博客李淼

(《科学文化评论》文章，勿转)

一般认为，粒子物理的黄金时代是上世纪50年代到70年代。在那些年代，物理学家们透彻地研究了亚原子物理，包括结合核子成为原子核的强作用力，以及以beta衰变为典型的弱相互作用力。关于弱相互作用，56年中微子第一次被直接探测到，60年代人们还发现了第二种中微子，即缪型中微子，60年代晚期还发现了太阳中微子的短缺，这是第一次探测到中微子振荡的后果。关于强相互作用，60年代发现了众多强子共振态，这些共振态寿命极短，有的只有
秒，数量有数百种之多。另外，人们深入地研究了深度非弹性碰撞，这为后来的夸克模型提供了证据。60年代初格拉肖提出弱电统一的最初模型，60年代末温伯格和萨拉姆利用对称性破缺机制提出了严格的弱电统一模型。1973年，格罗斯等人提出了量子色动力学，解释了渐进自由以及猜测了色禁闭，到此为止，粒子物理标准模型得以确立。

从73年开始，实验粒子物理学家们只是一步一步地验证了标准模型，可以说，直到今天，从实验的结果，我们并没有发现任何标准模型解释不了的现象。当然，在70年代后，实验粒子物理学家和理论粒子物理学家都做出了非凡的成绩。前者发现了三种重夸克，以1994月4月费米实验室发现顶夸克告终。实验物理学家也发现了第三种中微子，即陶子型中微子，并且在80年代进一步证实了太阳中微子问题，90年代发现了大气中微子振荡。
理论家们也没有闲着，70年代初期发明了超对称，接着在弦论中自然地实现超对称，到了80年代中期，弦论能够完全包含引力以及粒子物理标准模型，而到了
90年代中期，弦论甚至可以统一在一个理论下面，叫做M理论。一度，人们认为我们已经找到了基础物理的终极理论，就是M理论。循着另一条脉络，粒子理论家们在70年代初期到中期大力发展了大统一理论，这个理论将弱电统一理论以及描述强相互作用的量子色动力学放在一个统一的框架下，能够解释两个标准模型解释不了的问题。一个问题是为什么在标准模型中，三种相互作用的强度不同？在大统一理论中，只有一个相互作用强度，当大统一规范对称群破缺后，由于耦合常数与能量依赖的关系，分离出来了三个不同的耦合常数。另一个标准模型解释不了而大统一模型能够解释的问题是所谓温伯格角，这个角表达了弱电统一模型中两个耦合常数之间的关系（如果以两个耦合常数做一个直角三角形的勾和股，那么温伯格角就是这个三角形中的一个锐角）。不同的大统一模型假设不同的规范对称群，他们的共同特点是，预言了质子的不稳定性。起初，日本的神冈实验就是专门为了探测质子衰变设计的，完成于1983年，使用纯净水三千顿。神冈实验的全称是神冈核子衰变实验，英文KamiokaNDE，其中Kamioka是神冈町，而NDE则是Nucleon
Decay Experiment的缩写。可惜，神冈实验经过一系列更新，从神冈II到超级神冈实验，都没有探测到质子衰变，这些实验给出质子寿命下限大约为 年。这个结果一方面打击了大统一理论，另一方面，也为超对称大统一理论提供了刺激，因为后者可以压低质子衰变几率。然而神冈实验并没有白做，神冈II实验发现了大气中微子振荡以及探测到来自1987A超新星爆发的中微子，因此，神冈实验的领导人小柴昌俊获得了2002年度诺贝尔物理学奖。

从70年代中期到今天的近四十年间，理论粒子物理学家做出了卓绝的努力，提出了形形色色的理论，极大地丰富了我们对量子场论、弦论甚至宇宙学的认识，虽然，这些理论哪个是正确的还需要实验作出最终裁决。下面，我们从三个方面介绍目前正在进行的实验，以及即将进行的实验。这些实验无疑将给粒子物理学带来新的黄金时代。
在介绍三方面实验之前，我们先简要提及理论物理的两大疑难问题，这两个问题共有一个“暗”字，就是暗能量问题和暗物质问题。暗能量问题即宇宙加速膨胀问题，1998年，美国的两个研究IA型超新星小组独立发现了IA型超新星的哈勃图与宇宙减速膨胀矛盾，他们发现，对哈勃图的最佳拟合是假定存在70%左右的暗能量，25%左右的暗物质。暗能量的最简单的可能就是爱因斯坦宇宙学常数，这个常数使得宇宙加速膨胀，它的物理起源是真空能。这个发现获得了2011
年度诺贝尔物理学奖。暗物质的发现历史更长，甚至可以追溯到上世纪30年代。先是Jan Oort在1932年发现银河系中恒星的速度比预计的要快，后是Fritz
Zwicky发现星系团中星系的速度也比预计的要快，这毒需要存在看不见的物质来解释。从上世纪60年代晚期到70年代早期，Vera
Rubin研究了很多涡旋星系的转动曲线，发现很多恒星围绕星系中心的转动速度几乎不随距离降低，确立了暗物质存在的极大可能。直到今天，暗物质还没有被任何实验直接探测到。探测暗物质将是我们下面介绍三个方面的一个。

