整个真空弥漫这这种HIGGS场，而物质粒子的质量就是取决于它们与这个背景场的耦合大小。用个不是很准确的比方，这就像大鱼在水中游泳觉得惯性大，而小虾感觉惯性小，惯性大小就是质量。

源对场的作用

后文开始，保持和书上用的记号一致，用代替。

如P20所述。源会和场耦合，使得场和无源时不同。其原因在于源与场的耦合会改变场的能量，（比如说真空中放入一个电子，就会改变电磁场的能量，）从而改变场的几率幅。作用量取极值的场也会相应地变化。

这里有个观念上的变化。初次接触场，应该是中学里学到的电磁场。那时候，场被描述为源“产生”的东西，比如说电荷产生电场，电流产生磁场等。而按场论的观点，电荷和电场，一个是spin-1/2 Dirac场，一个是spin-1 电磁场，完全是两样东西。电荷并不会产生电场，而是因为和电场耦合，从而改变了电场——把电磁场从我们称之为“真空”的状态（这种状态我们以前认为是“没有场”的状态）变成另一种状态。


科普“上帝粒子” 精选

已有 8469 次阅读 2012-7-6 07:27 |个人分类:物理|系统分类:科普集锦|关键词:科普 上帝粒子

原文发表于：http://zhenzhubay.com/upload/blog-2-1364.html 【版权所有，未经岳东晓许可，不得转载】

首先，“上帝粒子”这个词可能会引起很多人的反感，我第一次看到这个词就是如此。但习惯了这种通俗的叫法之后，比起叫它HIGGS波色子可能要更好懂一点。你也可以换个角度来看，牛顿就认为自己是上帝的使者，给人类带来宇宙的知识。牛顿之后的物理学家很少有人这么自我定位，但是物理学在杨振宁之后的迅猛发展真正使我们人类出走了蒙昧，在一套基本理论基础上，定量地理解了宇宙起源之后的几乎一切。

这个屡试不爽的基本物理理论有一个很普通的名字：“标准模型”（Standard Model），它的组成部分就是SU(2)xU(1)的弱点统一理论与SU（3）的量子色动力学。而这个”标准模型”是基于杨振宁发现的规范场理论，加上所谓对称自发破却的Higgs（希格斯）机制。过去的几十年中，围绕这个标准模型，物理学家进行了难以计数的计算，而这些计算又都与实验得到了几乎完美的吻合。每一次，大家都在发出感叹：标准模型还是对的。这对希望在理论与实验的差异中寻找新的突破的人们来说，是一次次的失望。对于另一群人来说，则可能是在变幻的世界中找到了不变的真理。

根据目前的数据，Higgs粒子很可能是找到了。在我继续科普之前，我们可以说，标准模型又对了。对于人类而言，这是值得庆贺的事情---我们的智力竟然可以窥破自然界如此深奥的秘密。这个秘密告诉我们也许最基本的问题，为什么我们有质量。或者说，我们的质量是从哪来的。

牛顿猜出了一个牛顿第二定律：F=ma，力等于质量乘以加速度。这是所有中学生都知道的。但牛顿无法告诉你质量从何而来。爱因斯坦写下 E =mc^2，但他也无法告诉你这个m从何而来。杨振宁创立了规范场理论，这个理论可以推导出所有的相互作用的方程，但是杨振宁的理论里物质粒子的质量只能是人为的加上。

把杨振宁的理论与Higgs的机制结合起来，就构成了我们前面提到的标准模型。所以，要科普“上帝粒子”，我们得先讲杨振宁。

物理学而且与其他自然科学不同，是一门精确科学，很多理论结果能有实验验证到小数点后10几位。但物理规律其实都是根据简单的不变性原理推导而来。比如说，今天的物理应该与昨天一样，从这个不变性，我们可以推导出能量守恒。一个实验在不同的位置进行，结果应该相同，由此我们得出动量守恒的原理。一个人在匀速运动的火车上应该得出与地上的人一样的物理规律，由此就导出了狭义相对论。爱因斯坦说，一个人在电梯里自由下落，感觉不到地球引力。由此原理，他导出了广义相对论---也就是引力理论。而由广义相对论，我们发现光线会引力作用下拐弯，恒星可能坍缩成黑洞，宇宙会爆炸、膨胀。

在杨振宁之前，人类真正能够写下方程的物理作用只有引力与电磁相互作用。这两种作用对于人类无疑是最直观的。引力无所不在。没有引力人连直立行走都很难，看看刘洋在天宫一号的努力就知道了。无论是闪电雷鸣，手机通讯，还是化学反应，包括生命运转的所有化学反应其实都是电磁作用的结果。引力与电磁作用的共同特点是他们的作用距离是无限远，因此人类能够进行宏观实验。通过实验，总结出它们的规律。牛顿发现，两个物体之间的引力与他们质量乘积成正比，与他们之间距离的平方成反比；类似的，电荷之间的作用力也与其电荷的乘积成正比，与距离的平方成反比。

随着物理学的发展，电磁相互作用成了一组严密而美妙的数学方程，这就是每一个科学与工程人士都应该熟知的麦克思维方程（Maxwell's equations）。它们是英法联军焚烧圆明园后的第二年英国物理学家 Maxwell根据前人的研究结果总结出来的电磁理论。直到今天，整个电机系的东东，基本上就是解这几个方程。而后，爱因斯坦以其天才的洞察力，发展了引力的几何理论---也就是广义相对论。

