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1、1在对标准模型的突破中我们该如何选择?(SB1)作者 苟文俭【摘要】：标准模型并非最后理论，在对粒子内部空间存在的描述中需要突破，对此我们应当向创建现代物理理论的先驱们学习，对描述粒子内部空间存在的物理理论起点另起炉灶，并使用不同于量子场的描述语言，才有可能与粒子存在的实际完全保度一致，从而使对标准模型的突破取得成功。 标准模型是粒子物理学标准模型的简称，下面都用它的英文缩写“SM”表示。标题的符号“SB1”中的字母 B 取自英文短语 Breakthrough dissertation（突破专题论文）的第一个字母，表示该文是突破标准模型专题论文的第一篇文章。SM 源自上世纪 30 年代创建的表
2、述带电粒子参与电磁作用的 QED(量子电动力学)，第性原理是对粒子作用体系能量的拉格朗日量做规范对称变换，具有以 QED 为模板的统一的规范对称观念，包括了用 SU(2)U(1)群表述电、弱破缺对称的电弱统一理论、用 SU(3)群表述强作用色对称的 QCD(量子色动力学)、以及用幺模幺正群 SU(3)SU(2)U(1)直积等方式表述强、弱、电作用统一的大统一理论。粒子实验的测量事实是：任何自在的粒子均占有半径约为 10-17m 的空间位置。对力程不大于 10-17m 的粒子动力学存在，就称是粒子内部空间的存在，力程大于了 10-17m 的粒子动力学存在，也称是粒子外部空间的存在。量子力学(QM
3、)、狭义相对论(SR)、QED 的描述对象都属于粒子外部空间，而 SM 中的 QCD、电弱统一理论的描述对象则属于粒子内部空间。SM 有很好的实验支持，但对粒子内部空间存在的描述面临了诸多难以克服的困难，也不能包揽最常见的引力作用。当代几乎所有理论物理工作者都有这样的共识：SM 并非最后理论，在对粒子内部空间存在的描述中，它需要有突破。 对 SM 的这种突破，我们该做如何选择呢？对此本文就关键性问题做简要论证。(一) 由于 SM 不能包揽最常见的引力作用，这证明它的规范对称观念并不具有普适性，也即是表征作用体系能量的拉格朗日量并不具有普适性。我们知道，经典物理学用拉格朗日量表征动力学体系能量的
4、前提，是保证守恒定律成立的时空平移不变及旋转不变，及物理场都是保守场；这确实是粒子外部时空的实际特性。但在粒子内部的强、弱作用空间，却完全是另一回事。对此，仅举如下两点事实做论据。1、对强、弱作用的理论表述，都要依赖于真空的组成如何，而在真空的实际组成中，就可以出现绝对无法使用拉格朗日量的真空零点能。2、实验表明：在粒子内部的弱作用空间存 在 着 某 种 有 方 向 的 “螺 旋 ”， 强作用空间又有“渐近自由”及“夸克囚禁” 。这些就都证明：粒子内部的强、弱作用空间，其物理场都不是保守场，也根本不具有平移及旋转不变的时空特性。若物理理论的形式化表述与描述对象的实际完全保持了一致，就称它是成功
5、描述。上述论据充分证明：拉格朗日量并不能用来描述了粒子内部空间的强、弱作用体系能量，如果要对强、弱作用做成功描述，就必须放弃 SM 已有的规范对称观念。这也就是在对粒子内部空间存在的描述中，我们怎样突破 SM 的关键。(二)为了解决 SM 在对粒子内部空间存在的描述中的诸多困难，理论家们已做了大量工作，主流都是从 SM 起点开始，保留规范对称观念，其中最行之有效的就是在原有的规范对称基础上、添加一种玻色子与费米子整体规范变换不变的超对称，认为所有粒子都构成于满足2超对称的振动着的弦(超弦)，并以此为描述依据，创建了已是享誉全球的超弦理论。超弦理论不仅可以描述引力作用，伙伴粒子也能够自动克服 S