希格斯粒子以及超出标准模型

欧洲核子中心的大型强子对撞机（LHC）是继美国费米实验的Tevatron之后能量最高的对撞机，花了10年时间，最终在2008年建成。这台对撞机设计质心能量为14TeV，即每个质子能量为7TeV，这里TeV是一万亿电子伏特。这个能量高出Tevatron7倍。大型强子对撞机2008年9
月10号首次运行，9天后两个大超导磁体烧坏。维护之后，2009年11月重新启动，经过逐渐提高能量的过程，到2010年3月达到每个质子
3.5TeV，距离设计能量还有一半。2011年是LHC重要的年份，这一年，经过亮度较高的9个月的运行，LHC两个独立实验组发现了希格斯粒子存在的证据。

LHC建造的首要目标是发现希格斯粒子。希格斯粒子是标准模型中最后一个还没有被发现的例子，它在标准模型中扮演了至关重要的角色，例如，它对应的场在真空中的期待值使得弱电相互作用在低于一定能量之下分解出两种完全不同的作用，即由无质量的光子传播的电磁力和由三个重玻色子传递的弱相互作用（例如，beta衰变就是中子辐射一个带负电荷的玻色子变成质子，而带负电荷的玻色子又衰变成电子和一个反中微子）。另外，希格斯场的真空期待值还为轻子和夸克提供了质量。在弱电“统一”群破缺后，唯一可以观测到的希格斯粒子是一个不带电且自旋为零的粒子。因为希格斯粒子不带电，所以它的相互作用很微弱，另外，它的质量较大，不低于115GeV（GeV比TeV小三个两级，即10亿电子伏特），这是为什么需要LHC才能探测到它的原因。去年年底，LHC两个实验组，ATLAS和CMS宣布分别得到三个标准误差置信度的希格斯粒子证据，前者得到的中心质量是126GeV，后者得到的中心质量是124GeV，在彼此的误差范围内是吻合的。今年2月，两个实验组发表了一系列相关论文。另外，今年3月在Moriond会议上，费米实验室已经关闭的Tevatron上的两个实验组发布了对旧数据分析的结果，也宣布看到了比两个标准误差稍好的希格斯粒子的证据。

当然，要确凿无误地看到希格斯粒子，我们需要至少五个标准误差置信度，如果没有意外发生，LHC今年累积的数据量足以帮助我们发现希格斯粒子，如果希格斯粒子的质量真的是125GeV左右。当然，已有的“证据”随时可能蒸发掉，这些置信度不够的证据可能是统计涨落的结果。所以，在秋天之前，我们需要耐心地等待。

即使LHC在未来宣布没有发现希格斯粒子，我们也不能说LHC实验是失败的。有的人甚至说，没有希格斯粒子可能是更为重大的发现，因为这说明我们理解的最简单的标准模型是错的，弱电对称的破缺没有那么简单。也许弱电对称破缺是一种动力学破缺，也就是说，需要更多的对称性以及更多的费米子来破缺对称性。一个最为简单的可能是，顶夸克或者一个类似顶夸克的未知费米子由于一个未知的强作用在真空中“凝聚”，这个凝聚导致弱电对称性破缺。费米子凝聚在物理学中并不罕见，例如在低温超导中，一个电子与另一个电子形成半径较大的电子对。这个处于束缚状态的电子对其实是一个自选为零的玻色子，它能像希格斯粒子一样凝聚，即获得真空期待值。超导电性就是电子对凝聚的结果。在某种意义上，粒子物理中的中性
介子也可以看成某种“希格斯”粒子，这是量子色动力学中手征对称性破缺导致的结果，手征对称性破缺就是一种动力学破缺，而
介子这个“希格斯”粒子是复合粒子。所以，如果LHC将不能发现希格斯粒子，希格斯粒子是复合粒子是一种可能，它的寿命也许太短导致我们不能直接看到它。

希格斯粒子在LHC能够探测到的能量范围内“不存在”的另一种可能性是量子力学本身出问题了。在场论中，我们可以证明一个定理，即，如果量子力学线性叠加性原理严格成立，那么希格斯粒子质量的上限是1.4TeV。如果希格斯粒子的质量超过这个上限，那么由于某种原因，线性叠加原理在这个极高的能量被破坏了。

按照现有的计划，LHC将在质心能量8TeV上运行一年，直到确凿地发现希格斯粒子。此后，LHC将关机两年检查和调整，2015年重新启动，能量将逐渐提升到设计能量14TeV。在这个能量上，物理学家们将既有可能发现新粒子，例如超对称粒子，或额外维中的粒子，或其他什么物理学家根本没有能够预见到的粒子。研究暗物质的物理学家则希望LHC在这个能量允许的范围发现暗物质粒子。不论发现什么新粒子，都将是标准模型中没有的粒子，粒子物理学将毫无疑问地进入一个新的黄金时代。在这个能量上，LHC将一直运行到2021年，在这7年间，即使没有新粒子被发现，精确测量希格斯粒子以及弱电对称性也将是
LHC的重要任务，另外，LHC其他实验组还会在这个能量上研究夸克-胶子等离子体以及CP破坏。这些都将是令人兴奋的物理研究。