引力属于非常微弱的作用---试想，整整一个地球的引力才能把我们困在地面。而电磁作用也不强。当人类的探索走向微观，人们发现，物质原来蕴涵了巨大的能量。粒子之间强大的作用力，正是核能的源泉。在人类文明发端以来，宇宙起源之谜一直是一个哲学问题。而根据爱因斯坦的广义相对论方程以及相应的天文观测，人们已经知道，宇宙源于所谓大爆炸。如果反推到遥远的过去，整个宇宙都是充斥着巨高能量的粒子。而理解这一切，就需要像麦克斯韦尔方程那样的定量科学理论。

但是与引力与电磁力不同，粒子之间其他作用是非常短距离的。这个距离之短不是一跟头发的粗细，而是小于一根头发的万亿分之一，完全超出了可以直接观测的范围。人们迫切需要一种像爱因斯坦的广义相对论一样，没有任何实验数据却破空而出的惊世杰作，用纯粹理性把我们带进宇宙奥秘的神秘之门。在这个理论出现之前，世界上所有基本物理理论都不过是在盲人摸象而已。

1954年，也就是广岛原爆后9年，一位年轻的中国人发表了一篇现在称为YANG-MILLS规范场的论文。这篇标题看似平淡的论文在今天看来奠定了整个标准模型的理论基础。在这篇论文里，杨振宁博士以他绝不亚于爱因斯坦的洞察力，给出了所有相互作用的原理，以及对应的精确的数学方程。这就是我们今天经常听到的规范场理论。

与其他基本物理理论一样，规范场理论也是基于物理规律的不变性（搞物理的人也喜欢用对称性这个词），就是物理规律应该在某种变换下保持不变。如上所述，不变性原理推出了相对论以及动量量守恒等基本规律。当杨振宁把这种不变性扩展到基本粒子的量子理论，他惊人地发现，要使理论保持不变，就必须存在对应的相互作用。这就是所谓规范场。

具体来说，杨振宁发现，如果有两种粒子，那么它们之间的变化可以用一个2x2的复数矩阵描述，如果物理规律要在这种类型的局域变换下保持一致，则不能光有这两个粒子，还必须加一个相互作用。换言之，从本来没有考虑相互作用的自由粒子方程开始，一旦考虑规范不变原理，我们就必须要求粒子之间有相互作用，而且这个规范不变原理还告诉你相互作用应该是怎样的。读者如果没有理解这个原理的深刻以及其意义，应该认真思考一下。

杨振宁的2x2矩阵方程导致的理论称为 SU(2)规范场。我们今天已经知道，夸克之间的强相互作用是一种SU（3）的、精确的杨-米尔斯规范场（SU（3）也就是对应3x3的复数矩阵）。这个3，代表了一类夸克的三种颜色。强相互作用由夸克之间交换质量为0的所谓胶子（GLUON）完成。强相互作用（太阳内氢聚变成氦就是涉及强相互作用）的理论是杨振宁理论的简单与直接推广。

电磁力是由光子传递的，光子的零质量是电磁力距离无穷的原因。当时，人们认为，粒子之间的弱作用与强作用都是短程的，也就意味着其相互作用应该是由有质量的粒子传递（注）。但在杨振宁理论中，规范场粒子不能有质量---因为如果规范场有质量，物理方程就不能保持规范不变了。因此杨振宁论文刚刚问世的时候，其新颖的理论不为人所接受。特别是他遭到老一辈物理学家如Pauli等人的刁难式疑问。据传，在杨振宁之前，Pauli尝试了一种六维空间的爱因斯坦方程，但没有得到什么结果。而杨振宁的理论则无疑是一种现代的、深刻的革命性思维。

但科学发展的车轮是滚滚向前，不可阻挡的。无数物理学家前仆后继，开辟了人类从蒙昧走向文明的道路。规范场的质量产生问题的解决方案从似乎不相干的超导体理论得到了启发。

超导体大家都应该听说过的。如果你去医院做核磁共振检查，那台机器的核心部分就是一个超导体做的电磁铁。超导现象的第一个特征是没有电阻，一旦电流形成，可以永久的保持。但超导体还有一个更为基本的特征，那就是它完全排斥磁场----磁场不能从超导体中间通过。如果你去网上搜索，有很多这种超导演示的视频---一块超导体悬浮在半空之中（实际是在一块磁铁上空）。从理论物理的角度，这个现象意味着超导体内，光子获得了质量。对于这个质量的解释，苏联物理学家朗道提出了所谓朗道-金兹堡模型，在电子的电磁量子方程里凭空加了一项。这一项如果画一个图，像一个墨西哥帽子，中间突出，环绕着一圈低谷。与很多物理理论一样，这种模型的微观原理最初都没有解释，而是一种纯粹的灵感。但这个理论与实验得到了极好的吻合。基于基本原理的超导的微观理论的发现是在若干年之后，由所谓BCS理论完成。

有鉴于朗道-金兹堡模型成功地给零质量光子提供了质量（而且维持局域规范不变），固体物理学家安德森建议粒子物理学家们尝试类似的方案，也就是几乎空穴来风一般地在YANG-MILLS方程里加一个新的场。加入这个新的场之后，原本没有质量的规范场获得了质量，而规范场维持了其局域的规范不变。首先写出这个方程的人是Higgs。但他的论文寄出去被拒绝了，只好做了些修改之后再发给其他刊物。这是1964年的事情，也就是杨振宁论文发表后十年。

