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  不出意外的,今年的諾貝爾物理獎頒給了提出所謂「上帝粒子」存在的理論物理學家,這些理論工作早在一九六四年便已提出,但是一直到去年七月,實驗物理學家才宣布他們「找到」了這個粒子。當時立即有人討論,到底哪幾位物理學家會獲得諾貝爾獎,現在結果公布,也大致符合眾意。

  要談論這次獲獎的理論工作,就必須多說幾句,回顧一下近代基本物理理論的發展。近半世紀以來,物理科學家經由理論和實驗的交互演進,建立起了一個稱之為「標準模型」的理論系統。物理學家認為,我們的物質世界是由一些粒子所構成,而維持這些粒子之間的作用力有四種,那就是重力(或者說萬有引力),與我們現在生活最相關的電磁作用力,分裂原子的弱作用力,以及維持原子結合的強作用力。「標準模型」的理論,能夠涵蓋除了重力以外的三種作用力,可以說已相當程度解釋了目前所認知的物質世界。

  在物理科學的術語裏,這些瀰漫在空間中的作用力形成了場,因此有了引力場、電磁場等等說法,「標準模型」就是解釋這些場和物質粒子的一個量子理論。

  一九六四年有六位物理學家先後發表理論,討論這中間的一些問題,但是當時他們的理論並沒有受到重視,原因是「標準模型」的理論還在發展初期,並沒有碰到他們所討論的問題,後來「標準模型」有許多的進展,理論和實驗的進展都符合這個模型對於物質世界的解釋。

  量子理論認為,所有的物質現象都是不同量子場的運作,而這些運作是靠著一些微小的「粒子」來傳遞,譬如電磁作用力,就是靠「光子」來傳遞,如果看電磁作用所投射出來的光電現象,就是我們可以比較容易了解的。

  但是在早期「標準模型」的理論解釋中,這些「粒子」都認為是沒有質量的,譬如前面提到的「光子」質量就是零。後來加入應該有具質量粒子解釋的「標準模型」,雖說造成對稱性方面的麻煩,但是在近三十年前,物理學家卻找到理論預測的那些重質量「粒子」,此一重大發現也獲得了諾貝爾獎。

  這個時候一九六四年那些理論物理學家提出的想法,就變得重要了。一九六四年所提出的那些理論工作,可以說形成了一個新的量子場論,有人稱之為「希格斯場」。「希格斯場」的特別之處,是提出解釋「粒子」如何在這個場中具有了質量,同時就解救了「標準模型」原本碰到的對稱問題。

  以上的這一段說明,莫說是人一般人不容易了解,事實上許多頂尖的大物理學家也並不接受,譬如二十世紀公認的大物理學家楊振寧就是其中之一。以他的看法,這個理論所提出的「希格斯機制」之所以不被看好,主要因為這個理論所提出的數學解決辦法,有拼湊的問題,因此不是一個完備的理論,縱使現在聲稱「找到」了「希格斯粒子」,只代表這個拼湊的結果對了,卻並沒有因而更瞭解這個問題的內在道理。

  「希格斯機制」一開始的發展,便破壞了理論的內在對稱性,對於理論的猜測,長久以來一直有著「美」和「真實」的抉擇問題,而像楊振寧等的大物理學,一向服膺的真理,就是「美」比「真實」更加重要。

  這一次此一理論工作的得到肯定,主要是因為去年找到了「希格斯粒子」的實驗成果,那個工作是幾千名實驗物理學家,耗費百億美元以及超過十年時間完成,其中固然有許多技術成就,值得稱道,但是如果以驗證理論的方法來看,在數以億萬計浩瀚煙緲訊號中,重建其衰變模式統計效應而得到的証據,是否能如一些看法所言,給高能實驗物理帶來新的黃金時代,恐怕還在未定之天。

  雖然這其中最根本的問題,並沒有解決,但是這一次的諾貝爾獎,還是頒給了最早提出此一想法的兩位理論物理學家,這中間的一個原因,恐怕也是因為耗資龐巨社會資源的粒子物理實驗,如果再得不到諾貝爾獎桂冠的肯定,不但此一領域過去的輝煌榮景,難再維持,甚至諾貝爾獎給科學帶來尊榮的象徵性,也將會受到傷害。

  粒子物理實驗的現實困境,在上一個世紀九○年代已經出現。當時美國計畫建造的一個大加速器,事實上比這一次科學發現所在地瑞士的加速器,能量更高,視野也更大,但是因為經濟條件的限制,最後落得的是一個攔腰斷腕的結局,面對當前世界經濟景況,經費支援的困窘,此一玄奧虛渺的科學,又如何得到社會的支持?

  物理學界一些科學大師過去也嘗評論,認為二次戰後粒子物理理論的發展,以及其不斷建造的日益巨大加速器,事實並不是科學發展的一個常態現象。這個領域之所以能得到社會逾於所期的支持,有源於二戰原子武器發展的餘緒,也有二戰之後對科學樂觀氣氛社會條件的配合。楊振寧三十年前對於這個領域所作出的「盛宴已經終結」評價,可說是一個鮮明的註腳。

  現在科學樂觀時代日遠,經濟發展面臨瓶頸,人類社會著重於實際經濟效果的氛圍,已是主流。諱莫難喻的粒子物理,雖說拜一個雅俗共賞「上帝粒子」的名號,又得到諾貝爾獎的加持,似乎是見到了短暫的高潮,但如果深究內裏,恐怕這些喧囂榮景,都只會是一個迴光返照的落日餘暉。

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江才健

江才健

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《知识通讯评论》发行人兼总编辑;并在台湾大学新闻研究所以及台大、中央、阳明、辅仁大学讲授“科学在文化中的定位与挑战”课程;台湾科技大学驻校副教授级专家。作品有:《大师访谈录》、《物理科学的第一夫人—吴健雄》、《规范与对称之美—杨振宁传》(获2003年科学类著作金鼎奖)、《科学梦醒》(获2010年金鼎奖最佳专栏写作奖、2011年获第三届星云真善美新闻传播奖、传播贡献奖)

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