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我下的时候觉得好编程类的

被认为是一个谐振子，每个谐振子具有各自的位置和动量。因为谐振子不能有精确定义
的位置和动量，所以不能处于静止状态。相反的，每个谐振子都具有所谓零点起伏和零
点能的某一最小的量。所有这些无限数目的自由度的能量会使电子的表观质量和电荷变
成无穷大。
    在本世纪四十年代晚期，人们发展了一种所谓的重正化步骤用来克服这个困难。其
步骤是相当任意地扣除某个无限的量，使之留下有限的余量。在电磁场的情形，必须对
电子的质量和电荷分别作这类无限扣除。这类重正化步骤在概念上或数学上从未有过坚
实的基础，但是在实际中却相当成功。它最大的成功是预言了氢原子某些光谱线的一种
微小位移，这被称为蓝姆位移。然而，由于它对于被无限扣除后余下的有限的值从未做
出过任何预言，所以从试图建立一个完整理论的观点看，它不是非常令人满意的。这样，
我们就必须退回到人择原理去解释为何电子具有它所具有的质量和电荷。
    在本世纪五十年代和六十年代，人们普遍相信，弱的和强的核力不是可重正化的，
也就是说，它们需要进行无限数目的无限扣除才能使之有限。这样就遗留下无限个理论
不能确定的有限余量。因为人们水远不能测量所有这些无限个参量，所以这样的一种理
论没有预言能力。然而，1971年杰拉德·特符夫特证明了电磁和弱相互作用的一个统一
模型的确是可重正化的，只要做有限个无限扣除。这个模型是早先由阿伯达斯·萨拉姆
和史蒂芬·温伯格提出的。在萨拉姆——温伯格理论中，光子这个携带电磁相互作用的
自旋为1的粒子和三种其他的自旋为1的称为W+，W-和Z°的伙伴相联合。人们预言，所有
这四种粒子在非常高的能量下的行为都非常相似。然而，在更低的能量下人们用所谓的
自发对称破缺来解释如下事实，光子具有零静质量，而W+、W-和Z°都具有大质量。该理
论在低能下的预言和观测符合得十分好，这导致瑞典科学院在1979年把诺贝尔物理奖颁
给萨拉姆、温伯格和谢尔登·格拉肖。格拉肖也建立了类似的理论。然而，因为我们还
没有足够高能量的粒子加速器，它能在由光子携带的电磁力以及由W+、W-和Z°携带的弱
力真正发生相互统一的范畴内检验理论，所以正如格拉肖自己评论的，诺贝尔委员会这
次实际上冒了相当大的风险。人们在几年之内就会拥有足够强大的加速器，而大多数物
理学家坚信，他们会证实萨拉姆——温伯格理论[10]。    　　[10]作者注：事实上，1983年人们在日内瓦的欧洲核子中心观测到W和Z粒子。
1984年另一次诺贝尔奖颁给了卡拉·鲁比亚和西蒙·范德·米尔，他们领导的小组作了
此发现。只有特符夫特失去了得奖机会。
    萨拉姆——温伯格理论的成功诱使人们寻求强作用的类似的可重正化理论。人们在
相当早以前就意识到，质子和诸如π介子的其他强子不能是真正的基本粒子，它们必须
是其他，叫做夸克的粒子的束缚态。这些粒子似乎具有古怪的性质：虽然它们能在一颗
强子内相当自由地运动，人们却发现得不到单独夸克自身。它们不是以三个一组地出现
（如质子和中子），就是以包括夸克和反夸克的对出现（如π介子）。为了解释这种现
象，夸克被赋予一种称作色的特征。必须强调的是，这和我们通常的色感无关，夸克太
微小了，不能用可见光看到，它仅是一个方便的名字。其思想是夸克带有三种色——红、
绿和蓝——但是任何孤立的束缚态，譬如讲强子必须是无色的，要么像是在质子中是红、
绿和蓝的组合，要么像在n介子中是红和反红、绿和反绿以及蓝和反蓝的混合。
    人们假定，夸克之间的强相互作用由称作胶子的自旋为1的粒子携带。胶子和携带弱
相互作用的粒子相当相像。胶子也携带色，它们和夸克服从称作量子色动力学（简称为
QCD）的可重正化理论。重正化步骤的一个结论是，该理论的有效耦合常数依所测量的能
量而定，而且在非常高的能量下减少到零。这种现象被称作渐近自由。这表明强子中的
夸克在高能碰撞时的行为几乎和自由粒子相似，这样它们的微扰可以用微扰理论成功地
处理。微扰理论的预言在相当定性的水平上和观测一致，但是人们仍然不能宣称这个理
论已被实验验证。有效耦合常数在低能下变成非常大；这时微扰理论失效。人们希望这
种“红外束缚”能够解释为何夸克总被禁闭于无色的束缚态中，但是迄今为止没有人能
真正信服地展现这一点。
    在分别得到强相互作用和弱电相互作用的可重正化理论之后，人们很自然要去寻求
把两者结合起来的理论。这类理论被相当夸张地命名为“大统一理论”或简称为GUT。因
为它们既非那么伟大，也没有完全统一，还由于它们具有一些诸如耦合常数和质量等等
不确定的重正化参数，因此也不是完整的，所以这种命名是相当误导的。尽管如此，它
