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(第3/3頁)我們不得不勉強(qiáng)地承認(rèn),，它們必須有一半徑,，因?yàn)樗鼈兊碾姶刨|(zhì)量應(yīng)當(dāng)是有限的。這類對(duì)象應(yīng)有半徑之類的性質(zhì)這樣的想法,，我們是不喜歡的,；但至少它們看來似乎像球一樣完全對(duì)稱，所以我們還算高興,。然而以后發(fā)現(xiàn)了電子自旋,，使這個(gè)圖象大大改變了。電子并不對(duì)稱,。它有一根軸,，并且這結(jié)果突出地指出，恐怕這種粒子具有更多的性質(zhì),，它們并不是簡單的,，不像我們?cè)人氲哪菢踊尽?928年狄拉克發(fā)展了電子的相對(duì)論理論并發(fā)現(xiàn)了正電子，情況又完全改變了,。一個(gè)新觀念不可能在一開始時(shí)就十分清楚的,。狄拉克起初想，他理論中的負(fù)能量空穴可以等同于質(zhì)子,；但后來很明顯,，它們應(yīng)當(dāng)具有與電子相同的質(zhì)量,，最后在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了它們，并稱之為正電子,。我覺得這個(gè)反物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)恐怕是本世紀(jì)物理學(xué)中所有巨大躍進(jìn)中的最大的躍進(jìn),。這是一個(gè)無比重要的發(fā)現(xiàn)，因?yàn)樗盐覀冴P(guān)于物質(zhì)的整個(gè)圖景改變了,。在我這次談話的最后部分里,，我想對(duì)此作較詳盡的說明。 開始狄拉克提出：這種粒子可能在成對(duì)產(chǎn)生過程中產(chǎn)生出來,。一個(gè)光量子,，能把真空中的一個(gè)虛電子從一些負(fù)能態(tài)中的一個(gè)提到較高的正能量，這就意味著,，光量子產(chǎn)生了一對(duì)電子和正電子,。但這立刻意味著，粒子數(shù)不再是個(gè)好量子數(shù)了,，沒有關(guān)于粒子數(shù)的守恒律了。例如,，按照狄拉克的新觀念,，我們可以說氫原子不一定要由質(zhì)子和電子構(gòu)成。它也可暫時(shí)由一個(gè)質(zhì)子,，兩個(gè)電子,，一個(gè)正電子構(gòu)成。實(shí)際上,，在考慮到量子電動(dòng)力學(xué)的更精細(xì)的細(xì)節(jié)時(shí),，這些可能性確實(shí)起一些作用。 在輻射與電子相互作用的場(chǎng)合中,，成對(duì)產(chǎn)生這種現(xiàn)象是會(huì)出現(xiàn)的,。但這樣就可很自然地假設(shè)，類似過程可能在遠(yuǎn)為廣泛的物理領(lǐng)域中出現(xiàn),。1932年時(shí)我們已知道,，原子核里沒有電子，原子核是由質(zhì)子和中子構(gòu)成的,。但后來泡利提出：β衰變也許可以這樣來描述,，就是說一個(gè)電子與一個(gè)中微子在β衰變中產(chǎn)生了出來。后來費(fèi)米在他的產(chǎn)衰變理論中表述了這種可能性,。由此可見,，早在那時(shí)候粒子數(shù)守恒律就已完全被拋棄了。我們知道,，在有些過程中,，粒子是從能量產(chǎn)生出來的,。當(dāng)然，這種過程的可能性,，在狹義相對(duì)論中已經(jīng)給出：能量在轉(zhuǎn)化為物質(zhì),，但它的實(shí)在性卻是聯(lián)系到狄拉克關(guān)于反物質(zhì)和成對(duì)產(chǎn)生的發(fā)現(xiàn)而首次出現(xiàn)的。 β衰變的理論,，是費(fèi)米在1934年發(fā)表的,。不多幾年后，連系著宇宙輻射我們提出一個(gè)問題：“如果兩個(gè)基本粒子以很高能量相碰,，將發(fā)生什么,？”自然的回答是，沒有什么良好理由可以認(rèn)為,，在這樣的過程中不應(yīng)當(dāng)產(chǎn)生許多粒子,。所以，實(shí)際上,，在狄拉克的發(fā)現(xiàn)之后,，高能碰撞中粒子多重產(chǎn)生的假設(shè)是十分自然的。