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杨—米尔斯非阿贝尔规范场理论是标准粒子物理学的重要基础,其核心概念是定域规范不变性。杨振宁和米尔斯当初提出定域规范不变性理论,完全是出于美学上的考虑,不是为了解决什么具体的粒子物理学问题。他们考虑的问题是,电磁场理论有整体规范不变性,粒子物理学是否存在更广义的对称性呢?于是就提出了定域规范不变性,说到底它只是物理学家的一种信念,而且是一种在当时就缺乏物理基础的信念。

问题在于如果规范场粒子有质量,非阿贝尔规范场的拉氏量就没有定域不变性。为了使规范场粒子有质量同时又保持定域不变性,就需要引入希格斯机制。这就是希格斯粒子的前世因缘,它与定域规范不变性是捆绑在一起的。如果定域规范不变性不成立,希格斯粒子就没了准生证。

许多物理学家实际上不清楚这种因果关系,以为定域规范不变性是量子场理论能够重整化的必要条件。事实上如果不采用非阿贝尔规范场,而是采用阿贝尔规范场构造粒子物理学,理论未必就不能重整化。因此对于重整化而言,定域规范不变性不是必要条件。例如,量子电动力学是可重整的,但它只有整体规范不变性,没有定域规范不变性。

我早年学习规范场理论时,对希格斯机制深恶痛绝,觉得它就是一堆数学垃圾,即繁琐又无聊。它是物理学家为了摆脱理论困境而捏造出来的东西,在现实中根本不可能存在。美国哈佛大学物理学教授,诺贝尔奖获得者格拉肖则把希格斯机制称为“厕所”,说它是用来冲洗现有理论的不一致性的东西。我觉得这个比喻相当恰当,物理学家把所有他们不想要的东西都通过希格斯机制清空掉。

粒子物理学本来没有这种对称性,却非要说有对称性,并靠拉郎配硬性拼湊起对称性。然后又来个真空对称性破缺,把它变成没有对称性。粒子本来有质量,却非要说它们没有质量。然后再耍点数学把戏,把它们又变成有质量。有必要这样折腾吗?自然本性会是如此吗?物理学家可以爱怎么玩就怎么玩,但自然界不会陪你玩。

2004年我写了一篇论文,证明希格斯粒子不存在。内容大意是,量子场论中场的拉氏与场方程是两个不同的概念。杨—米尔斯理论只证明无质量的非阿贝尔规范场拉氏量具有定域规范对称性,并没有证明非阿贝尔规范场的运动方程也有定域规范不变性。然而容易证明,非阿贝尔规范场的运动方程在定域规范变换下实际上不能保持不变。通过限制群参数的自由度,可以把运动方程所谓的完全定域规范不变性弱化成不完全定域规范不变性。由此可以消除希格斯机制,理论仍然可以重整化。因此标准粒子物理学中希格斯机制是不必要的,希格斯粒子实际上不存在。

文章写成后向国内外多家杂志投稿,都被无正当理由拒绝。其中向新加坡的《International Journal of Theoretical Physics》投稿经历颇为搞笑。该编辑部的第一次审稿意见近乎胡说,我要求找个水平高一点的人再审。编辑先生来信同意,并说已将文章送给在瑞士的欧洲核子研究中心的一位理论物理学家看。三个月后仍然没有见到答复,我写信问编辑部,答复说那位仁兄不肯给评审意见。我叫他们另外找人,过三个月再问,发现登陆不了他们的网站。想来可能仍然无人愿审,编辑大人怕我难缠,就偷偷地把我的账号取消了。

此后,我忙于相对论和宇宙学的研究,不再操心希格斯粒子的事。直到2013年,欧洲核子研究中心宣布,在超导对撞机上发现了拟似希格斯粒子的粒子。2014年,希格斯教授因提出希格斯机制而获诺贝尔奖。希格斯粒子从垃圾桶华丽转身,金蝉蜕变,真的成一切物质的质量之源,并被冠以“上帝粒子”的尊号,让我觉得莫名其妙。

接下来就热闹了,欧洲核子研究中心身心皆疲,为了几个希格斯粒子搞得快散架了。国际上有人说大伙合资,弄个大型直线加速器,找更多的希格斯粒子玩玩。中国物理学界的大佬们则财大气粗要单干,想自己弄个希格斯粒子工厂搞批发。在我的新浪博客上,有些朋友问我如何看这个问题,你不是说希格斯粒子不存在吗?我说我会给大家一个答复,但请再等几天。

今年5月,本人拙作《第三时空理论和平直时空中的引力和宇宙学》出版后,我有空回过头重新考虑希格斯粒子问题。经过一段时间的研究,我发现杨¬—米尔斯非阿贝尔规范场理论存在更大更多的问题,并写成《定域规范不变性不成立与希格斯粒子不存在的证明》一文。文章的结论是,定域规范不变性根本不成立,弱电统一理论无法用非阿贝尔规范场构建,只能用阿贝尔规范场构建。至于希格斯粒子,则更是流云神马了。实验物理学家的弹冠相庆变成一场空欢喜,希格斯粒子生而复死,只是希格斯先生的诺贝尔奖退不回去了。

