突破獎為何有爭議

李淼

近幾年，有一項獎金堪比諾貝爾獎的新科學獎，其獎金高達三百萬美元，這就是設立于2012年的科學突破獎，當然，這一般會由一個團隊或幾個人獲得。科學突破獎分為生命科學獎（每年最多四個獎項）、基礎物理獎（每年一個獎項）以及數(shù)學獎（每年一個獎項）。此外，每年還會有不超過三個物理新視野獎以及不超過三個數(shù)學新視野獎，用以表彰年輕的科研工作者。

今年的“基礎物理學特別突破獎”頒給了三位物理學家：意大利的費拉拉、美國的弗里德曼和馮·紐文豪森。得獎的原因很有爭議，他們建立了一個尚未被實驗證實的理論。

這是一個什么樣的理論呢？通俗一點說，就是將愛因斯坦的萬有引力理論推廣到也許能夠統(tǒng)一其他基本力的理論，簡稱超引力理論。為了稍微解釋一下這個理論，我們首先要解釋 “超引力”里面這個超字的含義。在自然界，基本粒子，如電子、光子這些粒子，按照它們的一種特性分為兩大類，這個特性就是它們的自旋。自旋又是什么呢？簡單地說，每個基本粒子看上去都像一個旋轉的小陀螺。如果它們的轉動和光子一樣，就叫玻色子;如果它們的轉動和電子一樣，就叫費米子。

當然，也有自旋和光子不一樣的玻色子，例如萬有引力的引力子，自旋是光子的兩倍，還有一種著名的粒子，俗稱上帝粒子的，自旋為零。雖然這兩種自旋和光子不一樣，但都是某個基本單位的整數(shù)倍，上帝粒子的自旋是零倍，光子的自旋是一倍，引力子的自旋是兩倍，這樣，它們都是玻色子。而電子的自旋是1/2倍，與眾不同，因此它是費米子。20 世紀 70 年代初，多名研究者獨立提出，玻色子和費米子之間可能存在一種基本的對稱關系，即超對稱。對稱性在基礎物理理論中特別重要，可以說，所有基本力都與對稱性有關。因此，當物理學家發(fā)現(xiàn)超對稱的時候，他們很快就想到，超對稱可不可以用來完成愛因斯坦未完成的使命：統(tǒng)一所有基本力？

當物理學家發(fā)現(xiàn)超對稱的時候，他們很快就想到，超對稱可不可以用來完成愛因斯坦未完成的使命：統(tǒng)一所有基本力？

簡單地說，今年三位獲獎的物理學家，就是將超對稱拿來建立一種新的理論的人，這個理論自然地涵蓋了愛因斯坦理論，就是超引力了。這個理論除了含有引力子，還含有一種新的粒子：引力微子，它是通過超對稱與引力子關聯(lián)起來的，也有自旋，是我們上面提到基本單位的3/2倍。你看，電子的自旋是基本單位的1/2，是費米子，那么，引力微子也是費米子，因為它們的自旋都是基本單位的半整數(shù)倍。

感覺超對稱可以被用來建立新理論的是弗里德曼，他建議紐約州立大學石溪分校的馮·紐文豪森一起合作研究這個問題。后來，弗里德曼在巴黎遇到了在歐洲核子中心工作的費拉拉，接下來，三個人花了一年多的時間才找到了這個理論。

這個理論的建立引發(fā)了持續(xù)很多年的熱潮。不過，超引力理論也好，超弦理論也罷，很可能在我有生之年不會被任何實驗證實。位于歐洲核子中心的最強大的粒子加速器大型強子對撞機沒能找到這些理論所預言的粒子的任何證據(jù)，越來越多的物理學家開始不相信這些理論了。但有些理論家則將沒有被證實當成“正面”的事情，他們說這些理論并沒有預言新粒子會在當前人類能夠達到的能量之內出現(xiàn)。

我甚至悲觀地以為，這些理論很可能在未來數(shù)百年中既難以被證實也難以被證偽。因此，我經常勸熱心于基礎物理研究的年輕人不要輕易進入這個領域。而今年的“基礎物理學特別突破獎”注定將一直是飽受爭議的獎項。