ非常的高，喜欢骂人，包括骂如日中天的爱因斯坦。自然，杨振宁也怕他骂。当他提出非阿贝尔规范场论时，更怕泡利骂，于是发表论文时拉上Mills一起署名，泡利骂人时就拿Mills 做替罪羊。这 Mills 成就虽然没什么，但哪里肯署名？但是架不住杨振宁"软硬兼施"，好歹署名了。后来Mills也坦然承认，Yang-Mills规范场论其实不关他啥事。 　　 　　话说这Yang-Mills场论找到了其数学表述后，在物理一些领域取得了巨大的成功，例如弱电统一理论实际上就是Yang-Mills规范场论里的SU（2）群模型。大家知道，自然界总共有四种作用力，亦即电磁力（之前算不同的，麦克斯韦方程组统一了电和磁，从此算一种作用力），弱相互作用、强相互作用以及万有引力。将四种力统一在一个整体模型里，一直是物理学家孜孜以求的，麦克斯韦方程组（亦即U（1））算是迈出了第一步，这弱电统一理论算是迈出了第二步，其背景模型实际上奏是Yang-Mills规范场。这四种力中，最难以理解、最难以统一的，是万有引力。现在的超弦模型实际上是将四种作用力统一起来的一种尝试。最简单的超弦模型共10维，其中时间一维，空间9维。大家可能会纳闷，咱们的空间不是三维立体的吗？爱因斯坦的狭义相对论将时间空间搅 和在一起，就够让人发晕的了，但是那里空间好歹还是三维，不过时间和空间部分因为光速在惯性参照系下不变的缘故，搅和到一起罢了，但是空间终究只有三维，还好理解，对不对？这9维空间啥意思呢？据说物理学家的解释是，在小尺度和高能状态下，在对称没有破缺之前，空间确实是9维的，而且是对称的，如同我们现在的左右、前后、上下三个方向对称一样；但是随着能量的降低，这种9维空间的对称迅速破缺，有6维空间被“压缩”成某个最小的尺度，因此我们感受不到，能感受得到的，只有三维。 　　 　　话说Yang-Mills场论取得巨大成功后，诺贝尔奖得主杨振宁应邀回国讲学。杨振宁本身不但是个杰出的物理学家，同时也是个杰出的数学家。以他命名的Yang-Baxter方程对数学、统计物理、可积系统产生了重大影响。杨振宁非凡的数学才华可能源于他的父亲杨武之教授。杨武之晚年在上海逝世，我猜这可能和杨振宁讲学时对复旦另眼相看有一定关系。总之，那时全国掀起了研究Yang-Mills规范场论的热潮，可以说，那段时间是中国科学特别是数学、物理学的黄金岁月，国内许多有所建树的数学家都和此有关，特别是复旦，像谷超豪、胡和生、李大潜等老牌教授和院士，都是在那段时间茁壮成长起来的，只可惜复旦闹矛盾，陈（建功）、苏（步青）两派人马斗得死去活来，好教授纷纷出走，复旦数学系从此一蹶不振，此乃后话。 　　 　　杨振宁回国后得到了毛主席和周总理的亲切接见。杨振宁和后来的李政道对中国高能物理的研究产生了很大的影响，例如兰州的重离子加速器（因为这，中科院还在兰州设立了一个研究所），以及北京正副电子对撞机和中科院高能物理研究所（位于北京石景山区，和海淀区交界），莫不和李、杨有关。这高能物理研究所里可有不少院士，教职工一度有几千人，实力不在一般的名牌大学之下（尽管学科单一，而且没有本科生）。当然，光凭李、杨还不至于在中国产生这样大的影响，真正产生影响的，正是毛主席本人，在某种意义上，李、杨只是起了个催化剂的作用而已。 　　 　　话说杨振宁回国讲学后，全国掀起了研究Yang-Mills规范场论和高能物理的热潮。大家知道，毛主席本人如果不是投身革命当上领导人的话，他很可能会是个浪漫主义诗人和不错的哲学教授。这不，杨振宁的回国也激起了毛主席本人对高能物理的浓厚兴趣。当然，毛主席本人的这些兴趣只能是基于朴素的哲思之上，因为他老人家毕竟没有必须的技巧训练和知识储备。他老人家推崇庄子的观点：“一尺之棰，日取其半，万世不竭”。当然，我相信有这种朴素观点、或者类似的观点的的人很多，例如我记得我小时候就这样想，我见过的最小的东西是我的头发，我的头发作为一种生命，它也有自己的头发，我的头发的头发是存在的，不过我看不见而已，而且我的头发的头发还有自己的头发，等（惭愧，显得很蠢是不是，但是我记得我小时候就是这样想的）。于是，据说毛主席将当时物理界的前辈如周培源、钱三强等招来，询问他们现在高能物理的进展，以及他们对高能物理的观点。钱三强答道，原子是由原子核和电子组成的，原子核是由质子和中子这样的重子组成的。毛主席问，质子、中子、电子又是由什么组成的呢？钱三强答道，不知道。毛主席于是笑道，他相信物质总是可以一分为二的，是能够无穷无尽地分裂下去的，任何物质都有对立统一的一面……。 　　 　　