十五年后,，當(dāng)人們研究極高能量的現(xiàn)象并能夠在大加速器中觀察到這些過程時(shí),，才對(duì)這個(gè)假設(shè)作了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。但是,，如果我們知道,，在極高能量的碰撞中，任何數(shù)目的粒子都可能產(chǎn)生,，唯一條件是初始的對(duì)稱性與最終的對(duì)稱性相同,，那么我們還得假定，任何粒子實(shí)際上是一個(gè)復(fù)雜的復(fù)合體系,，因?yàn)樵谀撤N程度的真實(shí)性上我們可以說,，任何粒子實(shí)際上是由任何數(shù)目的其它粒子所構(gòu)成。當(dāng)然,，我們還得承認(rèn),，把一個(gè) π介子看作僅由核子和反核子所構(gòu)成大概是合理的近似，我們無須考慮更高級(jí)的結(jié)構(gòu)了,。但那只是個(gè)近似,，如果我們一定要講得嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑挘敲次覀儜?yīng)當(dāng)說,，對(duì)任一π介子,，我們有幾個(gè)粒子甚至任意多個(gè)粒子的多種組態(tài)，只要總的對(duì)稱性與 π介子的對(duì)稱性一樣就行了。所以狄拉克的發(fā)現(xiàn)的最驚人結(jié)果之一是：基本粒子的舊概念完全崩潰了,?；玖Ｗ硬辉偈腔镜牧恕Ｋ鼘?shí)際上是一個(gè)復(fù)合體系,，說得更確切些是個(gè)復(fù)雜的多體體系,，它所具有的復(fù)雜性完全不下于分子或任何其他這類物體真正具有的復(fù)雜性。 狄拉克理論還有另一個(gè)重要結(jié)果,。在舊理論中,，我們說的是在非相對(duì)論性量子論中，基態(tài)是一個(gè)極簡單的態(tài),。它就是真空,，空的世界，沒有任何別的東西,，所以它有最高可能的對(duì)稱性,。狄拉克理論中的基態(tài)就不同了。它是一個(gè)充滿著看不到的負(fù)能粒子的客體,。除此以外,，如果引入了正反粒子對(duì)產(chǎn)生的過程，我們就可以預(yù)期,，基態(tài)必須包含幾乎無窮多個(gè)虛正電子,、電子對(duì)或虛粒子反粒子對(duì)；因此馬上可以看出,，基態(tài)是個(gè)復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)體系。它是基本自然定律所確定的本征解之一,。如果基態(tài)按這種方式解釋,，我們可以進(jìn)一步看到，在基本自然定律群中,，它不需要是對(duì)稱的,。事實(shí)上，電動(dòng)力學(xué)最自然的解釋看來是：在同位旋群里,，基本自然定律是完全不變的,，而基態(tài)卻不然。因而在同位旋空間里的旋轉(zhuǎn)中基態(tài)是簡并的假設(shè),，按照哥耳德斯通的一個(gè)定理,，要求遠(yuǎn)程力或靜止質(zhì)量為0的粒子的存在。庫倫相互作用和光子或許也應(yīng)當(dāng)以這種方式來解釋,。 最后,，狄拉克根據(jù)他的空穴理論在1941年的貝克講座里闡述了一種思想：在相互作用的相對(duì)論場(chǎng)理論中，應(yīng)當(dāng)使用不定度規(guī)的希耳伯特空間。究竟通常的量子理論的這種推廣是否真正必要,，這仍是個(gè)有爭執(zhí)的問題,。但在近數(shù)十年內(nèi)經(jīng)過許多討論后，我們已不能懷疑,，不定度規(guī)的理論確可以前后一貫地建立起來,，并可導(dǎo)致合理的物理詮釋。 所以在這一點(diǎn)上最后的結(jié)果看來是,，狄拉克的電子理論改變了原子物理的全部面貌,。放棄了基本粒子的舊概念以后，曾經(jīng)被稱為基本粒子的那些客體現(xiàn)在必須看成是復(fù)雜的復(fù)合體系,，總有一天可從基本自然定律把它們計(jì)算出來,，正如復(fù)雜分子的定態(tài)可以從量子力學(xué)或波動(dòng)力學(xué)計(jì)算出來一樣。我們已經(jīng)知道,，當(dāng)取基本粒子的形式時(shí),，能量變成物質(zhì)。那些叫做基本粒子的態(tài),，與原子分子的態(tài)一樣復(fù)雜,。