标准模型并不能有效解决它的基本问题(专题二)
2012-09-28 10:12:47
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——就希格斯玻色子致全球知识界的公开信(二)

作者  苟文俭

标准模型见本公开信系列《(一)》的介绍,仍记为SM。

物理理论描述的都是现实中的实际存在,对此就称是物理理论描述对象。SM的描述对象是粒子实际参与的强、弱、电这三种作用,属于粒子的动力学存在。

用数学表述的物理理论描述对象的规律、如果与描述对象的实际存在完全一致,就称是有效数学表述。物理理论对描述对象的规律做有效的数学表述时,都会涉及下文(一)所述的三个问题,它们就称是物理理论的基本问题。

下文(二)的论证充分说明:SM并不能有效解决它的基本问题。

(一)

物理理论描述对象的规律都要使用数学表述。如QM,它的描述对象是微观粒子运动,对其量子化规律所做的数学表述,就有求解波动方程、用波函数Ψ猫述微观粒子运动的波动力学,以及将运动方程中的坐标与动量当成算符,使用矩阵运算的矩阵力学。

物理理论的基本问题,是对描述对象的规律做有效数学表述决定的,有如下三个:

1、描述对象是怎样形成的?数学表述的边界条件,确定具体计算初始条件的依据是什么?前者是总结发现描述对象规律的依据,后者则是数学表述有确定性的保证。

2、描述对象规律的数学方程是什么?这是对物理规律做有效数学表述的基础。

3、数学演绎的数量化结果、与表述对象之间的实际关系到底怎么样?这是检验物理规律数学表述是否有效的依据。如在电子束缚态的边界条件下求解QM的波动方程,就可以得到原子中价电子实际定态运动的分立的量子化本征谱,这也就证明了QM对微观粒子量子化规律的数学表述有效。

对上述这三个问题,牛顿力学、经典热力学、麦克斯韦电磁理论,以及QM及SR等等都有明确有效的答案,对此就说这些物理理论都能够有效解决它们的基本问题。

对一个物理理论,只有能够有效地解决它的基本问题,物理规律的数学表述才具有有效性,这样的物理理论也才值得我们信赖。

(二)

对SM中描述强作用的QCD、及描述弱作用的电弱统一理论,它们对自身基本问题解决的简要情形如下。

1、强、弱作用是怎样形成的?对强、弱作用表述的边界条件,以及具体计算中确定初始条件的依据是什么?这些在SM中就并没有与实际相符的有效答案。

QCD描述的强作用形成于带色夸克之间相互传递了色胶子,强子整体无色荷。注意这是类比QED的强作用形成原因,而实际的强作用则是发生在原子核内无色的核子之间,虽然也有使用QCD描述核子强作用的所谓新核理论,但QCD的强作用渐近自由,与核子之间实际强作用的近程排斥、中程平衡、远程吸引的事实完全相悖。

电弱统一理论描述的弱作用与电磁作用类似,也形成于有弱荷的粒子之间相互交换了弱规范粒子。这也是类比QED的弱作用形成原因。该理论中弱荷为中性,不可能必然排斥,这就完全有可能象其它作用那样也可以构成束缚态。参与弱作用的任何粒子均无束缚态。即电弱统一理论中的弱作用形成原因、与实际弱作用始终不能构成束缚态的事实完全矛盾。

QCD与电弱统一理论中表述强、弱作用的边界条件,以及具体计算中确定初始条件的依据,要涉及轻子与夸克为何只有三“代”,强、弱作用的耦合具体是怎样实现的,参与耦合的相关粒子分布规律是什么,为什么不同轻子与夸克会有如此的差异,等等这些非微扰问题,QCD及电弱统一理论均不能做任何回答。

2、对强、弱作用体系的动力学方程是什么,QCD及电弱统一理论都只能做一些猜测,虽然也有表示体系能量的拉格朗日量,也都能够根据猜想与假设做规范变换,但所有这些变换都只有抽象的数学表述意义,根本不知道这些变换在粒子动力学存在中表示的实际存在到底是什么。

3、对强、弱作用的具体计算,本公开信系列《(一)》的结论是:SM总是让人为的计算服从实验结果,如果完全从规范对称变换的第一性原理出发,它们并不能做与实际相符的任何有意义的计算;SM自身并不具有计算的有效性。

上述事实就清楚说明:QCD及电弱统一理论根本不能有效解决它们自身的基本问题。也即是SM不能有效解决它的基本问题。

(三)

用g表示不同作用的耦合系数。SM中g是随作用体系动量变化的曲线。在同一动量坐标系中,如果不同作用g的演化曲线相交于了一点,就视为是这些作用实现了统一。当代主流的超对称理论给出的强、弱、电、引力作用统一的能标为10^19Gev,推算说这只能出现在宇宙大爆炸的10^-44秒瞬间,随后引力便首先分离了出来;到了10^-36秒,温度降到强、弱、电三种作用统一的能标10^15Gev后,就会再发生强作用与电弱作用的分离。

