在宇宙决定论中的两种基本粒子（上）
  本作者昨天晚上设想了一个有关科学与哲学相互关系的写作主题，在今天上班的途中闪现了一个有关中微和希格斯粒相互关系的念头。根据“广义测不准原理”的表述，科学家不能判断影响宇宙未来走向的因素究竟有多少，不能判定每一种“权重”因素在决定宇宙命运的力度上发挥怎样的作用，然而科学家在目前的认识水平和检测能力上能够判断中微和希格斯粒在决定宇宙诞生和未来命运方面所发挥的关键影响。虽然物理学家和宇宙学家对于中微和希格斯粒的属性和如何影响宇宙命运的细节方面知之甚少，未来的数十年依然是中微物理学和天文学、希格斯物理学和天文学研究的黄金期、或重要机遇期，本作者却在自然哲学概念上产生了中微和希格斯粒在宇宙命运决定论层面符合“等效原理”的认识。过去的几周，本作者设想了在宇宙起源的大喷发中，中微、热辐射和引力波携带了宇宙的超级能量，将集中释放的宇宙能量传播到不断膨胀的整个时空，或者中微、热辐射和引力波在携带宇宙极早期能量的功能上符合“等效原理”，甚至设想了除了引力波以外，宇宙极早期的中微震荡和希格斯场可能在三十万年之后的宇宙背景辐射中留下特殊的印记。本作者除了“屏住呼吸”，期待在有生之年看到科学家在中微和希格斯粒研究的细节方面取得更大的成果之外，毅然地提出了中微和希格斯粒在宇宙命运决定论意义上的“等效原理”。

  为什中微与我们对宇宙命运的理解和预测密切相关？我们从科学家目前的研究成果中获得了以下的认识，其一：中微关乎宇宙结构的形成。尽管可见宇宙存在微乎其微的反物质，但是宇宙的物质数量取得了压倒性的优势。宇宙学家关注的最大谜题之一是我们的宇宙为何充满了物质而非反物质。根据粒物理标准模型和宇宙大喷发理论的表述，宇宙诞生表现为宇宙能量转换为宇宙物质的过程，宇宙的原初能量最有可能以同等比例转换为物质和反物质，如果物质的数量和反物质的数量相等，而它们的属性刚好相反，那么正物质和反物质会在相互碰撞中发生湮灭作用，今日星光灿烂的星系不可能存在，物理学家心目中的理想宇宙不是一个“什么都有”的自然，而是一个“什么都没有”的世界。天文学家在天空巡视中未发现反物质构成的天体和星系，观测结果证明了宇宙的原初能量不是按同等比例转换为物质和反物质，或者宇宙按失衡的比例产生了物质和反物质。考虑到宇宙“超级工厂”在生产物质和反物质数量的无限可能性，科学家普遍认为物质和反物质的比例只要出现稍许的失衡，经过物质和反物质湮灭作用之后剩余的“一点物质”就能组成我们在今天看到的半径大约为460亿光年、直径大约为920光年的“宇宙之球”。天文学家观测了物质世界的存在，唯物主义学派确认了物质的第一性，这不等于物理学家能够轻易地解释“反物质去哪儿”的谜题。过去，物理学家通过观测一些物质粒和反物质粒的差异来解释反物质的消失之谜，但是，这些解释没有获得满意的结果，现在，随着中微震荡现象的发现，物理学家通过观测中微和反中微的差异来解释物质世界存在的缘由，这种解释获得了初步的成果。