很多人在提到HIGGS机制的时候，喜欢使用对称自发破缺的说法，其实这是一个用词的谬误。实际上，HIGGS机制恰恰维持了YANG-MILLS规范场的局域不变性(local gauge invariance)。也就是说，规范不变才是王道。

数年之后，温伯格等人把 YANG-MILLS场与Higgs理论综合起来，用SU(2)xU(1)的规范场加上HIGGS场，成功构造了弱电统一理论。这个理论又很快得到了实验的验证，观测到了传播弱作用的三种规范波色子（W+/-、Z规范波色子）。

Higgs机制不仅给传播弱相互作用的规范场波色子（boson) 赋予了质量，还成了所有物质粒子（称为费米子，fermion, 如夸克与电子等）质量的来源。这是因为，与一般的场不同，Higgs场的真空值不为零。如下图所示，墨西哥帽子中心代表了HIGGS 场为0 的情况，而此处是一个尖顶，显然是不稳的，而稳定的状态是帽檐的沟谷处，这就代表HIGGS场的真空值不为0。整个真空弥漫这这种HIGGS场，而物质粒子的质量就是取决于它们与这个背景场的耦合大小。用个不是很准确的比方，这就像大鱼在水中游泳觉得惯性大，而小虾感觉惯性小，惯性大小就是质量。

Higgs粒子如果最终被证实，我们都应该庆祝。人类自古自问的一个问题，我们来自哪里，在标准模型-----也就是SU(2)xU(1)的弱电统一理论加上SU（3）的量子色动力学-----再一次得到实验证实之际，有了更为可靠的答案。2000年以前，人类还在迷信雷公电母、天狗吃日。今天，我们凭着自己的理性，掌握了自然界深层的机密。

但显然，标准模型不是终极真理，如同朗道模型一样，Higgs场背后必然有着更深刻的基本原理。

一旦我们进一步突破，或许我们的知识使我们能够构造一个全新的宇宙---也就是成为上帝。

----------------岳东晓 2012-07-05 于加州

注：我们现在知道，虽然gluon质量为零，但是由于规范场的非线性，导致所谓夸克囚禁。

本文引用地址：http://blog.sciencenet.cn/blog-684007-589300.html  此文来自科学网岳东晓博客
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[53]李铭  2014-10-3 08:22

我完全同意博主对杨振宁的评价。规范场的确是现代物理的基础。有个问题问一下博主，为什么强作用没有对称破却呢？

[52]李铭  2014-10-3 08:22

我完全同意博主对杨振宁的评价。规范场的确是现代物理的基础。有个问题问一下博主，为什么强作用没有对称破却呢？

[51]史雄伟  2012-10-11 19:20

Thanks.

[50]徐鸿儒  2012-9-1 15:24

很刚兴趣。学习了。

[49]何子锋  2012-7-23 00:59

学习了

[48]戴德昌  2012-7-20 18:59

扫了一眼评论，感觉到绝大多数人都理解杨的28+82对称，但是基本上不了解杨-密理论的重要性。

[47]戴德昌  2012-7-20 18:55

特别棒的科普，所以都期待着杨因杨-米理论能再次获奖。

[46]仲银鹏  2012-7-18 16:15

物理学而且与其他自然科学不同，是一门精确科学，很多理论结果能有实验验证到小数点后10几位。但物理规律其实都是根据简单的不变性原理推导而来。

其实那些基本原理和能用来计算实验结果的理论之间距离还是很大的，精确度很难说是靠基本原理来保证的。

[45]吴中祥  2012-7-14 06:26

是呀!

任何人如果要提出新理论，必须能够用其理论获得与实验相吻合的结果。

从所谓"上帝离子"\"标致模型",

正说明:

其理论拼拼凑凑似乎获得了与实验相吻合,

但实际上,是错误的,

不合实际的,

毫无意义的,

空谈!

必须彻底改造!

[44]吴中祥  2012-7-13 08:15

2012-7-13 8:12:09 可变系时空多线矢主人
详解所谓“上帝粒子”根本不可能有，及其错误的根源


（略）

所谓“上帝粒子”，就是现今理论物理学，为了挽救所谓“标准模型”而设想的，所谓“希格斯玻色子”，认为，是经由所谓“希格斯机制”，而使原应为有两个所谓“横极化”，没有质量者之一，转变为具有了质量，而成为了这种希格斯玻色子。而且，所有粒子是通过与希格斯玻色子发生相互作用，而获得质量。希格斯玻色子是宇宙万物的质量之源，因此，它才有“上帝”之称。



然而，我们早就指出了：

（略）

运动质量和动量是包括光子在内的一切物体，所固有，根本不是任何机制所“产生”，更不能说希格斯粒子是一切粒子质量的来源。

（略)

9．根源在于所谓“标准模型”的根本缺陷、错误

（略）
本文引用地址：http://bbs.sciencenet.cn/blog-226-590441.html

博主回复(2012-7-14 03:26)：物理科学的发展已经超越了依靠传统力学直觉能够理解的程度。这正是人类进化的标志。但物理学不是纯粹思维，而是必须与自然规律对应。理论的结果必须能够与实验结果对应才能说是有效的理论。任何人如果要提出新理论，必须能够用其其理论获得与实验相吻合的结果。

