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審視現代物理粒子質量構成機制(PM13)
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gwjian 2010-3-18 22:43:25 1 樓
作者 茍文儉
【內容提要】粒子內部存在并不遵循通常的動力學規律;現代粒子物理學中,表述強作用及弱作用的粒子內部量子場論,因為是類比粒子個體受電場力的量子電動力學的數學形式創建了,其邏輯前提完全錯誤,包括希格斯機制在內的所有數學表述都是人為的想像,根本就不是粒子內部具有實在性的物理存在。
◎ ◎
粒子質量構成是指粒子質量取值是怎么來的,這在現代量子場理論的標準模型中,它實現于希格斯機制。因此,希格斯機制也就是現代物理粒子質量構成機制。
(一)
希格斯機制是英國的彼得•希格斯及其他物理學家于1964年提出來的。首先,讓我們從歷史的角度,來看一看希格斯機制到底是怎么一回事。
在量子場理論中,對任何粒子場或力作用場,一般總用能量密度的拉格朗日函數來實現動力學表述的。在非常有效的量子電動力學中,如果對表述電子場能量密度的拉氏函數做一次相位改變(規范變換),但只要用光子場耦合(發生電磁作用),用光子場與時空求導運算子合起來主導電子場的這種改變,電子場-光子場表述的電磁現象將不會改變,從而這就在數學運算上滿足了可以用U(1)群表述的么正對稱性,以此也就能夠很方便地表述電子參與的電磁作用。
1954年,楊振寧和他的同事米爾斯大膽認為,由海森堡提出來的統一質子和中子、具有SU(2)群表述的同位旋場,就對應著核子的強作用機制,并認為與量子電動力學表述的電磁力一樣,對場的拉氏函數的任何其它相位的不變性都對應著一種相互作用。如此他們在量子場理論中首先引入了規范場,習慣也稱這是楊-米爾斯場。
但楊-米爾斯場的場量子無質量,力程無限,而實際粒子內部的強力和弱力力程都很短,使用量子力學的測不準原理,表明力作用量子質量都很大。那么,怎樣改造楊-米爾斯場,使強力和弱力的交換粒子獲得質量,從而把它們的力程變短呢?
在對該問題的多年思考中,希格斯想起了在凝聚態物理中,有一種用聲子場描寫非超導-超導相變的理論模型,受此啟發于是他設想:在楊-米爾斯場之外如果還存在一個類似的聲子場,這樣通過耦合使楊-米爾斯場的對稱發生破缺,它就可以變得是有質量的場了。這種與楊-米爾斯場耦合的類似的聲子場,即是我們現在所稱的“希格斯場”,希格斯場的激發態場量子,也就是現在LHC正在搜尋的希格斯粒子。
按照英國倫敦帝國學院和美國南衛理公會大學四位英物理學教授合作,他們解釋希格斯機制時說,希格斯首先假設了有一種只有質量而沒有其他屬性、自旋為零的玻色子,也稱是H粒子;他賦予了對H粒子場拉氏函數表述所需要的超過10個自由參數,使該粒子場在基態時并不為零,這樣由于在最低能量的“空的空間”、存在著一些本身并沒有能量的H粒子,它們都會對所有實物粒子形成作用,當外界試圖要移動這些實物粒子時,H粒子就會“拉著”不讓他們動,于是這些實物粒子的慣性就產生了,因為有慣性,這些實物粒子也就都獲得了質量。這也就是現代物理中構成粒子質量的希格斯機制。
用這四位教授后話說,所謂希格斯機制,也就是宇宙“空的空間”處處填滿了希格斯場,它要自動對實物粒子構成作用,通過對粒子可動性的阻礙使它們因為有慣性而獲得了質量。一般教科書只是解釋說,希格斯場引起電弱相互作用的對稱性自發破缺,并將質量賦予規范傳播子和費米子,同時在現實世界留下了一個自旋為零的希格斯粒子。當然,實現希格斯機制的數學過程相當復雜,這既要涉及拉氏函數的級數展開及規范變換,也還要涉及對稱自發破缺及多個自由度極化的數學處理。
顯然,希格斯機制依據基本的事實是:宇宙“空的空間”處處填滿了希格斯場,因此,宇宙四處也都自然會充斥著無限多的希格斯粒子。但奇怪的是,目前世界上粒子實驗的能量值,早已達到甚至超過了理論給出的希格斯粒子能量,但為什么老是就找不著它存在的任何蹤跡呢?
