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第44部分(第1/4 页)

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情!想想牛顿力学,想想相对论,从来没有人为了如何〃解释〃它们而操心过,对比之下,这更加凸现出量子论那独一无二的神秘气质。

人们的确有理由感到奇怪,为什么在如此漫长的岁月过去之后,我们不但没有对量子论了解得更清楚,反而越来越感觉到它的奇特和不可思议。最杰出的量子论专家们各执一词,人人都声称只有他的理解才是正确的,而别人都错了。量子谜题已经成为物理学中一个最神秘和不可捉摸的部位,Zeilinger有一次说:〃我做实验的唯一目的,就是给别的物理学家看看,量子论究竟有多奇怪。〃到目前为止,我们手里已经攥下了超过一打的所谓〃解释〃,而且它的数目仍然有望不断地增加。很明显,在这些花样繁多的提议中间,除了一种以外,绝大多数都是错误的。甚至很可能,到目前为止所有的解释都是错误的,但这却并没有妨碍物理学家们把它们创造出来!我们只能说,物理学家的想象力和创造力是非凡的,但这也引起了我们深深的忧虑:到底在多大程度上,物理理论如同人们所骄傲地宣称的那样,是对于大自然的深刻〃发现〃,而不属于物理学家们杰出的智力〃发明〃?

但从另外一方面看,我们对于量子论本身的确是没有什么好挑剔的。它的成功是如此巨大,以致于我们除了咋舌之外,根本就来不及对它的奇特之处有过多的评头论足。从它被创立之初,它就挟着雷霆万钧的力量横扫整个物理学,把每个角落都塑造得焕然一新。或许就像狄更斯说的那样,这是最坏的时代,但也是最好的时代。

量子论的基本形式只是一个大的框架,它描述了单个粒子如何运动。但要描述在高能情况下,多粒子之间的相互作用时,我们就必定要涉及到场的作用,这就需要如同当年普朗克把能量成功地量子化一样,把麦克斯韦的电磁场也进行大刀阔斧的量子化……建立量子场论(quantum field theory)。这个过程是一个同样令人激动的宏伟故事,如果铺展开来叙述,势必又是一篇规模庞大的史话,因此我们只是在这里极简单地作一些描述。这一工作由狄拉克开始,经由约尔当、海森堡、泡利和维格纳的发展,很快人们就认识到:原来所有粒子都是弥漫在空间中的某种场,这些场有着不同的能量形态,而当能量最低时,这就是我们通常说的〃真空〃。因此真空其实只不过是粒子的一种不同形态(基态)而已,任何粒子都可以从中被创造出来,也可以互相湮灭。狄拉克的方程预言了所谓的〃反物质〃的存在,任何受过足够科普熏陶的读者对此都应该耳熟能详:比如一个正常的氢原子由带正电的质子和带负电的电子组成,但在一个〃反氢原子〃中,质子却带着负电,而电子带着正电!当一个原子和一个〃反原子〃相遇,它们就轰隆一声放出大量的能量辐射,然后双方同时消失得无影无踪,其关系就符合20世纪最有名的那个物理方程:E=mc^2!

最早的〃反电子〃由加州理工的安德森(Carl Anderson)于1932年在研究宇宙射线的时候发现。它的意义是如此重要,以致于仅仅过了4年,诺贝尔奖评委会就罕见地授予他这一科学界的最高荣誉。

但是,虽然关于辐射场的量子化理论在某些问题上是成功的,但麻烦很快就到来了。1947年,在《物理评论》上刊登了有关兰姆移位和电子磁矩的实验结果,这和现有的理论发生了微小的偏差,于是人们决定利用微扰办法来重新计算准确的值。但是,算来算去,人们惊奇地发现,当他们想尽可能地追求准确,而加入所有的微扰项之后,最后的结果却适得其反,它总是发散为无穷大!

这可真是让人沮丧的结果,理论算出了无穷大,总归是一件荒谬的事情。为了消除这个无穷大,无数的物理学家们进行了艰苦卓绝,不屈不挠的斗争。这个阴影是如此难以驱散,如附骨之蛆一般地叫人头痛,以至于在一段时间里把物理学变成了一个让人无比厌憎的学科。最后的解决方案是日本物理学家朝永振一郎、美国人施温格(Julian S Schwiger)和戴森(Freeman Dysn),还有那位传奇的费因曼所分别独立完成的,被称为〃重正化〃(renormalization)方法,具体的技术细节我们就不用理会了。虽然认为重正化牵强而不令人信服的科学家大有人在,但是采用这种手段把无穷大从理论中赶走之后,剩下的结果其准确程度令人吃惊得瞠目结舌:处理电子的量子电动力学(QED)在经过重正化的修正之后,在电子磁距的计算中竟然一直与实验值符合到小数点之后第1

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