  中外物理学家在近几十年的中微实验中发现了中微震荡，他们将这种现象进行了延伸性的解读，即：物质的存在和反物质的消失可能源自于中微和反中微在震荡过程中表现的不同。既然物质和反物质的对称违反了中微震荡的延伸性解读，那么物质和反物质的不对称反而符合物质演变的规律，如果中微震荡的发现能够证明物质和反物质的对称是错误的假设，那么中微在宇宙的起源中将会扮演关键性的角色，或者我们可以将中微视为“关键的少数”，理解了中微和反中微的不同属性，科学家也许能够获得对宇宙起源的突破性、根本性的解释，这是中国科学家在大亚湾核反应堆中微实验项目中投入了巨大财力、人力的原因。中微是标准模型中的基本粒，存在三种不同类型的中微，即：电中微、缪中微和陶中微，三种类型的中微各有它们的反粒、或反中微。中微震荡是指中微在三种不同的形态、或“风味”之间实现转换。物理学家认为，在物质和反物质不对称现象的背后存在一种电荷——宇称不守恒的物理机制，中微震荡能够证明这种物理机制的发生，如果存在电荷——宇称的不守恒，那么在宇宙诞生的早期，反物质可能衰变得更快，物质、或正物质就会“乘势而上”，变成宇宙中可见物质的主要部分。

  其二：中微关于暗物质的来源。本作者曾指出中微和暗物质在“幽灵粒”的属性上符合宇宙哲学的“等效原理”，暗物质不与普通物质发生任何的作用，而中微与普通物质几乎不发生摩擦，它们在太阳、地球和我们的身体中无障碍地穿行。本作者发现，中微和暗物质粒除了幽灵般存在的共同属性之外，还存在几种共同的关联，我们首先分析一下中微和暗物质粒在“非标准模型”方面表现的“等效原理”。粒物理的标准模型在二十世纪的七十年代建立起来，该模型描述了除引力之外的其它三种基本力的作用——电磁力、强力和弱力，描述了组成物质的所有基本粒。物理学家根据标准模型推测了中微没有质量的性质，然而在1998年，日本物理学家在实验中发现了中微震荡，2012年3月，中国科学家在大亚湾中微实验中进一步发现了中微新的震荡方式。不同形态的中微可以实现相互转换，物理学家称之为中微震荡，中微形态的转换指向了它的质量性，为了解释中微不到电十亿分之一的微质量，物理学家需要修正和补充现有的标准模型。“反物质去哪儿”和“暗物质去哪儿”的提问方式符合语义哲学的“等效原理”，粒物理标准模型遇到的“危机”是不能解释中微的质量，遭遇的“大危机”则是不能解释暗物质粒可能的存在。设想“暗物质粒的标准模型”还为时过早，现在判断在物质粒的标准模型和“暗物质粒的标准模型”存在特定“等效原理”的关联性还缺乏事实的检验。

  暗物质和中微被一些物理学家称之为粒物理学天空上的“两朵乌云”，一些物理学家试图在中微和暗物质之间建立“等效原理”，我们现在不清楚中微能否通过“等效原理”来代替暗物质，或者不清楚中微会在多大的程度上代替暗物质的作用，这是一项极具挑战性的科学使命，天文学家、物理学家、宇宙学家、科学爱好者都在“不紧不慢”的心态中期待这种等效和非等效关系的结果。暗物质粒也许是一种大质量的中微，暗物质粒也许是一种其它的新奇粒，谁知道昵？在所有的事实揭开之前，“广义测不准原理”允许各种假想和猜测的出现，其中的一个猜想或预言是所谓的“跷跷板理论”，一些科学家在二十世纪七十年代提出了一种独特理论，该理论认为中微的质量机制就像一个“跷跷板”，我们发现的中微都在跷跷板的左边，都是朝左旋转、质量极轻的粒，还存在一种我们没有发现的中微，它们都在跷跷板的右边，都是朝右边旋转、质量极大的粒。左旋的、极轻的中微和右旋的、极重的中微形成了“跷跷板效应”，其中的右旋、极重的中微可能解释宇宙中的暗物质，它的质量可以是其它基本粒的十几亿、万亿倍。前不久，丁肇中率领的科学团队声称科学家在不远的将来能够发现神秘莫测的暗物质粒。在各国科学家“争先恐后”地发现暗物质之前，暗物质粒的各种猜想和争议会一直持续。总体看来，用中微解释反物质的消失之谜比用中微解释暗物质的存在之谜似乎更为科学，更有前途。

  （邓如山2017-10-30邮箱：deepmind_123@163.）

  (TheroleofrinosandHiggspartitheuniversedestinystotheprincipleofequivalence)



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