空谈在物理学里是毫无意义的。

[43]何金华  2012-7-12 23:48

写得很好，学习了，谢谢！顶个。

[42]魏华  2012-7-12 17:29

写得挺好的，对于不是做粒子物理方向的人，理顺了“上帝粒子”的来历。

对于很多所谓批评和指责该科普不够严谨和正确的人来说，确实很没劲，他们这么严谨这么正确这么权威，也没见他们写个科普文章来啊。

[41]fragesteller  2012-7-12 09:43

好文。尽管不全明白，支持一下！

[40]nnxxsh  2012-7-10 09:43

写得不错，顶一个

[39]夏新宇  2012-7-7 23:36

如果有时间能不能展开这句：“杨振宁把这种不变性扩展到基本粒子的量子理论”

这里“基本粒子的量子理论”指的是什么，杨是怎么展开的？

博主回复(2012-7-8 09:30)：好，有时间我再写篇规范场的科普。

[38]王号  2012-7-7 17:04

插图中那顶草帽不错，也可能是蒙古的毡帽

[37]whatsoever  2012-7-7 15:50

人类一思考，上帝就发笑。
---于UCLA

[36]王加升  2012-7-7 15:27

相信博主已经说的尽量通俗易懂了，可我这个物理门外汉还是读的云里雾里~~

[35]forumkx  2012-7-7 14:52

这里夹带的个人评价，恐怕杨振宁自己都会觉得不好意思。
温伯格，法捷耶夫，胡夫特等一干人不比他差

[34]weijianwang  2012-7-7 12:42

晕，我觉得有必要说一下PAULI的事情，PAULI在四十年代早期写了关于量子场论的系列论文，包括传播子的现代数学表述，因果率与自旋关系的题目。其中也详细介绍了U（1）规范理论。我们知道诺特定理是说任何连续对称性都有一个守恒量与之对应。U（1）规范不变性就对应着电荷守恒。杨看到这PAULI的文章后觉得这个想法很妙，他接着想到如果说电荷守恒对应的是U（1）规范不变性，并决定了电磁相互作用，那么同位旋守恒是否也有某个对称与之对应并决定强相互作用？这就是YANG-MILL理论的发端。用杨先生自己的话：“Like graduate of my generation， I was very familiar with the Pauli‘s description of gauge theory in his 1933 Handbuch der Physics article and his 1941 review in the Review of Mordern Physics， but not much thr 1929 article of Weyl。”（引自《杨-米尔斯理论50年》）
博主说“杨振宁没有看PAULI的什么文章，因为PAULI没有发表任何东西。”是完全错误的。博主如此宣扬YANG-MILLS理论和杨本人，但对其历史来源毫不了解。本人作为一个粒子物理工作者和杨先生的崇拜者都看不下去了。学术观点可以不同，但历史事实请务必严谨些。

博主回复(2012-7-7 13:31)：你说的U(1)规范场常识，这是众所周知的。我也已经承认。但我文章中提到的规范场是杨-米尔斯规范场的简称，这一点也是显然的。这是因为，U（1）规范场并没有给出任何新的相互作用理论。而杨-米尔斯场是整个标准模型的核心。

这就像伽利略首先提出了相对性原理，但今天我们提到相对论的时候，都是指爱因斯坦的相对论。

[33]张磊  2012-7-7 12:28

不懂，还是不懂
博主说“上帝粒子的反粒子是它自己。 在现有理论下，它是一个点，点是不能再分的，但它可以衰变成其他粒子，这次观测到它，实际上是观测到它衰变后的产物”，听起来怎么那样牵强和矛盾呢？
看了专家推荐的bbc的纪录片（http://v.youku.com/v_show/id_XNDAxNTc2NjI0.html ）仍是一头雾水，片中研究人员得意的笑，花了60亿金钱的炫耀、庞大怪物加速器等等大量渲染，以及生涩的比喻，最终也没有提供任何可以说明问题的证据，亦没有说清楚发现希格斯子后“上帝”能给人来带来什么...

[32]秦鸿翼  2012-7-7 09:26

20L 的问题，可以看曹老师的博文：
http://blog.sciencenet.cn/blog-296183-588924.html

[31]focus  2012-7-7 09:06

F=ma的意思是Father=妈？

[30]黄智生  2012-7-7 06:48

要鼓励大家在科学网多发这类科普性博文。

博主回复(2012-7-7 08:16)：谢谢支持

[29]张彦斌  2012-7-7 04:52

太精彩了！

博主回复(2012-7-7 08:16)：谢谢支持

博主回复(2012-7-7 08:16)：谢谢支持

[28]张雪峰  2012-7-7 01:23

虽然不懂下面的争论，但是能写写这么好的科普确实不容易。支持！

博主回复(2012-7-7 02:13)：谢谢支持。

[27]张磊  2012-7-6 23:08

很好奇，还是请博主科普一下19、20楼的问题吧

另外光子的质量也是希格斯子赋予的吗？如果是那么上帝粒子能跑得比光子还快吗？

博主回复(2012-7-7 02:35)：光子是没有静止质量的。在SU(2)xU(1)的弱点统一理论中，其中一部分U1(1)对称性没有与HIGGS场作用，导致光子静止质量保持为0 。

