诺贝尔奖获得者、英国理论物理学家彼得·希格斯于2024年4月8日去世,享年94岁。他一生中最著名的成就是预测了理论物理标准模型中的一个关键粒子及其作用机制。
来源:爱丁堡大学官网正是因为这一贡献,他获得了2013年诺贝尔物理学奖。这种粒子在物理学中被称为希格斯玻色子,但在大众媒体中,它有一个更响亮的绰号:——“上帝粒子”。这个粒子如何成为“神”呢?是否意味着它是“上帝创造的”,或者说它在物理学中的地位等同于“上帝”?两者都不。事实上,无论从字面意义上还是比喻意义上来说,它都与上帝无关。科学界有很多不好的名字,但如果科学家要投票选出最糟糕的名词,上帝粒子这个名字可能会位居第一。
为什么科学界不喜欢它
“上帝粒子”这个名字?上帝粒子这个名字最早出现在物理学家Leon Lederman的科普书《上帝粒子》中。
不过,他在书中表示,这个名字并不是他的初衷。他原本想称其为“该死的”粒子,因为它给物理学家带来了很大的麻烦。但由于出版商强烈反对,并要求将其截断为“神”粒子,他只好同意了。对于这个新名字,他还强行给出了解释:在《旧约·创世纪》的第11章中,有一个神话,本来全人类的语言是通用的,但后来因为人类想要建造巴别塔,惹怒了上帝困惑他们的语言使人类无法相互交流。这就是巴别塔的神话(巴别塔的意思是“混乱”或“混乱”)。莱德曼表示,希格斯粒子可能是上帝创造的一种令人困惑的东西。他甚至在书中复制了这个神话,将其应用于希格斯粒子,将对撞机与当代通向宇宙之谜的巴别塔进行了比较。这种解释显然是无理的事后想法。在宗教神话中,上帝做了很多事情。再者,如果非要用这个典故的话,称其为“巴别粒子”更为合适。但无论如何,他就是这么称呼它的。这个名字传开了。在科学界,很少有人喜欢上帝粒子这个名字。虽然夸张的名字在科学上并不少见,但这个名字不仅夸张得离谱,而且还“夸张”了错误的方向。当然,希格斯玻色子与任何宗教中的神灵都没有关系,但它并不能解决理论物理中的所有问题,甚至与宇宙的根本起源没有太大关系。简而言之,它在任何意义上都与神无关。希格斯本人是一位无神论者,不喜欢这个名字,认为它可能会冒犯别人。研究希格斯玻色子的物理学家基本上一致反对这个名字。物理学家一再建议改个新名字,但这个名字最初是由大众媒体而不是物理学界内部使用的,这些建议只能是徒劳的。那么这是谁的错呢?一些观点将责任完全归咎于出版商,认为这个坏名声与物理学家无关。但事实上,考虑到当时的历史背景,莱德曼同意采用这个名字几乎可以肯定是有动机的。
《上帝粒子》本书
《上帝粒子》这本书诞生的背景不仅普及了当时尚未发现的希格斯玻色子,还大力吹捧了粒子加速器在基础物理中的作用,以及其推出的加速器——超导超对。莱德曼本人的飞机坠毁,那年我们面临“生死危机”。
莱德曼在费米实验室拍摄。图片来源:公共领域当时,莱德曼是费米实验室的第二任主任。他的前任是物理学家罗伯特·威尔逊。当威尔逊寻求资金为实验室建造粒子加速器时,他受到了原子能委员会的质询。当一名国会议员问他“这个加速器与国家安全之间是否有任何联系”时,威尔逊给出了著名的回答:“它与国防没有直接关系,只是让国家更值得保卫。”这句话极大地鼓舞了当时物理学界的士气,质询会议顺利通过。加速器的建造于1969 年10 月3 日开始,威尔逊铲起了第一铲泥土。然而,那已经是过去的事了。威尔逊本人已于1978 年辞职,以抗议资金削减。莱德曼随后接管了实验室。他竭尽全力将原来的加速器升级到1 MeV(因此更名为MeV加速器),但为了取得进一步的突破,还需要从头开始建造新的加速器。 1984年,雄心勃勃的超导超级对撞机在莱德曼的推动下启动。预计全长87公里,超高能量达到40 MeV。如果希格斯粒子存在,这个对撞机几乎肯定会找到它。时间来到了1993 年,超导超级对撞机还只是德克萨斯州荒野中一条22 公里长的地下隧道,但已经花费了20 亿美元。那时,苏联已经解体,国会已经失去了冷战的冲刺,政府债务已突破2000亿美元,新总统克林顿对其前任发起的项目并不太热心。其他领域的科学家也提出了质疑。另一个重要项目国际空间站也出现了严重的成本超支。看来两者只能选其一了。欧洲的资金被保留给他们自己的大型强子对撞机(LHC)。此外,在原定讨论超导超级对撞机资金合作的美日贸易峰会上,布什患肠胃炎,吐在日本首相宫泽喜一的衣服上,当场晕倒。随后的讨论被取消。 Lederman的书《上帝粒子》就是在这样的背景下诞生的。他希望这本书能够引起公众对高能物理领域的关注,或许还能影响国会政策,挽救他的努力。原名《神罚粒子》原本是一个非常“标题党”的名字。虽然改成上帝粒子有些夸张,但大概并没有违背莱德曼的初衷。然而,他失败了。该书出版同年3 月,《纽约时报》报道称,加速器的预计支出已增至80 亿美元。六月,该非营利组织发布了一份报告,发现对撞机资金管理严重不善。 10 月19 日,众议院拒绝了后续资助。 30日,总统签署了项目取消法案。在欧洲,大型强子对撞机于1998年开工,2008年竣工。它于2012年发现了希格斯玻色子本身,能量只有超导超级对撞机的六分之一。威尔逊建造的费米实验室加速器由于各种原因于2011年停止运行。如今,美国唯一运行的粒子加速器是位于纽约布鲁黑文的相对论重离子加速器。目前,世界上还没有任何对撞机能够达到超导超级对撞机预定的能量水平。从这个意义上来说,也可以说,上帝粒子的命名并非偶然。这个名字注定是很糟糕的,因为它承载着很多美国粒子物理学家的反感。
莱德曼梦想的巴别塔还是倒塌了,美国最终选择放弃超级对撞机。但这是否意味着有限的资金被投入到产出更多的领域,或者是否意味着本来可以改变世界的发现被流产了?这是怎么回事?这个问题只能用时间来回答。策划制作作者方刚科普作者评述丨周晓亮北京交通大学物理实验室规划高级工程师丨徐来编辑丨一诺校对丨徐来、林琳