或者把這似非實(shí)是地表述為：每個(gè)粒子由其他一切粒子構(gòu)成,。所以我們不能期望,，基本粒子物理學(xué)會(huì)比量子化學(xué)簡單。這是一個(gè)重要之點(diǎn),，因?yàn)榧词宫F(xiàn)在,，還有很多物理學(xué)家盼望有那么一天，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)一種非常簡單的方法去描述基本粒子物理,，好像當(dāng)年的氫光譜那樣,。這個(gè)我想是不可能的。 在結(jié)論中,，關(guān)于什么叫做“偏見”我想再說幾句,。可以說,，我們相信有基本粒子是一種偏見,。但我又覺得那將是太消極的說法。因?yàn)樵诮倌陜?nèi),，我們?cè)谠游锢碇惺褂玫恼Z言,，都是直接間接地以基本粒子的概念為基礎(chǔ)的。我們經(jīng)常問：“這物體由什么構(gòu)成,？較小粒子在較大物體中的幾何或力學(xué)組態(tài)怎樣,？”實(shí)際上我們總是回到了德謨克利特的哲學(xué)；但我想現(xiàn)在我們已從狄拉克那里懂得了：這是個(gè)錯(cuò)誤的問題。要避開已成為我們語言一部分的那些問題,，仍是很困難的,。所以很自然地，即便現(xiàn)在,，許多實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家,，甚至還有一些理論物理學(xué)家，仍在尋找真正的基本粒子,。例如,，他們希望夸克能夠擔(dān)任這種角色，假如它存在的話,。 我想這是個(gè)錯(cuò)誤,。其所以錯(cuò)誤，因?yàn)榧词箍淇舜嬖?，也不能說質(zhì)子是由三個(gè)夸克構(gòu)成,。我們必須說，它可能暫時(shí)由三個(gè)夸克構(gòu)成,，也可能由四個(gè)夸克一個(gè)反夸克,，或五個(gè)夸克兩個(gè)反夸克構(gòu)成，等等,。而所有這些組態(tài)都應(yīng)包含在質(zhì)子中,；而一個(gè)夸克又可以由兩個(gè)夸克一個(gè)反夸克所組成如此等等。因此我們無法回避這種基本的狀況,；但既然我們?nèi)杂袕呐f觀念來的問題,，避開它們是極端困難的。許許多多的物理學(xué)家在尋找夸克,，并且將來大概還要找下去,。以往十年內(nèi)，有很強(qiáng)的偏見偏愛夸克,，我以為假如它們真存在的話，應(yīng)當(dāng)已被發(fā)現(xiàn)了,。但這是一件要由實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家來決定的事,。 還留有這樣一個(gè)問題：應(yīng)當(dāng)用什么去代替基本粒子的概念呢？我想我們應(yīng)當(dāng)用基本對(duì)稱性的概念來代替這個(gè)概念,?；緦?duì)稱性規(guī)定了決定基本粒子譜的基礎(chǔ)定律。現(xiàn)在我不預(yù)備詳細(xì)討論這些對(duì)稱性,。仔細(xì)分析了觀察的結(jié)果以后,，我想作出論斷：除洛倫茲群外，還有SU2，標(biāo)度定律,，以及分立變換P,，C，T,，都是真正的對(duì)稱性,。但我不想把SU3或這類高階對(duì)稱包括到基本對(duì)稱性里去，它們可由體系動(dòng)力學(xué)產(chǎn)生而作為近似對(duì)稱性,。 但這又是一件要由實(shí)驗(yàn)決定的事,。我只想說，我們必須尋找的不是基本粒子,，而是基本對(duì)稱性,。當(dāng)我們確實(shí)作出了這個(gè)決定性的概念變化（這是由狄拉克發(fā)現(xiàn)反物質(zhì)而來的）以后，我認(rèn)為就不需要什么進(jìn)一步的突破去理解基本（毋寧說是非基本）粒子了,。我們只須學(xué)會(huì)用基本對(duì)稱性這個(gè)新的,、不幸是很抽象的概念去進(jìn)行工作；但這可能是夠糟糕的了,。 [侯德彭譯自《美國物理學(xué)期刊》（American Journalof Physics）1975年 5月號(hào)] (本章完,，請(qǐng)閱讀下一章) |
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