[26]魏亚东  2012-7-6 22:33

本文让我对杨振宁刮目相看，我过去一直以为爱因斯坦的聪明才智无人能及，哪怕是牛顿。

[25]司廷  2012-7-6 22:05

人活着的时候很难得到正名的机会

博主回复(2012-7-7 02:20)：有很多人以讹传讹，提到杨振宁的时候，总不忘说PAULI先搞出了类似规范场的理论。其实你认真追究下去，根本不是这么回事。PAULI试图走的那条路（6维爱因斯坦理论），到今天也是个死胡同。杨-米尔斯理论才是“王道”。“上帝”粒子的发现（如果被确认）是对标准模型的最终检验---其他的关键部分都已经检验过了。

[24]guanluzhu  2012-7-6 18:56

有文章曾介绍，希格斯粒子在宇宙大爆炸之初赋予了各种粒子以质量。若果真如此，希格斯粒子就不可能存在。因为宇宙大爆炸是虚构的，根本不存在，作为这场虚构场景中的一个小配角，也就是虚构的，不可能存在。

[23]魏太保  2012-7-6 18:54

2012-07-06 18:46 是真正的上帝离子吗 Is this the Real God Particle? hare Krishna，The Higgs boson or so-called God particle, which scientists think they may have recently discovered, is believed by them to hold secrets of our universe’s origin. The Higgs boson is regarded as key to understanding why matter has mass, which combines with gravity to give all objects weight. The particle’s existence is considered fundamental to the creation of the universe.harekrishna
What the scientists don't realize is that the real God particle lies far, far beyond the perception of any empirical means. Their empirical science is based on the dogmatic principle that objective reality is limited to those things that are empirically verifiable with our gross senses and the instruments created by our gross senses. But this assumption is not empirically verifiable. Therefore their entire system of knowledge caves in on itself just as a castle of sand is washed away by the waves of sea. The actual God particle is the Supersoul, which is smaller than anything else in all of existence. By loving devotion one can directly perceive the complete form of the original God particle. This is the real science of the God particle.

[22]weijianwang  2012-7-6 18:43

你说的不对
1）杨确实对规范场思考的比较多，但多次尝试建立理论都不成功，直到他遇到MILLS， 才在这一问题上做出突破。这是因为之前杨位考虑规范场之间的非线形相互作用项，遇到MILLS后他们才决定做这一尝试并成功。其中MILLS的贡献也是很大的。杨的回忆录也充分说明了这一点。我不是说要贬低杨先生的贡献，而是提醒博主要充分地考虑共同作者的学术声誉，哪怕提到那么一句也好，即使是科普文章。而且这与MILLS是不是研究生没有关系，因为两人是作为同行关系发表论文并承担名誉和责任的。
2）我是针对文中“杨振宁创立了规范场理论”，这句话说的，与是不是U（1）跃迁到SU（2）没关系。原因很简单，杨不是创立者，是推广者，这是事实而已，尽管后面的推广也很重要，但请尊重事实：杨不是创立者。
3）爱因斯坦方程也有量子理论，即量子引力，引力的量子化难道不是一个复杂的工作吗？你将量子的YANG-MILLS理论和经典的爱因斯坦方程相比，恐怕不恰当。更重要的是，其实杨最初的工作也是在经典场论框架下做的，虽然在1954年那篇文章中也提到了相关费曼图，但真正的YANG-MILLS量子理论是由Hofft做的。量子YANG-MILLS的工作的名誉应该属于归功与HOFT，而不是杨振宁。当然，谁更重要这个问题，每个人角度不同，见仁见智，学术问题您可以保留自己的看法，我不反驳了。
4）如果是介绍规范理论的文章，我不说什么，但请注意你科普的是上帝粒子，而不是YANG-MILLS理论或者“对称性在物理中多么重要”。何况对称性和对称性破缺一样很重要，都有很深刻的内涵

博主回复(2012-7-6 19:09)：呵呵，我觉得继续讨论，可能都又会重复一些观点。我文中提到的规范场，是将作为杨-米尔斯场的同义词。这在很多教科书中也是如此。你评论中提到的HOFT是指‘t Hooft吧？他证明YANG-MILLS规范场可以重整化是杨-米理论发展的一个关键，这也是公然的。。。但是我们必须承认，杨-米尔斯是奠基人，其余的都是踩在巨人的肩膀上。

[21]岳东晓  2012-7-6 18:30

严格说来，只是观测到了一个125GeV的波色子，"consistent with" HIGGS粒子。并非确认。

[20]张磊  2012-7-6 18:18

还有一个问题，证实上帝粒子存在的客观证据是什么？ 为什么报道只是说好像是发现了上帝粒子？

[19]张磊  2012-7-6 18:06

不懂规范场理论，想问几个外行的问题：
1. 上帝粒子做为“质量之源”是因为不会自旋吗？
2. 大爆炸之前的宇宙上帝粒子成什么状态？
3. 上帝粒子有反物质吗？
4. 上帝粒子还可以再分吗？

博主回复(2012-7-7 02:28)：1.不是
2.不知道
3.上帝粒子的反粒子是它自己
4. 在现有理论下，它是一个点，点是不能再分的，但它可以衰变成其他粒子，这次观测到它，实际上是观测到它衰变后的产物

