温伯格去世与标准模型世代

来源:科学手记时间:2021-09-02


史蒂文·温伯格(Steven Weinberg,1933年5月3日-2021年7月23日)图源网络

在二十世纪下半叶的物理科学发展历史中,二〇二一年七月底去世的温伯格(Steven Weinberg)无疑是一个重要人物,其原因不只是他以相当重要的物理工作得到了诺贝尔奖,更因为他对于科学在特别像美国那样文化中所显现意义的信念,因此,他去世的影响不止于科学层面,可以说也喻示着美国科学文化的一个转捩。

一百年前左右,随着近代科学探究物质微观结构带来的新视野,以及二十世纪最受到称颂量子力学的发展,物理学家渐渐形成了认知,认为在我们生存的宇宙中,构成物质的基本粒子有像电子等的‘轻子’,以及构成质子、中子的‘夸克’两大类,作用其间的则有四种力量,除了上几个世纪所知道的引力和电磁力,又加上了与原子分裂相关的弱作用力,以及与原子聚合相关的强作用力。简单来说,物理学家就是借着这些基本粒子与作用力,试图来解释我们所经验到的宇宙物质现象。

近代科学意图用化约的精简理论,描违繁复多变的大干世界,有其渊源久远的历史传承,也一直遭遇着诸多的困境。上世纪发展出能美妙解释微小粒子行为的量子力学,也不例外,这其中的一个问题在物理科学里叫做‘重整化问题’,也就是量子理论在计算中会碰到的无穷大发散问题。

一九五七年由普林斯顿大学博士毕业后进入物理科学研究的温伯格,正是在‘重整化问题’上做出了关键的贡献。温伯格可以说是美国二战后,科学乐观主义氛围下成长的科学才俊代表,他中学毕业的纽约地区布朗克斯科学高中,也还培养了一九七九年与他一起得到诺贝尔奖的葛拉萧(Sheldon Glashow),以及更早几年因超导理论获奖的库珀(LeonCopper)。

如果回顾温伯格解决整个关键问题的过程,一如科学历史中许多的理论猜测,都是犹如‘在黑房子中找一只不知是否存在黑猫’的状貌,全然不知是否可能成功的茫然摸索过程,

温伯格在与他同年获得诺贝尔奖的巴基思坦籍物理学家萨朗姆(Abdul Salam)合写的论文,初稿还在文末附上一段莎士比亚戏剧《李尔王》中的一句喻语,显现出他们对于自己猜测高度不确定性的一种自觉。

当然几经波折和思想突破,他与萨朗姆以及葛拉萧最终得到了一九七九年的诺贝尔奖,表彰他们的工作让原本认为是两种作用力的电磁力和弱作用力,可以统合在同一个‘电弱理论’之中,而往后一些年粒子物理的实验发现,皆如他们理论的预测,也让二十世纪下半叶粒子物理最核心的‘标准模型’理论,有了更坚实的基础。

当然温伯格的这些科学贡献总还是局限于物理门墙之内,他之所以能在美国社会文化中有更大的影响,缘于他对于科学的一种信念,以及他对科学文化议题的勇于发言。

二战之后美国面对冷战之局,科学与国家安全紧密结合,如以文化相近的欧洲来作对比,美国社会对于科学的反思,明显的比较薄弱,不像欧洲自近代科学萌起就一直有着对科学的质疑与挑战。

冷战结束之后,美国科学文化思想界对科学开始有较大的反思质疑,这就引起过往半世纪趾高气昂科学家的不满。一九九六年纽约大学一个理论物理学家索可(Alan Sokal),向一份探究或批判科学的著名文化研究刊物投稿,说他所研究的物理科学,其实是社会文化或语言建构出来的,并非客观知识,不过索可在文章中埋下陷阱,说了许多似是而非的科学内容。

文章刊出之后,索可立即在另一份刊物上撰文,说出他原来文章中有哪些谬误,也藉此凸显批判科学的文化研究专家知识不足,这个被称之为’索可恶作剧’的事件,立即引发了更多科学家与科学哲史文化学家的论战,而有一个‘科学战争’的称号,

在这场‘科学战争’之中,温伯格没有缺席,他向着名的《纽约书评杂志》投寄专文<索可的恶作剧>,大力宣扬他所坚信的二元化约论观点,强调他所采究的物理理论,是完全客观与真实存在的,与所谓的社会文化和语言建构毫无关系。温伯格会有如此的信念并不奇怪,因为他早些年已经写了几本谈论科学与文化的通俗著作,也颇受到社会的瞩目。

温伯格最受到讨论的著作是一九七七年出版的《宇宙的最初三分钟》,述说当前物理科学对于宇宙起源的认知,在这本著作中最常受到讨论的两句话却是:‘我们对宇宙越多去了解,似乎就愈发感觉到宇宙的没有头绪。’然而一九九三年他再出版了《终极理论之梦》,显现出他对于人类终将参透宇宙奥秘的一种执念,当然他也意识到粒子物理‘标准模型’理论的困局,不只是引力的不在其中,更在于其内在的理论完备性以及外延理论验证实验可行性的难题,因此他转而探究宇宙论,认定物理理论的美妙,一如他所欣羡的艺术文学。

温伯格当年面对‘重整化问题’的粒子质量困境,就提到杨振宁‘杨—密尔斯理论’粒子质量问题带给他的影响或启发,但是两人面对物理理论困境的态度却明显不同。

一九六一年得到诺贝尔奖后四年在麻省理工学院百周年座谈会上,年轻的杨振宁曾反思以人类有限智慧探究无穷宇宙的可能困境,那与爱因斯坦说的,“我只知道两个事情是无限的,一个是宇宙,一个是人类的愚昧,我对于前一个还不能确定”,颇见先后呼应。

这与可说是美国物理科学‘标准模型’世代奠基者的温伯格,以及前年去世的葛尔曼,确是迥然不同的。

 

作者:江才健,台湾著名资深科学文化工作者,曾为《中国时报》科学主笔,《知识通讯评论》发行人兼总编辑,现为台湾大学新闻研究所兼任副教授。
来源:《科学手记》2021年9月