(二)
需要希格斯機制描述粒子內部存在的量子場論,有如下兩個基本的邏輯前提:
1、在粒子內部空間發生的強作用與弱作用,與在粒子外部空間個體之間的電磁作用規律相同,場的能量都可以用拉氏函數表示。
2、粒子的組成單位在粒子內部空間存在也遵循量子力學的測不準原理。
僅以下最平常的事實就可以確認,上述粒子內部量子場論的第一個邏輯前提不成立:
1、粒子自旋反映了粒子內部空間轉動,但它既不滿足狹義相對論運動規律,也無法用量子力學理解;這就是上述第一個邏輯前提不成立最直接的證據。
2、同一種粒子有多種衰變道,許多不同共振粒子又可以有相同的衰變結果,因此沿粒子衰變的逆過程再回到衰變之初,邏輯上就具有完全的不確定性;即弱變作用時間不可逆,而在粒子外部空間個體之間的電磁作用,時間總是可逆的。
上述粒子內部量子場論的第二個邏輯前提,也可以用下述普遍事實證偽。
1、因為測不準關系給出的是不可觀測、不遵守物理規律的虛過程,而場量子又總要在Δt~h/ΔE、Δx~h/ΔP的時空中傳播,由于這是測不準虛過程,這就等于說不發生相互作用的物理場,由Δt和Δx形成的時空區域不可觀測,也無規律可循。這顯然與物理場可觀測可描述的事實嚴重相悖。
2、小到原子、分子,大到天體、宇宙星系,經驗領域任何實際的有質量客體,它們運動存在的時空標度,都不是根據它們的質量、由測不準關系得到的;除粒子外的其它所有客體,固有頻率都與普朗克量子h亳無關系。即測不準關系并非是自然界的普遍規律。
我們知道,測不準關系是海森堡在分析波函數的動量或能量取值時的演繹結果,這就規定了它成立的必要條件是有物質波存在。對物質波在自然界是否普遍存在,我們并沒有邏輯上的論證,也無事實的支持。因此,在粒子內部量子場使用測不準關系,就無任何理由可言。
注意,我們說粒子內部量子場論對測不準關系的使用無任何理由可言,這并非是量子力學本身的錯誤;對微觀客體物質波存在內容的描述,量子力學是成功的物理理論。
(三)
希格斯機制是用廣泛存在后H粒子對實物粒子作用、通過使實物粒子獲得慣性,因此也就形成了粒子質量,這也有如下兩個難以自圓其說的疑難。
1、相互作用可以使粒子獲得質量,這也就使粒子獲得了固有能量,為了滿足能量守恒,作用體系的勢能會更低;這就與H粒子場是在最低能量“空的空間”發生的作用相悖。
2、這種H粒子可以把所有實物粒子拖住使其獲得慣性,那么“空的空間”處處填滿了希格斯場,它為什么又不把光子拖住使其獲得慣性呢?
還有更嚴峻的如后兩個問題:(1)粒子質量是對物質多少的量度,應該先有物質,才有物質的慣性與引力,靠H粒子把實物粒子拖住產生質量,那么質量到底是對物質的量度呢,還是對H粒子拖力的量度?(2)粒子空間區都差不多,因此,所有粒子所受H粒子的作用都應當差不多,但為什么不同粒子的質量又會有很大差異呢?
希格斯機制認為物質慣性源于外部作用,其實在一個世紀認前馬赫就說過了,他認為物質慣性就產生于宇宙物質間的相互作用;希格斯機制只不過是換了一種說法,把馬赫所說的宇宙實際存在的可見物質,換成了在“空的空間”不可見的H粒子這個神秘的小怪物。
(四)
作者以構成粒子存在的事實為依據創建的IV模型表明,弱作用體系無勢能,表述能量的拉格朗日函數不能用來對粒子內部存在做描述,粒子內部存在的可動性也不滿足經典運動學規律。作者的研究得到的結果表明:當代描述粒子內部存在的量子場論,不是以構成粒子存在的事實為依據來發現規律,而是理論家們以不成立或可證偽的邏輯前提為依據,用天才的大腦來創造規律,理論表述的并不是粒子的內部具有實在性的物理存在。
作者的研究還表明:粒子內部量子場論對粒子個體對稱存在的表述與實際相符。也正因為如此,弱電統一理論與量子色動力學能得到一些實驗支持。但這些實驗實際都源于理論對粒子個體的對稱存在的表述,而涉及粒子內部存在的所有實驗驗證均不能被確認,特別是我們決不可能觀察到帶分數電符的夸克。這就是給我們研究錯誤的嚴重警示。
再說由人為創造出來的希格斯機制,雖然它實現了理論對強作用或弱作用形式化表述的需要,在唯象方面講很有效,但因為在黑格斯場的湯川耦合中,耦合常數對于每一種費米子都有一個獨立取值,至使標準模型的拉格朗日函數所包含的與質量直接有關的自由參數數目、比原先需要解釋的質量參數數目還多。因此它并不能給出多少有用的結果,只是把在可觀測的粒子領域不能解決的問題,轉稼到了完全未知的不可觀測的“空的空間”領域,這不是解決了問題,而是進一步增加了解決問題的難度。
在作者創建的IV模型中,粒子是由基本單元V組成的V集團,而V則是由具有自主對稱存在的真空固有基本單位(V0)破缺形成的;粒子物質,則是由V0的原始物質要素(a)經轉移、在粒子V集團中的聚積;粒子質量的多少也就聚積a的多少,其取值決定于粒子V集團對實現V0確定性存在的程度。
在量子場論中,雖然使用了主要來自希格斯場的近二十個自由參數,卻并沒有建立起計算不涉及這些自由參數的所有粒子質量的有效方法,甚至理論也還不能對希格斯粒子質量大小做有確定性取值的任何預知。但IV模型確中,僅使用源于V0的四個參量,通過簡單計算,就能準確得到所有常見粒子質量。
以上的事實充分表明:由于希格斯機制是出自粒子內部量子場論數學演繹的人為創造,雖然有華麗與誘人的外表,但不僅不能最終解決粒子質量構成問題,除了給艱苦卓絕的主流理論家們“心理”安慰及體現了數學形式化的嬌姿外,實際從它那里我們什么也得不上,反而又給解決粒子質量構成問題帶來了更多的疑慮與困惑。
創建相對論的愛因斯坦、創建量子力學及量子電動力學的普朗克、玻爾、海森堡、奧本海默、狄拉克等現代物理理論先驅們太偉大了,后人崇拜他們,結果把他們的理論當成了宗教教義,終于在現代物理理論中創造出了象希格斯機制這樣的怪胎,居然還大行其道,讓全世界化近百億美元去驗證它,這既是現代科學與人類的不幸,也更使物理學為此蒙冤受屈。
盡管網上廣泛流傳了《希格斯認為LHC會很快發現希格斯粒子》的文章,也有報道說,LHC的專家說他們已觀察到了希格斯粒子的某些跡象,但作者還是堅持認為,自然界的最深處,根本就不會有對物質從外界產生慣性的怪物-希格斯粒子!


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