现代物理理论回答基本问题的现实

                                  作者   苟文俭                              

如《物理学基本问题探索之一》所述：现代物理学的基本问题，是指与粒子组成、或物质世界起源、或物质世界终极统一性相关的所有“是什么”的问题。对回答这类基本问题的探索，仅举回答以下四个为例，看看现代物理理论回答基本问题的现实到底怎么样。

（一）回答“物质是什么”的现实。

对物质是什么，目前除了哲学上的表述外，在一般科学论述中，就总是把有质量的客观存在之物称做是物质，而现代物理学的主流解释是：宇宙现存物质来自一次大爆炸，在经验领域则是由海森堡测不准原理给出了说法：认为物质可以在突然的能量起伏中从“空空间”出现，足够小的时空范围颇象个取之不尽的物质库，其多少可以无限制的借来暂用。

现代物理理论中，物质仿佛只是一种时空效应，而不是一种独立于演绎规则的客观存在，而理论中实际上看重的，是量度物质多少的质量取值到底应当怎样服从演绎需要。

在量子场理论中，粒子质量要受自相互作用及其他相互作用影响，在低能实验中其影响微小，但随着相互作用能量增加，这种影响就会逐渐增强。即量子场理论中的粒子质量并不是一个常数，它会随相互作用能量不同而改变，通常所说的粒子质量是指低能极限下的所谓静止质量。对夸克，服从演绎需要的质量则无法在低能条件下定义，如d、u轻夸克质量，通常就是指在2GeV附近定义的所谓常规质量。

粒子理论的标准模型中，所有基本粒子质量都源于希格斯机制。这种机制虽然从唯象方面讲非常有效，但并不能给出其数量上的具体结果。因为在希格斯场的汤川耦合中，耦合常数对于每一种费米子都有一个独立取值，至使标准模型的拉格朗日量所包含的、与质量直接有关的自由参数数目、比原先需要解释的质量参数数目还多。实际上，在粒子质量起源问题上，希格斯机制只不过把在粒子领域不能解决的问题，转稼到了完全未知的真空领域。显然，这种用未知去解决未知，完全是逻辑学的不幸。

（二）回答“物质惯性产生原因是什么”的现实

关于惯性，目前物理学能说明白的还仅仅只是知道它是什么样的物质属性，对物质为什么会有这种属性，只有一些不同猜测，其中讲的较多的是所谓马赫原理，他认为惯性来自宇宙，产生于宇宙物质间的相互作用。宇宙物质间的相互作用只有相互吸引的万有引力。如果真如马赫原理所述，惯性就只能是产生于宇宙物质间的引力，如此物质也就没有惯性质量与引力质量之分了。

我们知道，光子在引力场中也要受引力作用，表明它有引力质量，但却并没有惯性质量，因此实际中物质有惯性质量与引力质量之分。另一个问题是：实验中的粒子均产生于相同的宇宙物质作用，为什么又有惯性质量不同的粒子？事实非常清楚：说物质惯性根源于宇宙，与最基本事实不符。惯性不可能产生于有惯性物质的客体存在之外，而只能是这种客体存在自身。

（三）回答“不同性质力统一根源是什么”的现实。

在现代物理主流的规范理论描述中，力实现于规范场量子与物质波耦合，不同性质力有不同耦合强度，具体用能量标度来表征。这类理论中大多数人承认的主流演绎结果是：四种不同性质力统一的超引力能量标度为1015GeV，被认为这只能出现于宇宙大爆炸，对此数学的进一步推算还表明，在大爆炸的宇宙创生期约10-44s，这只是一个温度极高（1011～1012K）的灼热奇点，时间和空间同基本力都结为一体，成为了超引力。即超引力所代表的，就是宇宙的这种起始，此时物质连同时空是一锅还没有产生出粒子的“原始汤”，其物理过程就只受统一的超引力支配。

后来随着宇宙爆胀温度降低，超引力就会分化出引力及强力、弱力与电磁力。当到了10万年之后，宇宙进入了近期，由于质量引力的支配，宇宙由均匀态进入了有结构状态，即形成各种大尺度的星系及星系结构，并缓慢地膨胀成了我们今天生活着的模样。

我们知道，象重子Σ+ 这样的粒子，它们单个的就可以直接参与四种不同性质力作用，但使这四种力统一起来的机制，却并不存在于这些粒子个体本身，而是存在于产生这些粒子以前的“原始汤”中；这就尤如我们每个人都有吃饭、学习、听音乐、过性生活等不同生理活动，但使这些不同生理活动统一起来的机制，却并不存在于我们人体自身，而是存在于还没有产生出生命个体之前的那个“原荒时代”；这不非常的荒唐可笑？

再者，在1015GeV能量标度的“原始汤”中，时空概念没有意义，而规范理论的能量形式则发生在普通的四维时空中，这样的条件与其得到结果的逻辑前提完全各异，由此形成的力作用统一机制能明白肯定、使人心悦诚服吗？

（四）回答“基元是什么”的现实。

如《物理学基本问题探索之一》所述，基元是什么是物理学的首要基本问题。

对这个问题，上世纪六十年代开始，现代物理的主流认为标准模型已给出了答案。标准模型的基元是夸克、轻子及传递力作用的玻色子，有61种之众。但由于引力不能纳入规范理论的框架，计算又总有令人生厌的无穷大量，以后理论家们又提出：物质世界都构成于长度约10-35m、满足超对称的弦，称是超弦，并由此构建了所谓超弦理论。

为了与标准模型的量子场论自洽，就要求超弦必须在十维时空中运动，这样在满足对称变换的形式化数学表述中，就形成了五种被普遍接受的超弦理论。上世纪末，弦论家们在对五种超弦理论的对偶性研究中，又提出了统一这五种理论的M理论。M理论中，超弦是在十一维时空中运动，有人也称这样的超弦是超块，与过去相比，它在满足现代物理理论形式化数学表述的需要上更完备了。

M理论虽然非常好的满足了现代物理主流理论家们追求对称美的心理需求，也为主流理论的形式化数学表述提供了所有描述要素，但理论确又有实际中根本就不存在的大量粒子，预言的标志性粒子一个也没有被实验证实。

不论是把十维超弦或十一维超块作为基元，由于都远离了我们现实的经验领域，对基元的认识这决非是一种进步，与标准模型相比，完全是开了物理学是实验科学的倒车。

（五）现代物理学回答基本问题的严酷现实

对《物理学基本问题探索之一》所述的那些基本问题的回答，现代物理学还远远没有达到终结，全世界一流理论家们虽然也都竭尽所能为回答这些问题推动着理论的进一步发展，但熟悉现代物理理论现状的人们都明白，形成的是如下现实：

1、对进一步探索的理性化思考，总是依赖于猜测与想像，以致于在整个现代物理理论逻辑体系中，人为地制造了形形色色的矛盾与疑难，构成了观念的极大混乱，也制造了大量的先验问题。

2、从弱电统一理论、量子色动力学、规范场的大统一理论、大爆炸的宇宙标准模型，直至超弦理论及M理论，理论这样的发展确是向着未知因素增多、表述不确定性增大、可直接验证的经验实证的程度降低、理论自身制造的疑难也越来越多的方向。

现代物理理论在从规范理论的进一步发展中，回答基本问题面临的严酷现实是：离回答基本问题的距离，不是更近了，而是更显得遥遥无期了，构成了回答基本问题的严重困难。