载2014年5月2日《文汇读书周报》
 

大科学时代的解释困境
——读《希格斯:上帝粒子的发明与发现》

孔庆典


  许多重要的科学发现都会有通俗读物尾随而至,声称要将这些发现解释给一般的读者。这一次,美国科学作家巴戈特的《希格斯:上帝粒子的发明与发现》早早地等在了发现的前面,以至于新发现的消息甫一宣布,便守株待兔地迅速进入了出版流程。
  关于我们这个世界的物质组成,到20世纪30年代中期,人们的解释是这样的:所有物质都由化学元素组成,而每种元素则由原子组成。原子也是可分的,它们包含了不同数目的质子、中子和电子,带正电荷的质子和中性的中子组成原子核,带负电荷的电子则围绕着原子核旋转,电子们还同时拥有上下两种自旋取向,受缚于电吸引力,可以通过电磁辐射的吸收或发射,从一条轨道“跳跃”到另一条。于是,握在你手里的18克冰块,其重量就源自1.08×1025个质子和中子的集体质量。
  如今,答案变得更加精细。一个叫做“标准模型”的理论告诉我们,原子核中的质子和中子不再是基本粒子,它们由带分数电荷的夸克组成,一种名为胶子的粒子在夸克之间飞来飞去,将夸克捆绑在一起。夸克、电子、胶子等基本粒子本身没有质量,其质量源自与“希格斯场”的相互作用,这种作用让粒子慢下来,形成对加速度的阻力,也形成了物质的质量——也就是说,请允许我罗嗦一回,没有基本粒子和希格斯场之间的相互作用,就不会有质量,进而也就不会有物质、恒星、行星和生命。至此,质量已然不再是物质的內禀属性,而能量作为背后大boss的面目则愈加清晰。
  然而且慢。这里所谓的“希格斯场”,只是为了让电子、夸克等基本粒子拥有质量而假想出的玩意。按照理论,它的存在只能由发现它的场粒子——“希格斯玻色子”来直接证明。这个粒子在1964年被“发明”出来,随后便如同一个幽灵般在物理世界徘徊。人们一直在为它是否真正存在而劳心伤神乃至争论不休,大名鼎鼎的霍金加入了反方,为此还和希格斯以及另一位正方代表押上了100美元的赌注。
  率先对这个幽灵进行神圣围剿的是美国的高能物理学家们。他们制定了一个称为“超导超级对撞机”(SSC)的庞大计划,预算最初是44亿美元,其后很快又翻了一倍。要知道,即使是曼哈顿工程也不过耗资20亿美元,投入如此巨额的资金,只是为了寻找一种难以理解且早已为理论预测到的粒子?
  但科学家们仍然抱有希望。两位诺贝尔物理学奖得主温伯格和莱德曼亲自出马,一次次地在听证会上面对着那些对物理学毫无概念的议员散发强大的科学气场,结果却徒劳无功。前者还曾在一次电视脱口秀上和一位议员进行辩论,议员强调对科学的投资须有经济上的考量,温伯格问道:建造SSC能够让我们从根本上认识到宇宙的规律,难道这还不足以为它赢得优先地位?议员的回答出奇的简单:不能。
  在经历了七年的争吵之后,美国历史上最具雄心之一的科学计划最终夭折,留下的只是一处23千米长的隧道和两本畅销的通俗读物:温伯格的《终极理论之梦》和莱德曼的《上帝粒子》,正是后者首次将希格斯玻色子称为“上帝粒子”。巴戈特因此悲凉地哀叹:“大科学成了一个贬义词!”
  一年后,同样规模的欧洲“大型强子对撞机”(LHC)计划正式启动。有趣的是,这次并没有引起大规模的反对声音。此时“上帝粒子”的说法已经深入人心,人们似乎对一台能够寻找“上帝粒子”的机器心存敬畏。计划的进展顺利,不断传出关于“上帝粒子”的各种真假消息。就连热门连续剧《生活大爆炸》也来凑趣。在其第5季第4集里,主角谢耳朵谈到了“LHC”和“希格斯粒子”并夸口道:“我就快要搞清楚为什么大型强子对撞机还没有分离出希格斯粒子了。”
  于是便来到了故事的高潮和尾声。2012年的7月4日,欧洲核子研究中心正式宣布发现了与“上帝粒子”特性一致的新粒子。迅速跟进的新闻媒体将这一发现的意义与万有引力、进化论和DNA双螺旋结构相提并论。霍金也很快寄出了100美元的赌资,再一次成就了自己在科学界逢赌必输的名声。
  向公众解释的困境,是这个大科学时代的科学家们所无法回避的。
  就在LHC实施期间,英国科学大臣曾发出一个关系到是否给项目拨款的悬赏,要求科学家们在一页纸上解释清楚,希格斯玻色子究竟为何如此重要?最后的获奖者使用了一个仍然让我不明就里的比喻:在一场鸡尾酒会上聚集着众多人士,一个普通人大可穿行于其间而不受干扰;但如果前英国首相撒切尔夫人出现在那里,那么人群就会顿时簇拥到她的身边,使其行止都“身不由己”,亦即获得了某种惯性或者质量。
  另一次挑战是媒体发起的。发布会上一位记者声称自己完全搞不懂这个发现,要求提供一个通俗的比喻来帮助理解。现场的科学家们面面相觑,互相推诿,最后主席只好直截了当地回绝了这名记者。有意思的是,事后众媒体知难而进,在接下来的数天里充分发挥各自的想象力,以五花八门的方式对发现进行了解读,其中最绝的大概要算CNN——它将“上帝粒子”形容为一堆花痴少女,见到普通人便不理不睬,见到大明星则一拥而上,围得水泄不通,从而使对方拥有了“质量”。这显然是“撒切尔夫人解释”的娱乐版。
  然而,尽管名不副实,并且还遭到了多数物理学家的强烈反感,“上帝粒子”这个名字却似乎产生了显著的传播功效。在我看来,这不仅意味着寻求大众理解的亲和态度在科学传播中并非必要条件,似乎还暗示了在这个注意力经济的时代,当浪漫的科学情怀已不再能够轻易打动人心,科学语言与日常语言也渐行渐远不可通约,干脆只吸引眼球而不去做解释,能否为科学摆脱解释困境提供另一种出路?
  


  《希格斯:“上帝粒子”的发明与发现》,(美)吉姆·巴戈特著,邢志忠译,上海科技教育出版社,2013年8月第1版,定价:38元。