李淼

近幾年，有一項(xiàng)獎(jiǎng)金堪比諾貝爾獎(jiǎng)的新科學(xué)獎(jiǎng)，其獎(jiǎng)金高達(dá)三百萬美元，這就是設(shè)立于2012年的科學(xué)突破獎(jiǎng)，當(dāng)然，這一般會(huì)由一個(gè)團(tuán)隊(duì)或幾個(gè)人獲得。科學(xué)突破獎(jiǎng)分為生命科學(xué)獎(jiǎng)（每年最多四個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)）、基礎(chǔ)物理獎(jiǎng)（每年一個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)）以及數(shù)學(xué)獎(jiǎng)（每年一個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)）。此外，每年還會(huì)有不超過三個(gè)物理新視野獎(jiǎng)以及不超過三個(gè)數(shù)學(xué)新視野獎(jiǎng)，用以表彰年輕的科研工作者。

今年的“基礎(chǔ)物理學(xué)特別突破獎(jiǎng)”頒給了三位物理學(xué)家：意大利的費(fèi)拉拉、美國(guó)的弗里德曼和馮·紐文豪森。得獎(jiǎng)的原因很有爭(zhēng)議，他們建立了一個(gè)尚未被實(shí)驗(yàn)證實(shí)的理論。

這是一個(gè)什么樣的理論呢？通俗一點(diǎn)說，就是將愛因斯坦的萬有引力理論推廣到也許能夠統(tǒng)一其他基本力的理論，簡(jiǎn)稱超引力理論。為了稍微解釋一下這個(gè)理論，我們首先要解釋 “超引力”里面這個(gè)超字的含義。在自然界，基本粒子，如電子、光子這些粒子，按照它們的一種特性分為兩大類，這個(gè)特性就是它們的自旋。自旋又是什么呢？簡(jiǎn)單地說，每個(gè)基本粒子看上去都像一個(gè)旋轉(zhuǎn)的小陀螺。如果它們的轉(zhuǎn)動(dòng)和光子一樣，就叫玻色子;如果它們的轉(zhuǎn)動(dòng)和電子一樣，就叫費(fèi)米子。

當(dāng)然，也有自旋和光子不一樣的玻色子，例如萬有引力的引力子，自旋是光子的兩倍，還有一種著名的粒子，俗稱上帝粒子的，自旋為零。雖然這兩種自旋和光子不一樣，但都是某個(gè)基本單位的整數(shù)倍，上帝粒子的自旋是零倍，光子的自旋是一倍，引力子的自旋是兩倍，這樣，它們都是玻色子。而電子的自旋是1/2倍，與眾不同，因此它是費(fèi)米子。20 世紀(jì) 70 年代初，多名研究者獨(dú)立提出，玻色子和費(fèi)米子之間可能存在一種基本的對(duì)稱關(guān)系，即超對(duì)稱。對(duì)稱性在基礎(chǔ)物理理論中特別重要，可以說，所有基本力都與對(duì)稱性有關(guān)。因此，當(dāng)物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)超對(duì)稱的時(shí)候，他們很快就想到，超對(duì)稱可不可以用來完成愛因斯坦未完成的使命：統(tǒng)一所有基本力？

當(dāng)物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)超對(duì)稱的時(shí)候，他們很快就想到，超對(duì)稱可不可以用來完成愛因斯坦未完成的使命：統(tǒng)一所有基本力？

簡(jiǎn)單地說，今年三位獲獎(jiǎng)的物理學(xué)家，就是將超對(duì)稱拿來建立一種新的理論的人，這個(gè)理論自然地涵蓋了愛因斯坦理論，就是超引力了。這個(gè)理論除了含有引力子，還含有一種新的粒子：引力微子，它是通過超對(duì)稱與引力子關(guān)聯(lián)起來的，也有自旋，是我們上面提到基本單位的3/2倍。你看，電子的自旋是基本單位的1/2，是費(fèi)米子，那么，引力微子也是費(fèi)米子，因?yàn)樗鼈兊淖孕际腔締挝坏陌胝麛?shù)倍。

感覺超對(duì)稱可以被用來建立新理論的是弗里德曼，他建議紐約州立大學(xué)石溪分校的馮·紐文豪森一起合作研究這個(gè)問題。后來，弗里德曼在巴黎遇到了在歐洲核子中心工作的費(fèi)拉拉，接下來，三個(gè)人花了一年多的時(shí)間才找到了這個(gè)理論。

這個(gè)理論的建立引發(fā)了持續(xù)很多年的熱潮。不過，超引力理論也好，超弦理論也罷，很可能在我有生之年不會(huì)被任何實(shí)驗(yàn)證實(shí)。位于歐洲核子中心的最強(qiáng)大的粒子加速器大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)沒能找到這些理論所預(yù)言的粒子的任何證據(jù)，越來越多的物理學(xué)家開始不相信這些理論了。但有些理論家則將沒有被證實(shí)當(dāng)成“正面”的事情，他們說這些理論并沒有預(yù)言新粒子會(huì)在當(dāng)前人類能夠達(dá)到的能量之內(nèi)出現(xiàn)。

我甚至悲觀地以為，這些理論很可能在未來數(shù)百年中既難以被證實(shí)也難以被證偽。因此，我經(jīng)常勸熱心于基礎(chǔ)物理研究的年輕人不要輕易進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域。而今年的“基礎(chǔ)物理學(xué)特別突破獎(jiǎng)”注定將一直是飽受爭(zhēng)議的獎(jiǎng)項(xiàng)。