[18]王连军  2012-7-6 18:06

用“上帝粒子”可解释质量来源，那么又怎样解释有质量的物质可转化为无质量的能量，无质量的能量又怎样转化为有质量的物质？

博主回复(2012-7-7 02:30)：您可以参见王国强在楼下的评论。

[17]王国强  2012-7-6 17:51

楼主辛苦了。很受教益，很受启发。不过可能行文仓促，有些小小疏漏，例如

1、“太阳内氦的聚变发热就是涉及强相互作用”，是氢误为氦的笔误？ 还是说氦的聚变涉及强相互作用而氢的聚变不涉及强相互作用？

2、
（1）“观测到了传播弱作用的三种规范波色子（W、Z规范波色子）。

（2）Higgs理论不仅给传播相互作用的规范场波色子（boson) 赋予了质量，”

（3）注：我们现在知道，虽然gluon质量为零。

请问，是不是（2） 中的 “相互作用”前面少了 “弱”字？

3.规范不变原理其实很直白 －－ 这应该是所有真正的基本原理的共同特点，正如欧氏几何学中的公理。

4、希格斯机制似乎只是提供一个静止质量的起源即可，因为由基本粒子组成的更高层次的物质结构中的粒子的质量，可以由基本粒子的静止质量 + 相互作用能量共同给出。 所以说 爱因斯坦的质能关系，已经解释了 物质的大部分能量来源 －－ 来源于物质内部的相互作用，这也是 Wilczeck 的工作的主要内容和观点之一。

4、 关于超导体那一部分，博主似乎讲的不是很清楚，例如光子获得表观质量，或其与G-L方程的电磁动量项 －－ 因为G-L方程是对 正常态 －超导态二级相变的自由能在考虑矢势A不为零的情况进行变分所得到的自然结果 －－－的关系。

博主回复(2012-7-6 18:23)：严格说来，氦聚变也没错，恒星要一直聚变成铁。。。

博主回复(2012-7-6 18:21)：呵呵，是有几个笔误，这还是我改正好几个地方了，谢谢指正。您提到的都很有见地。但再深入下去，就无法叫科普了。

[16]weijianwang  2012-7-6 17:49

杨先生确实在规范理论上作出了重要贡献，让个更多的人了解杨在这方面的贡献也是应该的，但是我觉得博主的文章有些地方写的过了，且过于拔高杨先生在这方面的贡献，有失妥当：
1）非交换规范场的的文章是杨和MILLS合作完成的，MILLS在其中的贡献非常重要，杨自己承认这一点。尽管MILLS不如杨那么有名，但博主的文章丝毫不提到MILLS的贡献，把所有的credit都归公于杨振宁，恐怕有失偏颇。
2）“杨振宁创立了规范场理论”，不符合事实，规范理论不是杨创立的，创立者是Weyl，最早是为了解决统一场论后来被用在U（1）电磁作用上，杨的贡献是将这一思想推广到非阿贝耳群上去。而且杨也是看了泡利的文章后才有了灵感，规范理论也有泡利的贡献。
3）将杨与爱因斯坦比肩是不妥当的。爱因斯坦一个人建立了整个引力理论，标准模型的建立包含了杨振宁，李政道，盖尔曼，温伯格，霍夫特等一大批物理学家艰苦的努力才最终得以完完成，杨只是第一个作出贡献的人，而非整个理论的缔造者。如果杨和爱因斯坦比肩，请问博主将量子力学的创立者们，如果薛定谔，海森堡等人至于何地？并且我要提醒博主，爱因斯坦方程也有很多未解之迷，不论是物理上还是数学上
4）既然是题目Higgs粒子，但博主在文中多次杨振宁，是不是喧宾夺主了呢？应该多介绍南部，Goldstone，Higgs，和一起提出HIGGS机制的物理学家们。他们才应该是本文的住角，而非杨先生。特别是南部，作为对称性自发破缺机制的实现者，连名字都没提到。

总之，科普文章虽然不是科学论文，但请尽量严谨，科学公正地评价科学家的贡献。不应该借着科普的名义，但其目的却是为了夸奖自己推崇的学者。

博主回复(2012-7-6 18:16)：1）既然称YANG-MILLS场，当然等于提到MILLS，但是杨振宁的贡献是绝对主要的。对规范场理论，杨当时已经经过长期思考，而且是非常有成就，MILLS当时只是一个研究生（还没拿到学位）。主要提到杨振宁完全合理。

2）关于U(1)规范场，这是众所周知的。但从U(1)到 SU（2）这是一个跃迁。科普文章不可能讲这么详细。关于PAULI，你的历史事实有误。杨振宁没有看PAULI的什么文章，因为PAULI没有发表任何东西。我在文中提到了PAULI的6维Kluza-Klein理论，但PAULI对此没有写下任何论文。目前最新的研究表明，即使按照PAULI的路子走下去，也与杨理论不能等价。杨振宁是不同的思路。

3）量子规范场论的复杂性远超经典的相对论理论。因此，标准模型由多人、多年完成并不奇怪。但杨-米尔斯场是核心思想勿容置疑。奠定两种相互作用的基础，应该可以与爱因斯坦相比了。

