标题: 质量起源之野史
作者: 星空浩淼
我本想写个“三言两语有效质量”，但觉得相当无趣。有效质量最早的概念是固体物理中对固体中电子进行定义的，如果要固体中的电子仍然满足原来的一些方程，得把电子质量换成有效质量，这是因为考虑到相互作用贡献。质量为零的粒子，在某些情形下具有质量不等于零的粒子的色散关系，此时这粒子也相当于有了有效质量，因为它的一些物理行为跟有质量的粒子的物理行为完全类似。产生有效质量都伴随同一个规律：必然有某种对称破缺！
正统理论的建立过程不是一帆风顺的，中间曾经走过甚至热门过后来又被淘汰的歧路有很多，所以这条正道一路走来不仅坎坷，还有很多迷惑人的岔道。那些岔道有些是走不同的盲肠，有些是曾经失败被淘汰过、后来又发现那里别有洞天又重新由歧路升为正道的。下面就胡侃一下我对质量的本质或者起源有过的种种思考，可能错误多多，这是追求天马行空和有趣付出的代价。LHC应该快要运行了，一旦Higgs粒子总是找不到，质量起源的替代模型或许成为研究热门。
关于质量的本质或者起源，早在Higgs机制出来之前，就有人假设质量对应第五个空间维，从而时空由四维推广到五维(即Kaluza-Klein模型)。当时，通过这个模型，居然能够把电磁理论和爱因斯坦的引力理论统一起来，这无疑是鼓舞人心的。然而在做进一步的研究时，还是发现了不可克服的困难，人们的热情又冷下来了，况且后来发现自然界还有强相互作用和弱相互作用呢！
大家知道，号称“万物终极理论”的超弦理论，是把三个假设合到一起而产生的，即，基本粒子不是点状而是一维弦的弦假设；自然界存在超对称的超对称假设，以及我们的时空不止是四维的高维空间假设。而这最后一个假设，正是来自Kaluza-Klein模型的推广。
利用Kaluza-Klein模型来探索质量起源，跟电磁波导中对称性由SO(1，3)破缺到SO(1，1)时产生光子的有效质量是同一种类型的；而Higgs机制这种跟内部自由度对称破缺有关的质量起源，跟在超导内部的U(1)规范对称破缺产生的光子有效质量是同一种类型。也许的确存在不同类型的质量起源，而前者或许更为本质。爱因斯坦质能公式E=mc^2给人以强烈暗示：由于粒子有内部结构，粒子的静止质量对应下一个结构层次上的各个粒子的运动能量与势能之和。如果这样一层一层地追究下去，也许最后质量就约化为所有结构层上的运动能量之和（假如规范场传递的相互作用势能贡献，最终也能归结到“运动能量”中）。这样一来，质量就好比来自于光速运动能量的囚禁或冻结（如同光子在波导内由于横向运动自由度被冻结而产生有效质量一样）。当然质量如果属于某种有效质量，那也是三维运动自由度被冻结而产生的——如同注入口袋中的光速能量物质。
关于质量本质或者起源，前人曾经有过种种思考和猜测。例如一方面，在晶体中，螺旋位错的四维时空运动方程也是“Lorentz”变换不变的，唯一不同的是，这“Lorentz”变换公式中光速被该晶体中的声速所取代。对于该晶体中由位错构成的“智慧观察者”而言，晶体中的声速是一个不变的极限速度，如同光速之于我们。另一方面，Dirac电子的速度算符只有两个本征值：正负光速。而Dirac电子的zitterbewegung现象显示：电子的经典运动速度，是光速呈之字形运动时的定向平均速度。所以D.Bohm曾经猜想：粒子或许对应真空介质或者说真空背景中产生的位错（如果照这样类比，使得晶体破裂的超声速振动就应该对应某种能够撕裂真空介质的某种超光速的、破缺Lorentz对称性的东东:-)）；光速是宇宙中唯一的速度（称为本征速度），其它速度都是光速呈之字形运动时的表观速度。位错（或者口袋？）不同的几何拓扑性质，导致不同类型的基本粒子。
但是如果D.Bohm的猜想行得通，除非假定真空介质相对于任何惯性观察者而言速度恒为零，因为如果只是假定光速是宇宙中唯一的速度，那让光速呈之字形运动的物质速度总不能也是光速吧！这样一来，光速和零速度是宇宙中唯一的两种速度。的确，我们无法定义无穷大的真空背景相对于某个惯性观察者的宏观经典速度（也即宏观定向速度），这或许可以等效为：真空介质相对于任何惯性观察者而言，速度恒为零。打个比方，观察者如同站在一个球面上，他所面临的球面就是他所处的真空背景，球面不同处的观察者，对应不同速度的观察者。由于不同地方的球面是全同的，不可分辨的，于是等价成真空背景相对于所有观察者的宏观经典速度（宏观定向速度）恒为零。
Kaluza-Klein模型失败了，基本粒子的口袋模型也失败了。但是把二者结合起来呢？
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