6、M 的发散困难，其唯象观念及数学演绎都表现了十分诱人的许多成果，但它却有这四个明明白白的问题：(1)它克服的所有疑难都出自 SM 的数学演绎，并非是 SM 描述的粒子内部空间的实际存在；(2)超对称实现于特别高的普朗克能标，超弦也是在 10 维的极小空间振动，具有不可检验性；(3)在低能标再回到 SM 时，那些难以解决的诸多困难仍然存在； (4)在高能标，它的人为性及不可计算程度，都远远超过了 SM，其结果是未知因素与理论自身的疑难更多了，不确定性程度更高了，因此从物理理论的有效性及实证性考证，它绝对是一种倒退！主流探索的上述事实表明：从 SM 起点开始解决它在描述粒子内部空间实际的诸多困难，
7、最行之有效的探索也是构成物理学倒退的“死胡同” 。这也就是突破 SM 的已有实践给我们的明白无误的启迪。(三)现代物理理论是以 QM 及相对论为内容的物理理论体系，创建于上世纪初。有幸读过一位主流粒子物理学家的文章，他告诫说：SM 有坚实的实验基础，任何对 SM的突破，都只能在 SM 起点之上做文章。该论断的对错，不妨就让历史来做裁决。十九世纪未，当经典物理理论也出现了诸多难以克服的困难时，当时普遍的想法就是修补主流的经典物理理论，最具代表性的就是物理学泰斗洛仑兹(Lorentz.H.A)，他凭籍自身天才的头脑，在经典物理理论的起点之上创建了一阶和二阶变换理论，但其结果是“人为地引入了大量的假
8、设，致使概念繁琐，理论庞杂，缺乏逻辑的完备性和体系的严密性”【注】 ，不仅经典物理理论的诸多困难并没有真正解决，相反却牺牲了理论自身的优美与和谐，与今天突破 SM 创建的超弦理论一样，也同样形成了物理学的倒退。面对经典物理旧理论诸多难以克服的困难，现代物理新理论的先驱们的探索是：1、以旧理论的困难涉及的普遍事实为依据，另起炉灶归纳总结出全新起点。2、根据成功描述的需要，使用完全不同于旧理论的另一套描述语言。事实证明，现代物理理论先驱们的这种探索是成功的，而且不论是 QM 或是相对论，其极限又都能回到经典物理理论；现代物理理论也因此继承了经典物理理论的全部成果。用心学习现代物理理论先驱们的成功探
9、索，自然就会有如下这两条重要收获：1、解决物理旧理论难以克服的困难时，应当以与困难相关的普遍事实为依据另起炉灶，归纳总结出创建新理论的全新起点，并根据成功描述的需要选择完全不同的描述语言。2、继承旧物理理论的成果不是创建新理论目的，而是新理论成功描述的自然结果。当代坚持 SM 起点的超弦理论，正是洛仑兹探索错误的历史重演！在解决旧理论面临难以解决的困难时，坚持物理旧理论起点去创建新理论，所做的探索就尤如从低层楼的屋顶直接增高建造高楼，由于“地基”不牢靠，崩塌倾覆只是时间早迟的问题。(四)在对粒子内部空间存在的描述中，其起点要离开 SM 的规范对称观念另起炉灶，一般在思想上都会有如下三个障碍。1
10、、规范对称观念有很好的实验支持，也取得了丰硕成果，为什么要另起炉灶？对此我们必须要明白：作者并非是否定规范对称观念，而是说它不具有普适性，不能是对粒子内部空间存在描述的起点。对此，特别值得我们反思的是：难道经典物理理论就没有很好的实验支持、就没有丰硕成果吗？2、规范对称观念使 SM 有简洁优美的数学表述，离开它不就否定了物理学的简洁美吗？规范对称观念确实使 SM 有简洁优美的数学表述，它也还有与实验数据相符的定量计算，3但事实上：对粒子动力学量的计算，SM 只能做近似的微扰处理，都有不可避免的无穷大，也还要引入众多不知来自何处的自由参数；对所有实际问题的具体计算，也都要根据实验测量选择恰当的计
