[异乡感言] [转载] 太黑来科普之理论物理最后的狂欢(六) [复制链接]

tiger_moon
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电梯直达

楼主

发表于 2008-3-24 09:54:54 |只看该作者 |倒序浏览

自然之谜篇

在理论物理里面，解答一个问题，其实不难，构造一个模型，来解释一个问题，对于一
个理论物理学者来说，就好像吃油条喝豆浆一样自然。但是，提出一个问题，一个有效
的问题，却是非常难的。说来说去，理论物理界也就是在讨论那么几个问题。

比如说引力量子化的问题，引出了一个大的学科，叫做弦论，如今在理论物理界已经占
据了半壁江山。比如说真空能量密度问题，使得理论物理界侵占了宇宙学的很多地盘。
特别是早期宇宙学，已经完全是做理论物理的人在做了。下面谈到的这个问题，是维像
物理界的一个核心问题。无数的物理学者靠此写论文，拿职位，混饭吃。那就是---

Higgs粒子为什么这么重，或者说，为什么恰好这么重。

我们看到，Higgs粒子在物理界的地位，那可是万千宠爱于一身。它的种种诡异性质，
前面已经介绍过。在它所有的性质中，质量是最核心的性质。Higgs的质量直接决定了
弱相互作用规范玻色子的质量。间接的决定了所有物质粒子的质量。那么，Higgs自己
“应该”有多重呢？

物理学里面，有一条不成文的规定，那就是如果一个东西没有不存在的理由，那么它就
应该存在。这听起来有点绕口。对于Higgs来说，它的质量决定于它拉氏量的质量项。
它的质量项有不存在的理由么？没有，那就应该存在。

那么，这个质量项应该多大呢？我们知道，标准模型是一个可以重整化的理论。也就是
说，这个理论在所有能量下都适用。但是，我们也知道，引力到目前为止，还是不能被
重整化的。所以，引力的能标，就给标准模型提供了一个限制。也就是说，标准模型在
引力能标以上，是不适用的。引力的能标是非常高的，叫做普朗克能标，足足有一百亿
亿电子伏。

说来难以置信，Higgs粒子自然应该具有的质量，居然是普朗克质量，也就是一百亿亿
电子伏。

简而言之，标准模型只有一个能标，那就是普朗克能标，所以Higgs的质量，要么是零
，要么就是普朗克能量。既然没有什么理由禁止Higgs的质量，那么，Higgs就是有质量
的，有质量的话，它“自然”“应该”具有的大小，就是普朗克能标。

但是，虽然还没有找到，实际上Higgs粒子的质量不可能这么大，要不然弱相互作用的
规范玻色子就不可能只有100个质子那么重，而是10亿个质子那么重了。（一个质子的
质量大概是10亿电子伏。）Higgs粒子为什么这么轻，这就是维像理论界所苦苦思索的
问题。

这个问题，就是传说中的“自然之谜”。因为其重要性，它还被冠以多个名字，比如说
“能级之谜”，或者是“精细调节之谜”。

“自然之谜”的意思是，Higgs应该是普朗克质量，为什么却这么轻呢？为什么它的质
量不是它自然应该具有的质量呢？“能级之谜”的意思是，为什么会出现100个质子质
量这个能级？为什么这个能级比普朗可能级小这么多。“精细调节之谜”的意思是，
Higgs的质量，原本是普朗克质量的，但是因为某种机制，有另外一个100亿亿电子伏的
负质量存在，两个100亿亿的大质量，相互抵消，残留下一个100个质子的小质量，好像
有一只看不见的神奇之手，把这两个超级大质量，精细的调节了一下，使得它们的差恰
好这么小。

这个三位一体的问题，在维像物理界掀起了滔天巨浪，洪水滚滚，各路妖魔鬼怪各显神
通，论文乱飞，引用率飙升，各种Higgs的变形虫纷纷粉墨登场，理论物理界最后的狂
欢，从此拉开了帷幕。