上述主流物理理论的不同作用统一,是指它们的强度相等,称是不同作用强度统一。不同作用这种统一的力程也特别小:四种力统一的力程为10^-36m,强、弱、电作用统一的力程则是10^-28m,它只是原子核中核子观测半径的约万万亿分之一。

现实世界,与不同作用统一相关的实际存在事实是(符号“^”表示上标):

1、任何一个带电的不稳定强子,都会参与四种不同性质作用,它们实际都是同一个粒子动力学存在的不同方面。即四种不同作用的实现机制、有属于同一个粒子动力学存在的统一性;对此就称是不同作用机制的统一。

2、正、负电子对撞产生出不稳定强子,也就实现了从电磁作用到强、弱作用的转变。通常能量条件下的粒子对撞及不稳定粒子衰变,随着不同种类新粒子的产生,也就实现了不同作用的相互转变;对此就称不同作用相互转换的统一。

不同作用机制与相互转换的统一,是不同作用统一的实际存在,其主要事实是:(1)都是通常的能量条件;(2)总是以粒子为单位,发生在粒子之间;(3)作用强度差异巨大,如同样具有无限长程性的电磁作用与引力作用,其强弱程度就相差了约33个数量级。

显然,不同作用统一的实际存在的事实,都与不同作用强度统一的高能标、极小力程完全相悖。由此就自然有如下的合理结论:

当代主流物理理论中不同作用强度统一,相对于粒子的动力学存在,它所做的数学表述与计算,都只是远离了实际存在的纯粹的数字游戏。

(四)

考虑SM只表述了强、弱、电三种作用统一,而不是实际的四种作用统一,因此相对于粒子动力学存在,SM只是对其部分内容做了纯粹的数学表述。

相对于粒子动力学存在,SM数学表述远离了实际存在,并不真实,对此就称是非实在性。即主流的SM对强、弱、电三种作用的强度统一,其数学表述具有非实在性。

物理学是实证科学,这就特别要求:它的数学表述必须与描述对象的实际存在保持一致,对任何涉及具体问题的计算,理论自身都应当提供有确定意义的初始条件,以此实现的自主计算结果都应当与描述对象的实际存在相符,而不是人为的计算服从实验测量。

语言只是人类相互交流的一种语言形式逻辑工具,相样,数学也只不过是人类相互交流的一种数量演绎逻辑工具,它们都具有人为的抽象性,而不具有物理学的实证性。

实际上,数学并不是自然科学,纯粹的数学表述当然也绝不是物理理论。

还容易理解,也正因为SM数学表述的非实在性,它才不能有效解决它的基本问题,才不可能依据第一性原理对强、弱作用的具体问题做有效计算。

注意本公开信系列《(一)》的论述还证明:SM对粒子动力学存在对称性的唯象分析虽然很成功,但并不是粒子动力学存在对称性的实际存在,同样也具有非实在性。

我们知道,QM与SR对各自基本问题的解决都很有效,QED在使用了对相关动力学量重整化的人为定义后,它的数学计算也与电子参与电磁作用的实际相符。QM与SR、及它们综合形成的QED都值得我们信赖。但以QED为模板创建的QCD及电弱统一理论,以及SM,它们不论是数学表述还是唯象分析,为什么又都具有非实在性呢?对此,在本公开信系列《(五)》将做具体回答。

(五)

作为当代的主流与时尚,SM有如下非常突出的两面性。

1、如本公开信系列《(一)》所述,它具有很好的可验证性,形式化体系简洁、优雅、漂亮,对数百种纷繁杂乱的粒子,也做了卓有成效的分类;这些也都是它成功的一面。

2、另一方面,对作用体系动力学量的微扰计算总会有无穷大、需要有不知来自何处的众多自由参数、不能包括引力、有自然性问题及微调问题等等这些涉及物理本质的问题,同时也还有如无法准确计算粒子质量、无法理解宇宙为什么只有正物质星等一系列难以解决的诸多疑难,也就构成了SM失败的一面。

综合已有的证据容易理解:构成SM失败一面的根本原因,是它用纯粹的数学表述代替了物理理论描述对象的实际存在,不论是数学表述还是唯象分析都具有非实在性;对此也称是它具有了非实在性的丑陋本质。对SM成功的一面,因为无法改变它远离了描述对象的实际存在,无法改变非实在性的丑陋本质,只不过是一种靓丽的外在假象。

随着人类社会的进步、认识的进一步发展,相信人们最终会看透SM成功一面的假象,识别它在简洁、优雅、漂亮的纯粹数学包装下非实在性的丑陋本质!

                                       完成于2012-09-03 

  

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