当代物理学探索基元的回顾

                                                           作者  苟文俭

构成物质世界的最基本单位，显然也即是组成粒子的基本单位，一般就称是基元。有物质的客观存在之物，作者也称是客体。

现实的物质世界非常明确地给出了如下两个经验事实：（1）大的客体总是由较小的客体组成；（2）高度的和谐，表现出了行为的统一性。

上述这两个经验事实，自然给予了理论家们如下的理性思考：（1）组成上，现实物质世界的所有客体一定会有最小的组成单位，即现实世界一定存在有基元；（2）现实所有客体表现出的行为统一性，归根结底只能形成于基元；因此，表述物质世界行为统一性的理论，就只能以基元及其存在为依据。即表述物质世界行为统一性的理论，其描述依据和逻辑前提，就只能是基元及其存在。

（一）

实际上，认为物质世界构成于基元的思想，可以追溯到古代的“原子论”；这也是现代物理学的主流观念。

现代物理主流理论中，表述物质世界行为统一性的理论，先是上世纪六十年代创建的规范场的标准模型。在该理论中，认为基元就是夸克、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之中，计算中又总有令人生厌的无穷大量，标准模型并不能真正成为表述物质世界行为统一性的理论。到了上世纪八十年代，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，并构建了不同的超弦理论。上世纪末，弦论家们在对五种超弦理论对偶性研究中，又构建了统一这五种理论的M理论。M理论中，超弦要在十一维时空中运动，有人也称这样的超弦是超块。

如上所述，表述物质世界行为统一性的现代物理主流理论，如标准模型或超弦理论，其描述依据和逻辑前提，确实也就都是它们各自的基元及其存在。

（二）

夸克是盖尔曼等人在研究强子具有对称存在的多重态时，于1964年提出来的强子组成单位。开始，夸克只是作为满足强子八重态的一种数学结构，后来由于把它看成更小粒子时，在理论解释上不断取得了成功，很多物理学家们便相信，夸克就是构成强子的更深层次的粒子基元。以夸克为基础的标准模型虽然取得了辉煌成就，但它对基元的探索却存在以下两个显而易见的缺陷：

1、它的基元有61种之众，完全与物质结构层次越深、构成单元越少的经验规律相悖；

2、所有这61种基元，都来理论数学形式化表述的逻辑需要，也就是说，标准模型基元作为描述依据和逻辑前提，来自标准模型的数学表述的逻辑需要，这就成了典型的逻辑循环论证。因此，从逻辑学的角度，标准模型基元无实际意义。

也正因为这些显而易见的问题，以夸克为描述依据的标准模型，它最终不能成为有效表述物质世界行为统一性的理论。

再看超弦理论：它可以把标准模型表述的不同力的耦合常数汇聚到一起，也具有十分优越的重正化性质，还可以描述引力，而且也用超弦这一种基元，取代了标准模型的几十种基元，实现了所有粒子的终极统一。因此在对物质世界行为统一性的形式化表述方面，与标准模型相比超弦理论是向前迈进了一大步。

但理论家们对超弦的认识中，首先是用牛顿万有引力恒量G、普朗克作用量子h/2л、真空中光速c等自然常数，使用[ch/（2лG）]1/2计算得到了一个质量取值（约1019Gev），再根据量子力学测不准原理，认为约10-35m及10-44s的范围，也就是超弦存在的时空。

在这种计算中，引力恒量G是在完全不满足量子论的条件下使用的，计算到的质量取值（约1019Gev）根本就不是任何一个真实的客观物，对它使用物质波满足的测不准原理，这一点依据都没有。实际上，我们根本就没有任何证据证明现实存在中有超弦；超弦实际是理论家们人为制造出来的。因此，尽管在形式化表述方面，与标准模型相比超弦理论有优势，但由超弦产生出的粒子，低能时就有数万种，还可以无限制增多，预言或需要的粒子，实验中一个也没有找到。

与标准模型有实验支持相比，超弦及超弦理论完全是开了物理学是实验科学的倒车；对物质世界行为统一性的形式化表述，超弦理论的优势毫无实际意义。

（三）

基元应当是构成物质世界的真实客体，因此，我们对基元的认识，就只应该以物质世界普遍的经验事实为依据。当代物理学探索基元的上述事实说明，不论是标准模型基元或是超弦，它们的存在都是数学分析的产物，都只是一些由数学定义的概念组合，是抽象的概念模型，在理论的形式化数学表述中，也就完全失去了基元自身形成的边界条件的限制，演绎实际只能靠猜测和想像，在现代物理理论中构成了形形色色佯谬与逻辑悖论，形成了观念的极大混乱，从而使现代物理理论的主流探索，完全是朝着未知因素增多、表述不确定性增大、可直接验证的程度降低、制造的疑难不断增多的方向发展。

现代物理主流探索的实践充分说明：当代实现物理理论创新的当务之急，就是应当在经验领域用事实去重新认识具有实在性的基元及其存在，并以此为依据，重新构建起表述物质世界行为统一性理论的描述依据及逻辑前提。