量子和粒子物理學何以解釋一切

第14章 親愛的,我的希格斯在哪兒

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物理女王陛下

2012年7月4日,全世界的報紙都在宣告這對科學界意義重大的一天。《獨立報》的頭版頭條是,“科學家證明了上帝粒子的存在”;加拿大廣播公司說,“粒子物理缺失的基石”已浮出水麵;《紐約時報》的一則標題是“物理學家發現了可以解開宇宙之謎的神秘粒子”。

這就是對希格斯玻色子的重大發現,每個人都迫不及待地想要解釋它有多麽了不起。然而希格斯玻色子非常複雜,我無法摘錄出有價值的新聞片段來概括它。

希格斯玻色子非常複雜,以至於1993年英國科學部長威廉·瓦多格列佛懸賞一瓶香檳,征求能夠用一頁紙解釋希格斯玻色子的科學家。[1]本書中我不打算這樣做(我更想要一杯奶昔),但我們要嚐試感受一下希格斯玻色子是什麽東西。

希格斯玻色子之所以重要,是因為它證實了科學家近50年前的一個預測。要證實這個預測,需要建造大型強子對撞機—有史以來最大的機器。

但我們怎麽知道它值得付出如此巨大的努力呢?比如說我現在可以發明一種叫“timon”的粒子,它讓你在看無聊電影時想要查看手表。我們要為此建造一台機器嗎?

想想看,理論物理學家如何知道哪些假說值得研究?有那麽多粒子、那麽多場、那麽多相互作用,我們怎樣知道自己的方程是合理的?有沒有指導新物理定律的終極法則?

答案是有的,它來自史上最傑出的不知名物理學家之一:阿馬莉·埃米·諾特。

在20世紀初,隻有兩名女性被允許在德國埃爾朗根大學就讀,她們上任何課程都需要得到任課老師的許可,諾特就是其中之一。信不信由你,她並沒有因擁有子宮而不懂數學(豈有此理?)。諾特撰寫了一係列論文,受到了德高望重的數學家大衛·希爾伯特的賞識。