模型缔造者温伯格,带着未见新物理的遗憾走了

作者: Matt Valentine

来源: 返朴

发布日期: 2021-08-05 08:00:00

史蒂文·温伯格是当代最杰出的物理学家之一,他因提出电弱统一理论而获得诺贝尔物理学奖,对物理学领域产生了深远影响。温伯格在粒子物理学和宇宙学领域有重要贡献,他的研究和著作影响了多代物理学者。温伯格在采访中表达了对物理学发展的深刻反思和对未来的期待,尽管带着未能见到新物理的遗憾,他仍然对科学充满热情。

当地时间2021年7月23日,当代最杰出的物理学家之一史蒂文·温伯格(Steven Weinberg)逝世,享年88岁。温伯格因提出了电弱统一理论而获得了1979年诺贝尔物理学奖。以此为基础,基础物理学被彻底改变了。在一次理论物理学家的聚会上,同事称他是模型缔造者(model builder),而温伯格只谦虚地表示,“在我的一生中,我只构建了一个模型”。

在许多人看来,温伯格最伟大的遗产是他对物理学领域的卓越远见,他能把复杂的理论以全新的方式重构并解释,其睿智且独特的思想以及丰富的著作影响了几代物理学者,并将持续给予后来者灵感。

本文是2017年《欧洲核子研究中心信报》(Cern Courier)对温伯格的采访之作。温伯格谈到了关于轻子模型的思想来源与细节,并总结了在希格斯玻色子发现后粒子物理学的现状,未来又该向何处发展。对于物理学的发展,温伯格也进行了深刻的反思,以及为什么他能预见一个成功的理论。这些观点仍极具启发意义。在文章中,温伯格表达了自己计划死后再退休,他做到了。当然,还带着一些遗憾。

温伯格34岁时发表了他最著名的文章“Model of Leptons”(轻子模型),这是粒子物理学史上具有划时代意义的一篇文章,它催生了电弱标准模型的诞生,还意外地激发了科学界有史以来最大的几个实验项目。

为了撞出并观测到温伯格预言的W粒子、Z粒子及希格斯玻色子,科学家在数十年间花费了数十亿瑞士法郎,相继建造了四个工程:欧洲核子研究中心气泡室(Gargamelle,主要任务是侦测中微子),超级质子同步加速器(SPS),大型正负电子对撞机(LEP),以及大型强子对撞机(LHC)。这也直接定义了欧洲核子研究中心的主要研究计划,至少四十年来使实验物理学家有了用武之地。

对于验证理论来说这也很不错,正如温伯格当时写的那样,“有太多的任意特征(参数),预测需要非常认真地对待”。

毋庸置疑,温伯格很乐意见证标准模型(Standard Model)几十年来的成功。“我的意思是,这就是作为一个理论物理学家持续前进的原因,希望看到自己‘寥寥几笔’就能成功描述现实世界。

”温伯格说,“即使证明总体思路是正确的,但这个特定的模型并不能描述自然,对此我也不会觉得非常惊讶或者非常懊恼。”今天,距他1967年开创性观点提出50年后,温伯格抗议自己已退休的说法。他冷冷地说,美国有法律反对年龄歧视,“我告诉这里的人,我计划死后再退休。”温伯格目前在得克萨斯大学奥斯汀分校教授天体物理学课程,这里是他35年来的研究基地。温伯格现在还有两本著作和一篇新的宇宙学论文正在筹备中。

9月,温伯格在家中接受了《欧洲核子研究中心信报》(Cern Courier)的电话采访,他总结了希格斯玻色子发现后高能物理学的状况,以及新物理的最大希望所在。他首先讲述了导致他在1967年做出了开创性工作的思考过程——其中许多想法都是在儿童游乐场里产生的。“那是我人生中一个复杂的时期,因为我们家从伯克利搬到了剑桥,而我的妻子正在哈佛大学攻读法律学位。

我有责任照顾我们四岁的女儿,包括送她去幼儿园,我的很多思考都是坐在公园的长椅上看女儿玩耍时完成的。”温伯格回忆道。

温伯格从一开始就知道他的轻子模型是那种看起来就正确的理论,但他解释说,并不是有某种智慧才能预见这种正确,而是需要很长一段时间的思考。温伯格举了一个有趣的例子——辨认鸡的公母——来解释这个过程。

他说在家禽养殖业,能够确定新生雏鸡的性别是很重要的:有一所学校里面教“鸡性别学”,会提供给学生雏鸡,然后询问他们是公是母。如果猜错了,他们就会受到一些惩罚;要是猜对了,则会获得一些奖励。重复这个过程数百次后,人们就能猜对了。“就像按照学过的方法去辨别鸡的性别,科学不是某一个科学家的经验,而是从古至今整个科学界逐步验证得出的,他们告诉我们哪些理论是优美且正确的,我们也就可能会知道哪些理论是正确的。”

当被问及如果可以选择,他希望在有生之年解开什么谜团时,温伯格无需多想:他希望能够解释观测到的夸克和轻子质量的模式。1972年夏天,当标准模型基本形成时,他给自己设定了一个任务——弄清夸克和轻子的质量问题,但完全没有头绪。“那是我一生中最糟糕的夏天!我的意思是,显然有更广泛的问题,例如为什么是这样的而不是什么都没有?但如果你问一个非常具体的问题,就很难回答了。

我现在也没有比1972年夏天更接近这个问题的答案。”温伯格回忆说,我们仍然可以听出他的恼怒。他也不希望带着不知道暗物质是什么的遗憾离去。温伯格表示,总是有各种各样的挫折,“可是,怎么可能一帆风顺呢?我很享受我正在做的事情,而且我身体还不错,我还有几年的时间。2024年4月这里会有日全食,我很期待看到。”

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