11、算模型，都要用实验测量结果做人为假设，总是让人为的计算服从实验结果，而不是从规范对称观念出发的计算预言了实验结果；如对涉及轻子与夸克为何只有三“代” ，参与强、弱作用耦合的相关粒子如何分布等等这些非微扰问题，就更是一筹莫展。上述事实都充分证明：SM 简洁优美的数学表述只是一种形式主义的假象。3、规范对称观念根源于 QM 与相对论，出自名门权威，离开它另起炉灶允许吗？对此必须明确：任何物理理论形式化体系不完备是普遍规律，它们都有由形式化体系自身逻辑前提所严格规定的适用条件。在对粒子内部空间存在的描述中，离开 SM 的规范对称观念另起炉灶，绝对不是对 QM 与相对论的否定，当然也不是对 QED 的
12、否定。(五)对粒子内部空间存在的描述要离开 SM 另起炉灶，应当坚持如下的三条基本原则。1、首先不是对 SM 的大批判，而是要认真学习 SM，明确它的成功与失败是什么。2、对粒子内部空间存在描述的全新起点，应当与粒子组成相关的可判定事实为依据，通过对可判定事实的分析归纳来获取，而不是根据某种哲学原理或数学分析来获取。物理学是描述实在性存在的实证科学，要求它的所有描述都必须与描述对象的实际存在保持一致，而哲学原理讲的是一般的方法论，与具有实证性的物理理论起点格格不入。哥德尔(K.Godel)的不完备性定理指出：形式化体系概念的不完备不协调不可避免，相容性不可判定。如果是通过数学分析来获取某个物理
13、新理论的起点，这也就在形式上满足了理论形式化体系的协调性。显然，这也就完全违背了哥德尔不完备性定理。当然，新理论也还必须正确使用数学与逻辑，但这绝不是单纯的数学与逻辑分析。单纯的数学与逻辑分析属于人的主观思维，这方面 SM 就非常好，可以说是无与伦比。3、继承 SM 成功的部分，决非创建指描述粒子内部空间存在的新理论的出发点，而只是这种新理论自然的逻辑结果，是这种新理论自然演生出来的副产品。(六)对描述粒子内部空间存在，突破 SM 创建的新理论是否是成功描述，判定的依据决不是某些权威的言论，而应当是如下三条有效性标准：1、是否能自动得到了所有粒子的所有属性，是否能有与粒子实际存在的数量化结果，
14、是否有能够在通常能量条件下验证或证伪的预言；对此就简称是描述的有效性标准。2、能否简洁有效地解决在描述粒子内部空间存在中，SM 所面临的所有疑难；对此就简称是解决问题的有效性标准。3、是否能够自动得到了包含 QM、相对论、QED、QCD、电弱统一理论等所有现存物理理论中、与描述对象实际存在相符的描述内容；对此也简称是理论继承的有效性标准。物理学历史反复证明的规律是：在物理学新旧理论交替的历史关头，创建物理旧理论的权威，许多也都是反对物理理论新观念的权威。这是因为：当物理学旧理论成为主流时，坚持旧理论总会享受到主流社会的巨大利益。当代是利益横流的时代；而 SM 也已是物理学的主流。追随 SM 已被视为时尚，情愿重演洛仑兹探索的历史错误，同样也就成为了当今社会的主流！我们要尊重权威，但这只能是第二位；对于实证的物理学来说，尊重事实才是第一位。【注】：郭奕玲 沈慧君， 物理学史 ，清华大学出版社 1993 年 7 月第 1 版，第 219页。4另外特别说明：对与本文常见内容相关的参考文献，均省略了对它们的注释。最终完成于 2012-09-12