大家可以想像，毛主席作为一个国家领导人，能保持这方面的兴趣，其实是很难得的，在平和理性的社会里，这甚至会成为一种美谈。比如说，如果现在小布什或者奥巴马对超弦理论有自己的一番见解，尽管很可能不对，也是相当有趣的，对不对？毛主席本人对高能物理的理解，如果停留在表述阶段，停留在哲学氛围中，那真的会令人回味无穷。可是那时的社会是不理智的，既然可以砸锅卖铁全民炼钢，那毛主席对高能物理的理解自然就意义非凡，那应当是一盏明灯，指引着物理学家前进，对不对？ 　　 　　那时在中国科技大学，有一位年轻的物理工作者叫做刘耀阳。刘耀阳现在当然是院士身份（尽管院士也不怎么值钱，呵呵），但是那时却是个默默无闻的普通人士。那时受杨振宁学术报告的激励，国内据说有一些研究做得不错的小组，其中以刘耀阳的小组最为着名，尽管刘耀阳本人名不见经传。这刘耀阳当时在做什么呢？他在研究重子的理论，而且所用的工具就是李群，据说和同一时期的盖尔曼等人的方法和结论很相似。当然刘耀阳到底取得了什么成果，我就不知道了，而且现在说这些没有多大意思，因为刘耀阳的观点和毛主席的教导违背，他的小组被迫解散，他的研究最终也不了了之。现在大家都叹息中国土产学者唯一一次得到诺贝尔奖的机会就这样擦肩而过，不由不令人扼腕。 　　 　　那么，当时在美国的盖尔曼等人究竟在干什么呢？盖尔曼等人其实是根据Yang-Mills场论提出了质子、中子等重子的夸克理论，亦即SU（3）模型。这SU（3）是个李群，这个李群共6个生成元，对应于三种夸克以及对应的三种反夸克，获得了巨大的成功。同学们，这Yang-Mills规范场论很重要，这杨振宁在物理学史上之所以有很崇高的地位（他的成就比其他华人诺贝尔奖得主加起来还高。当然这是我的个人看法），其原因并不在于他的诺贝尔奖（亦即若相互作用下宇称不守恒，尽管这也非常重要），也不是在于Yang-Baxter方程，而是在于Yang-Mills规范场论，不过遗憾的是，杨振宁无论在Yang-Mills还是在Yang-Baxter方程这两个领域都有些“浅尝辄止”的意思，没有继续深入下去，否则上世纪他在物理学的地位就会仅次于爱因斯坦，能和波尔、海森堡、狄拉克等人相提并论。据说这以刘耀阳为首的一个小组也提出了SU（3）模型，本来，照此下去，刘耀阳虽然并不见得一定会取得盖尔曼那样的成功，而且，即使成功，基本上也难以赶在盖尔曼的前面，但是他却确实坐进了驶向成功的船上。有圈内人士评价说，这是中国土产学者最接近诺贝尔奖的一次。 　　 　　虽然刘耀阳的小组最终并不见得会赶在Gell-mann前面取得首功，但是这个小组却在成功前被活生生的打压了，他的群论模型不了了之。打压刘耀阳的是谁呢？奏是现在大家都熟悉的何祚庥，打压的理由就是群论模型违背毛主席关于物质能一分为二的教导。庄子有云：“一尺之棰，日取其半，万世不竭”，毛主席信奉马克思从黑格尔那里整合来的辩证法，信奉矛盾论和一分为二，而且可以无穷无尽分下去。这不，毛主席的跟班和红人何祚庥院士认为，按照毛主席的论断，物质是一分为二的，质子中子可以分裂为毛子（毛泽东子，亦即这格拉肖转述的毛粒子），毛子呢，则可以分裂为两个前子（前进子）等。据说前进子下面的粒子还被命名为胜利子什么的，呵呵，反正就这样可以无穷无尽地分下去，就像洋葱一样，剥去一层还有另外一层。这群论模型说什么一分为三，岂有此理，是不是？刘耀阳害怕被打成右派，于是那个小组就解散了，群论模型研究就烟消云散了。 　　 　　当然，说句题外话，很多人可能都知道当年中国有两个主要的科研成果，其一呢，就是结晶牛胰岛素，其二呢，就是高能物理的层子模型。这研究层子模型的学术带头人，是谁呢？正是大名鼎鼎的何祚庥院士。层子模型是一种“主观”模型，完全就是为了迎合毛主席关于物质可以一分为二不断分割下去的思想而建立的模型，据说何祚庥的小组为此还唯像地建立了一个波动方程。何祚庥本人号称两弹一星的元老，其主要成就就在于这个受到高度赞誉的层子模型，而不是别的。当然，层子模型之所以得大奖，是因为其特定的政治背景，如果光论物理，那最多算是数学游戏而已，呵呵。何祚庥以后呢，原子核也不研究了，物理也不管了，只在中科院理论物理研究所保留一个办公室而已，他的兴趣，在于去北大招收自然辩证法方向的研究生，在于主观上判断某种学说是不是伪科学，如果认为是的话，就对它进行不屈不挠的批判。

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