高能物理的没落

对一般公众而言，高能物理也许是个神秘而陌生的名词。然而只要提到夸克、黑洞、大爆炸，你可能就该点头了。没错，它们不仅是科普书用来吸引眼球的工具，也是高能物理中的重要概念。（不止一次，当我说到高能物理时，对方问我，“就是原子弹和氢弹吗？”我只好说，这些能量还不够高。）

简言之，高能物理关注的对象是微观世界。在极端微小、极端高能的环境中，相对论和量子力学的效应将占统治地位。那是一个与我们的生活经验迥异的世界。另一方面，宇宙早期和黑洞附近的物理也处于高能区，因此广义上说，它们也算是高能物理的范畴。

如果从1897年J. J. Thomson在阴极射线中证实电子的存在算起，高能物理至今已有100余年的历史。从J. J. Thomson以后，各种新奇的实验结果在20世纪初集体爆发。特别是放射性的发现，使人们真正开始关注原子这个从未被探索过的领域。而恰好在此时，相对论和量子力学的理论粉墨登场，为理解高能现象提供了有效的工具。高能物理作为一个新的领域，到这里逐渐成型，并迅速进入它的黄金时期。

随后的故事在一般科普书上都能找到。无论从理论上还是实验上，高能物理学家的视野随着能量尺度迅速扩张，从最初的keV、MeV，直到今天的TeV，横跨9个数量级。在此期间，无数新粒子从对撞机中被产生出来，于是和门捷列夫当年的工作类似，物理学家开始寻找新的“粒子周期律”。这个工作在70年代基本成型，它就是粒子物理的“标准模型”。随后的八十、九十年代，是“标准模型”的精确测量时期。到今天，标准模型的绝大部分预言，在对撞机上以千分之一左右、甚至以上的精度被证实了。

故事似乎到此结束。也是从80、90年代开始，伴随着巨大的成功，高能物理迅速走向衰落。它的辉煌如今已让位给凝聚态物理。据说，全世界三分之一的物理学家的专业是凝聚态物理。当然，相对于其它学科，整个物理学也进入了持续的衰退期。某些喜欢下结论的同学叫嚷，二十世纪是物理学的世纪，而二十一世纪是生物学的世纪。的确，对此我不否认。

高能物理为什么会衰落？这似乎不是问题。任何一个学科总有它的黄金期，也总有它的低迷期。我们所能问的是，为什么是此时？

如果你身处物理专业的圈子内部，也许你已经听到过无数种答案了。比如，最常见的回答是，高能物理学在今天进入到一种尴尬的境地：能量太高，以至于无法用实验检验；还有人说，只有一个标准模型，剩下的事情无非是修修补补。总之，缺乏足够的实验证据时，理论的发展会遇到各种困难。

这些流行的答案大抵来自物理专业领域的专家，包括高能专家和凝聚态专家。但是，对问题的某些貌似合理的回答，有可能更加遮蔽、而不是揭示了真相。

科学的专业化从18、19世纪起步，到20世纪已经进入高度成熟的阶段。从此开始，独立生长的科学便成为历史。这意味着，某些并非出自科学自身的因素，将隐性地决定科学向何种方向、以怎样的方式、以怎样的速度发展下去。

以高能物理为例。早期的核物理实验只需在一间小实验室中即可完成。卢瑟福、居里夫人的经典工作都是如此。然而在几十年之内，高能实验的规模就随着能量量级的迅速攀升而膨胀起来，以至于发展到今天动辄方圆27公里大小的实验装置。如果没有强大、高效的团队合作，没有足够的资金支持，这一切都是难以想象的。这些规模化实验的先决条件如何得以实现呢？历史告诉我们，国家的投入与组织至关重要。说到这里，如果你认为高能物理的唯一任务就是探索自然最基本的奥秘、寻找更深刻的理论——就像通常的宣传那样，你马上就会遇到困难：政府凭什么在贫困和饥饿尚未远离我们之时，还会将巨量资金投给那些为了满足无厘头的好奇心而搭建的巨型怪物？

事实上，当更仔细地考察历史后，我们将会得到一个令那些被惯常的宣传所蛊惑的头脑感到沮丧的答案。那就是，高能物理在二十世纪以近乎疯狂的速度发展起来，无非是因为各国政府在其背后的各种军事考虑。虽然对此更有说服力的解释应当建立在对历史上各国相关政策详细考察的基础上，但是我们在此处的猜测也并非空穴来风：只消注意到高能物理的飞速发展时期恰好对应于二战前后、以及冷战时期这一事实就已足够。不仅如此，我们还知道，高能物理的衰落期恰好在冷战结束前后到来。而与此同时，凝聚态物理、以及生物医学技术这些在和平年代显得更为重要的学科则迅速进入黄金时期。难道这一切都只是巧合？

的确，这些事实也许并不能说明科技政策的转向会决定性地影响一个学科的发展。但是我们还得注意到，科学发展的风向转变，并不是一个孤立的事件。因为，强大的集体潜意识不仅有能力把持具体科学发展的兴衰，还会动用各种舆论手段将这些既成事实拼命合理化。于是，我们就会听到上文提到的那些对高能物理衰落的解释。

其实仅从学科内部，这些解释也并非无可反驳。一般来说，一种学科只要能提出有意义、有价值的问题，就意味着它仍然具有生命力。在高能物理中，暗物质与暗能量的问题就是如此：它们都是理论与实验强烈冲突的地方，从而也是新知识的生长点。所以，说高能物理如今无事可做，显然是不负责任的说法。

然而话说回来，我们也得承认，历史上惨遭意识形态绑架的高能物理，它辉煌的历史也是灾难的历史。它制造了一次次核爆炸，引起了无数的死亡、伤痛和恐慌，在那些人类的梦魇中，它不经意地变成了帮凶。

如今，我们已经无法期望理论物理能如数学那样纯粹，尽管它那些美好而迷人的理论仍然在震撼着无数人的心灵。物理学家需要在现实与理想之间寻找出路，也许这寻找的过程是痛苦的，但也许，这现实与理想间的巨大张力，也正是理论物理区别于纯数学的刺激之处。

我想引用生物史家Stephen Gould一段有趣的讨论作为结束：

“科学就是一种通过社会嵌入的活动。它凭预感、远见和直觉向前发展。它的许多随时间发生的变化并不是记录一条越来越接近绝对真理的进路，而是记录如此强烈地影响科学的文化背景的风云变幻。”

 

今天的音乐是Maisky以大提琴演绎的三首俄罗斯小品：

1、The Lark（云雀）by Glinka

2、None but the lonely heart （只有孤独的心）by Tchaikovsky

3、Night（夜）by Rubinstein

点此下载。它们来自DG的唱片：

这三首都是经典的歌曲，其中第三首根据普希金的诗写成。Maisky本就以演奏小品见长，在这张专辑中，他如歌唱般的风格呈现出一种浓厚的感伤和忧郁。