4）离开杨-米尔斯规范场而谈HIGGS粒子是管中窥豹、盲人摸象。我看到鲍得海博士也写道【HIGGS如果真的存在，是对杨-米尔斯规范场理论的一个重大实验支持。。。】这是很恰当的。HIGGS机制正是为了满足局域的杨米尔斯规范不变性。因此，规范不变才是王道。

我不认为这篇文章是在夸大杨振宁的贡献。恰恰相反，我认为是客观评价杨振宁的贡献，承认杨振宁的奠定现代粒子物理的基石的作用的时候了。

[15]Saintz  2012-7-6 17:04

楼主讲的让我这个小白貌似了解了一些
不明白为什么楼上好几位那么不待见老杨，估计跟我一样是场论的门外汉。这么多年老杨一直得不到正名，到底是谁黑了老杨呢？

[14]姜云国  2012-7-6 17:01

楼主文章内容不错，但很多句子的表达方式不符合科学的表达方式。
在杨振宁之前，人类真正能够写下方程的物理作用只有引力与电磁相互作用。？
1954年，也就是广岛原爆后9年，一位年轻的中国人发表了一篇现在称为YANG-MILLS规范场的论文。？？
我们现在知道，虽然gluon质量为零，但是由于规范场的非线性，导致所谓夸克囚禁。??

我觉得这些话不够严格





当杨振宁把这种不变性扩展到基本粒子的量子理论，他惊人地发现，要使理论保持不变，就必须存在对应的相互作用。这就是所谓规范场。???

引力与电磁作用的共同特点是他们的作用距离是无限远，因此人类能够进行宏观实验。？？

博主回复(2012-7-6 17:12)：如果要就我里面的这些说法讨论，我们可以单独开一个帖子。这里地方不适宜与交互讨论。

博主回复(2012-7-6 17:09)：科普当然不是数学。但是我认为我的表达足够准确。

[13]贾志伟  2012-7-6 14:44

支持作者对杨先生的肯定，由此开启的将绝不是大厦一间屋子的灯，由此开始倘若物质相互作用场能够完全统一起来，最起码也是楼顶的探照灯。

[12]clp286  2012-7-6 14:30

对“上帝粒子”有了一些了解，谢谢！进一步通俗化效果会更好。

[11]邸利会  2012-7-6 14:15

杨为什么没有因为那个方程再次获NB奖呢？---

[10]yzhnasa  2012-7-6 14:08

您好我想知道，希格斯玻色子都被发现，这个另有还有的可研究的吗？另外是不说弦理论等各种理论都没必要了呢？现在的感觉是不是想十九世纪末发现量子力学和相对论以前的情况——理论很完善了其他物理学家只管缝缝补补好了还是不定什麽时候飘来两朵乌云？

博主回复(2012-7-6 14:09)：我在文中最后讲了，标准模型显然不是终极真理，并对比朗道理论与BCS理论。

[9]王又法  2012-7-6 13:53

我知道杨振宁是你的偶像，但也不至于讲出“杨振宁博士以他绝不亚于爱因斯坦的洞察力”的说法。如mirrorliwei所言，恐怕他自己也不敢这样想。打个比喻，爱因斯坦点燃了物理大厦的灯，杨振宁点燃了物理大厦里面一个粒子物理房间的灯。

博主回复(2012-7-6 14:08)：这是我的观点，也是不少人的观点。既然是观点，代表的是一种主观判断。

事实是，杨振宁的规范场论是标准模型的核心。爱因斯坦与杨振宁属于不同时代。爱因斯坦是经典物理，杨振宁代表的是现代物理。

[8]jzhang129  2012-7-6 13:42

顶一下。

[7]黄延旺  2012-7-6 13:26

还是有点疑惑，是否说这个理论被证实能够说明质量从哪来？生命从来哪？
能不能再通俗一些，这个理论的证实能让来百姓看到什么新的曙光。

[6]randommatrix  2012-7-6 12:46

很不错，谢谢

[5]zzy513  2012-7-6 12:46

我还是没弄明白

 

科普：希格斯机制--规范不变是王道 精选

已有 5690 次阅读 2013-10-10 10:20 |系统分类:科普集锦

去年希格斯粒子被CERN找到的新闻出来后，我在珍珠湾写了篇《科普上帝粒子》（参见：科学网发表，《中国科学报》）。那篇文章除了科普之外，主要说明了一个问题（也是纠正一个常见错误概念）：

【很多人在提到HIGGS机制的时候，喜欢使用对称自发破缺的说法，其实这是一个用词的谬误。实际上，HIGGS机制恰恰维持了YANG-MILLS规范场的局域不变性(local gauge invariance)。也就是说，规范不变才是王道。】那篇文章也纠正了网上某些民科的概念错误，以为YANG-MILLS场必须对称破却才能有物理，我在文中指出夸克相互作用的SU（3）规范场就没有破却，而是精确的杨-米尔斯，强相互作用的短距离不是因为波色子获得质量，而是因为所谓颜色囚禁。

希格斯机制与YANG-MILLS场结合，被成功运用于粒子物理量子场论的标准模型中的弱电理论部分（如前所述强相互作用是精确的YANG-MILLS），但是如果你去看希格斯当年的论文 （PhysRevLett.13.508.pdf），你会发现他根本没有提到YANG-MILLS。为什么？因为HIGGS只是举了一个最简单的U（1）规范场（也就是电磁场）作为例子，虽然是讨论量子场，但其方程全部是经典的。希格斯的论文只有一页半，其中数学公式极为简单（见文末）。