们也许是朝着完整统一理论的有意义的一步。它的基本思想是，虽然强相互作用的有效
耦合常数在低能量下很大，但是由于渐近自由，它在高能量下逐渐减小。另一方面，虽
然萨拉姆——温伯格理论的有效耦合常数在低能量下很小，但是由于该理论不是渐近自
由的，它在高能量下逐渐增大。如果人们把在低能量下的耦台常数的增加率和减少率向
高能量方向延伸的话，就会发现这两个耦合常数在大约10↑15吉电子伏能量左右变成相
等。（一吉电子伏即是十亿电子伏。这大约是一颗氢原子完全转变成能量时所释放出的
能量。作为比较，在像燃烧这样的化学反应中释放出的能量只具有每原子一电子伏的数
量级。）大统一理论提出，在比这个更高的能量下，强相互作用就和弱电相互作用相统
下，但是在更低的能量下存在自发对称破缺。
    10↑15吉电子伏能量远远超过目前的任何实验装置的范围。当代的粒子加速器能产
生大约10吉电子伏的质心能量，而下一代会产生100吉电子伏左右。这对于研究根据萨拉
姆——温伯格理论电磁力应和弱力统一的能量范围将是足够的，但是它还远远低于实现
弱电相互作用和强相互作用被预言的统一的能量。尽管如此，在实验室中仍能检验大统
一理论的一些低能下的预言。例如，理论预言质子不应是完全稳定的，它必须以大约10
↑31年的寿命衰减。现在这个寿命的实验的低限为10↑30年，这应该可以得到改善。
    另一个可观测的预言是宇宙中的重子光子比率。物理定律似乎对粒子和反粒子一视
同仁。更准确地讲，如果粒子用反粒子来替换，右手用左手来替换，以及所有粒子的速
度都反向，则物理定律不变。这被称作CPT定理，并且它是在任何合理的理论中都应该成
立的基本假设的一个推论。然而地球，其实整个太阳系都是由质子和中子构成，而没有
任何反质子或者反中子。的确，这种粒子和反粒子间的不平衡正是我们存在的另一个先
决条件。因为如果太阳系由等量的粒子和反粒子所构成，它们会相互湮灭殆尽，而只遗
留下辐射。我们可以从从未观测到这种湮灭辐射的证据得出结论，我们的星系完全是由
粒子而不是由反粒子组成的。我们没有其他星系的直接证据，但是它们似乎很可能是由
粒子构成的，而且在整个宇宙中存在粒子比反粒子的大约每10↑8个光子一颗粒子的过量。
人们可以采用人择原理对此进行解释，但是大统一理论实际上提供了一种可能的机制来
解释这个不平衡。虽然所有相互作用似乎都在C（粒子用反粒子来取代），P（右手改变
成左手）以及T（时间方向的反演）的联合作用下不变，人们已经知道，有些作用在T单
独作用下不是不变。在早期宇宙，膨胀给出非常明显的时间箭头。这些相互作用产生的
粒子就会比反粒子多。然而它们产生的数量太过依赖于模型，使得和观测的相符根本不
能当作大统一理论的证实。
    迄今为止的大部分努力是用于统一前三种物理相互作用，强核力、弱核力以及电磁
力。第四种也就是最后一种的引力被忽略了。为这么做的一个辩护理由是，引力是如此
之微弱，以至于量子引力效应只有在粒子能量远远超过任何粒子加速器的能量下才会显
著起来。另一种原因是，引力似乎是不可重正化的。人们为了得到有限的答案，就必须
作无限个无限扣除，并相应地留下无限个不能确定的有限余量。然而，如果人们要得到
完全统一的理论，就必须把引力包括进来。此外，广义相对论的经典理论预言，在时空
中必须存在引力场在该处变成无限强大的奇性。这些奇性在过去发生在宇宙的现在膨胀
的起点（大爆炸），在将来会发生在恒星还可能宇宙本身的引力坍缩之中。关于奇性的
预言表明经典理论将会失效。然而，在引力场强到使量子引力效应变得重要以前，似乎
没有理由认为它会失效。这样，为了描述早期宇宙并对初始条件给出有别于仅仅借助人
择原理以外的解释，则量子引力论具有根本的重要性。
    这样的一种理论对于回答如下问题也是不可或缺的：时间是否正如经典广义相对论
所预言的那样，真的有起始而且可能有终结吗？抑或在大爆炸和大挤压处的奇性以某种
方式被量子效应所抹平？当空间和时间结构本身必须服从不确定性原理时，这是个很难
给出确切含义的问题。我个人的直觉是，奇性也许仍然存在，虽然人们在某种数学意义
上可以把时间延拓并绕道这些奇点。然而、任何和意识或进行测量能力相关的时间的主
观概念都会到达终点。
    获得量子引力论并和其他三类相互作用统一的前景如何呢？人们寄最大希望于把广
义相对论推广到所谓的超引力。在这个框架中，携带引力相互作用的自旋为2的粒子，引
力子可由所谓的超对称变换和其他一些具有更低自旋的场相关联。这种理论具有一个伟
大的功绩，即它抛弃由半整数自旋粒子代表的“物质”和整数自旋粒子代表的“相互作
用”之间的古老的二分法。它还具有的伟大优点是，量子理论中产生的许多无穷大会相
互抵消。它们是否完全被抵消掉而给出一种不用做任何无限扣除的有限理论尚在未定之