关键问题之一是,物理学家忽略了一个事实,即非阿贝尔规范场方程至今没有找到任何解,我们甚至不知道这个方程是否有解。这是标准粒子物理学尚未解决的一个最基本的问题,它曾被美国克雷数学研究所作为千禧年的七个重大数学未解之谜,悬赏求解,而轰动一时。

因此,目前的粒子物理学理论只考虑非阿贝尔规范场拉氏量的性质,不考虑场方程及其解的性质。由于场的运动方程比拉氏量更本质、更重要,这里就隐藏了一个巨大的隐患。如果粒子物理学理论与非阿贝尔规范场方程及其解的性质有矛盾,就会出现严重的不一致性,甚至导致理论体系崩溃。标准粒子物理学理论恰恰面临这种局面,具体地说主要存在以下5个问题。

1. 标准粒子物理学理论采用相互作用表象,计算跃迁几率时需要事先知道自由粒子运动方程的解。由于非阿贝尔规范场方程至今没有找到解,目前是用指数形式的自由粒子波函数代替非阿贝尔规范粒子的波函数构造相互作用哈密顿量并计算费曼图。非阿贝规范场的传播因子与运动方程的非线性项无关,与阿贝规范场的传播因子实际上是一样的。这些事实说明,标准粒子物理学实际上没有用非阿贝尔规范场做计算。定域规范不变性等同虚设,实际上并没有得到实验的支持。

2. 现有非阿贝耳规范场理论只证明无质量的自由粒子规范场的拉氏量在规范变换下保持不变,并没有证明规范场运动方程在规范变换下也保持不变。由于自由场的波函数是由运动方程决定的,不是由拉氏量决定的,运动方程的规范不变性是更重要的。本文证明非阿贝尔规范场的运动方程对规范变换不能保持不变,因此非阿贝耳规范场理论的定域不变性实际上不存在。

3. 弱电统一理论用非阿贝尔规范场与阿贝尔规范场的线性叠加构造W、Z粒子和光子的波函数。由于非阿贝尔规范场运动方程是非线性的,其解的线性叠加不再是原方程的解。由此会导致四组约束条件,以至于四个规范场要满足八组方程。这显然是不可能的,除非它们都是阿贝规范场,运动方程满足解的线性叠加。因此弱电统一理论实际上无法用非阿贝尔规范场来描述,只能用阿贝尔规范场来描述。

4. 由于电磁势和非阿贝尔规范势本身都不是定域规范不变的,强、弱和电磁相互作用的拉氏量和规范场的传播函数都是没有定域变换不变性的,因此粒子物理学的大多数相互作用过程都不存在定域规范不变性。这两个因素其实是最直接的,搞理论的人只要稍留心,一眼就能看出。奇怪的是,至今没有人看出来。

5. 由于定域规范不变性不成立,希格斯机制就成为多余,作为其他粒子质量起源的希格斯粒子就是不存在的。欧洲大型强子对撞机上发现的,所谓的希格斯粒子到底是什么?是某种已知中性粒子的高能共振态,还是新物理粒子?物理学家需要重新考虑。

事实上按照现有理论,其他粒子的质量是通过与希格斯粒子的相互作用来确定的。但相互作用常数是未知的,仍然需要实验来确定。在实验上确定相互作用常数与测量粒子的质量是等价的,因此希格斯机制作为质量起源只是一个形式的东西,实际上是没有用的。

根据实验,希格斯粒子的质量约为125GeV,是所有已知粒子中最大的。轻子的质量非常小,比如电子的质量约为0.5MeV,是希格斯粒子质量的25万分之一。如果中微子有质量,二者的差别就更大。如此小的质量需要以如此大的质量作为起源,等于说跳蚤的质量由大象的质量来确定,是非常荒唐的。

按照欧洲大型强子对撞机的实验结果,希格斯粒子产生的概率非常低,大约为万亿分之一。这是一个什么概念呢?地球上的人口是约70亿,1万亿相当于约143个地球的人口。在143个地球中发现一个另类的人,谁会在意呢?而且到底是不是另类,谁知道呢?要使如此低概率的粒子成为宇宙中如此众多的,稳定和不稳定的粒子的起源,机理何在?除非每个粒子转化成其他粒子时,都以希格斯粒子作为中介,否则是无法认为希格斯粒子是其他粒子的质量起源的。

因此,实验物理学家们请等一等,先请理论物理学家们弄清楚,欧洲核子研究中心的实验曲线上冒出来的那个小泡泡到底是什么,然后再考虑是否要建大型直线加速器和希格斯工厂之类的东西。

《定域规范不变性不成立与希格斯粒子不存在的证明》文章可在以下网址的《量子与对称》栏目中下载:www.mxcphy.cn。本人欢迎讨论,邮箱:mxc001@163.com。

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