但这个简单的数学展示了一个魔术：开始我们有一个完全独立的质量为0的矢量场与一个真空期待值不为0的标量场，这两者是彼此独立的，这个没意见吧（论文中方程1）；但玩一玩之后，发现矢量场获得了质量（方程4）。

而且类似的机制在超导现象、等离子体物理里已经出现过了，可以说HIGGS是突然灵感发现，将全局的规范不变改为局域的规范不变，用最简单的一个例子说明了这个波色子获得质量的机制。

本文简单地把现有被实验验证的物理理论做一个最简单的简介。基本物理原理有两个：

1）最小作用原理

这个原理是说一个物理系统的规律由一个称为拉格朗日量的东东决定，物理变化总是让所谓的作用量最小。

至于拉格朗日量应该是什么呢？这就要由物理学家去猜测了，猜对了，就中奖了。

对于自由的物质粒子我们用某个函数表示，其拉格朗日量有两项，一项代表粒子的运动，一项代表其静止质量。

动能项的数学式必然要反映随时间空间的变化，所以包含，而质量项则包含的平方。

2）规范不变原理

这个原理是说如果把在不同点转动一个不同的角度，得到的物理方程应该是不变的。但我们发现自由粒子的拉格朗日不满足这个要求。

转动后为, 结果  。拉格朗日里活生生冒出一个与有关的东西，而这个东西应该是没有物理观测效应的。怎么办？我们的自由粒子方程有问题？物理学崩溃了？

物理学家是不会这么轻易放弃的。他们的思维是这样的：方程应该是不变的，既然自由粒子方程无法不变，那么我们干脆加个名叫A的东西，让A与耦合，让A的变化抵消这个鬼一样的。这个新加的A叫做规范场。 而最小耦合是

对于电子来说，这个规范场就是电磁场。也就是说，我们的理论似乎把电磁场凭空推导出来了，理论上说，就算人类从未做过电磁学实验，根本不知道电磁场的存在，我们的理论告诉你必须有个电磁场。当然，历史发展不是这样的，我们先知道有电磁场，然后才有理论。但粒子物理则不同，杨振宁玩了一个更绝的叫杨-米尔斯场。强相互作用、弱相互作用用杨米尔斯场的方法全都推导出来了。

3）希格斯机制

由上面的规范不变原理推出来的规范场A的拉格朗日不能有A的平方这样的项，否则就又无法规范不变了。换言之规范场不能有质量。这又是一个问题，因为我们知道弱相互作用的作用传播粒子是有质量的，怎么保持规范不变，又产生这个质量呢？

希格斯说，这样吧，我们再引入一个新的标量场，而且这个标量场的真空值不为0，结果你发现在局域规范变换下，最小耦合使这个标量场产生出了规范场A的质量。

具体的数学推导可以参考相关文献。

由上可见，物理学的研究在某种程度上是一种建设性加侦探性工作，我们先确定了应该成立的基本原理，然后去寻找能够满足这种原理的数学，而这个数学又给我们带来新的物理。




经典电动力学的四维表示

feng1734 | 只看Ta

2012-02-26 00:23

这个帖子讨论的是，严格的，在洛伦兹变换下保持形式不变的经典电动力学方程组，，，，，，
一般教材上，介绍电动力学时使用了如下5个方程，，
电荷守恒方程，李纳维谢尔势方程，电磁场张量的定义式，洛伦兹力方程和牛顿第二定律，，，，其中除了电磁场张量的定义式和洛伦兹力方程以外，其他3个方程都可以很容易的改写成4维矢量方程，这3个方程在洛伦兹变换下就可以保持形式不变，，，，，，这个帖子要讨论的内容就是要将电磁场张量的定义式和洛伦兹力方程改写为四维矢量的形式，，，，，
先看电磁场张量F的定义式，电磁场张量是一个洛伦兹变换下的不变量，由于电磁场张量包含4*4=16个分量，所以这里其实有16个方程，每个方程都给出了电磁场张量的一个分量与电磁四维势A（电磁四维势作为一个四维矢量也是洛伦兹变换下的不变量，它由李纳维谢尔势方程给出）的所有分量之间的关系，即电磁场张量由电磁四维势定义，，，，
再看洛伦兹力方程，f=qvF，其中，f是四维力，q是电荷所带电量，v是四维速度，F是电磁场张量，显然vF就是洛伦兹变换下的不变量，是一个四维矢量，，因为vF由v与F定义，而F由A定义，所以四维矢量vF由v和A共同定义，即四维矢量vF是v与A的一个二元运算，记为vF=v#A（其中#就表示v与A的这种二元运算），因为v与A不相关，且vF是四维矢量，所以#是四维矢量空间上的二元运算，如同叉乘的地位一样，，，，，
所以，只要将电磁场张量不看做物理量，而只是看做一种矢量运算，则电磁场张量的定义式和洛伦兹力方程可以被改写成四维矢量形式f=qv#A，，这时所有的电动力学方程就都是真正的可以在洛伦兹变换下保持形式不变了，，方法就是引入一种运算来取代一个中间变量，，，，，，，，，，

下一个问题是：希格斯场又是怎么来的呢？

原文网址：L http://www.zhenzhubay.com/home.php?mod=space&uid=2&do=blog&id=18806