从2022年到2032年，LHC也许会提高能量，也许不会。有一点是肯定的，LHC将加倍粒子束强度，这对进一步研究弱电物理和CP破坏都有好处。当然，如果此前已经发现了新物理和新粒子，加倍亮度也将带来更为精确的测量。这样，从2010年到2032年这23年间，LHC原则上完成了它的历史使命。但是，物理学家们还悄悄期待届时欧洲相关国家能够支持他们将质心能量提高到33TeV，LHC将在这个能量继续运行10年！

LHC的任何新发现都将加速另一个加速器的建造，即线性电子加速器，这个加速器的设计目的将是在更高的精度上研究LHC的发现。

总结一下，欧洲核子中心的LHC在今后10年甚至20年内将是能量最高的粒子物理实验对撞机，其核心物理研究是与弱电统一相关的对称性和希格斯粒子，额外的研究是CP破坏以及夸克-胶子等离子体。自然，每位粒子物理学家心目中LHC的任务还包括发现新物理例如超对称或者意料之外的新物理，以及暗物质粒子。这个最后目标与解决20世纪留下来的两朵“乌云”问题之一有关。

暗物质探测

暗物质是存在于星系和星系团中以及外围的不发光的物质。到目前为止，暗物质的证据只限于天文观测。前面提到，发现暗物质的历史比较长，已经有80年了。直到上世纪70年代，天文学家才开始重视暗物质。

暗物质的定义为：与星系和星系团共存，有引力作用，但没有电磁相互作用的物质。这些物质按照目前天文观测的结果，占所有物质总量的83%左右，剩下的17是重子物质，发光。经过长期的观测，天文学家发现，暗物质中如果含黑洞和已经燃烧完了的恒星以及其他不发光的天体，比重也很小。现在的共识是，暗物质主要成分应该是不参与电磁相互作用的粒子，这些粒子统称WIMPs（参与极弱相互作用的重粒子）。这些粒子较重，所以是非相对论性的，叫做冷暗物质，它们在星系和星系团中以及外围形成暗物质晕。它们的存在使得每个恒星感受到的引力大于恒星引起的引力，使得每个恒星绕星系中心的运动速度变大，使得星系团中的星系之间的相对运动速度变大。另外，它们对背景的星系和星系团具有引力透镜效应。除了可见的引力效应外，暗物质的存在影响了微波背景辐射以及大尺度结构的形成。

直接探测暗物质的实验已经进行多年，还没有任何具有说服力的结果。这些实验都是地下实验，选择在地下建造实验室是为了屏蔽宇宙射线已经地球表面其他辐射背景。最早开始探测暗物质的地下实验包括：位于明尼苏达的Soundan州立公园地下实验室中的CDMS实验，位于加拿大安大略省SNOLAB地下实验室的PICASSO实验，位于意大利Gran
Sasso地下实验室的DAMA实验、XENON实验和CRESST实验，位于英国Boulby地下实验室的ZEPLIN-III实验，等。

地下实验室用来探测暗物质的方法有两个，一个是将晶体放在极低温的环境中探测，温度低于100毫开尔文。当暗物质粒子击中晶体中的一个原子核，原子核反冲可以被探测到，例如反冲可以产生微小的热量。最常用的晶体是锗。第二种方式是用惰性液体，暗物质粒子与液体中的原子发生反应后产生光子，这些光子可以被探测到。常用的液体有氙和氩。

到目前为止，还没有公认的暗物质被探测到事例。意大利Gran
Sasso地下实验室中的DAMA实验从1996年开始收集数据（用晶体探测手段），到2002年升级，从2003年开始继续收集数据。DAMA实验发现，暗物质导致以年为周期的调制现象。也就是说，由于地球在每年不同的时间相对暗物质的平均速度不同导致暗物质引发的反冲事例数不同，这个不同会在其他背景实践之上出现年调制现象。但这个结果争议很大，因为其他实验没有证实这个现象，而其他实验用更加成熟的方法扣除了背景导致的事件。

另一个引人注目的直接探测暗物质的实验是CDMS实验，这个实验在2009年报道了两个可能的暗物质粒子碰撞事例，同样争议较大。去年9月份，CRESST实验报道了67个事例，他们的计算表明，只有万分之一的可能这些事例是背景和杂质导致的。CRESST很有可能探测到了暗物质碰撞事例，但需要其他实验证实。总的说来，以上这些未经证实的实验给暗物质探测带来了希望。至少我们有些信心相信暗物质与物质的作用不至于弱到任何现有的探测手段都将探测不到。

值得特别指出的是，中国正在锦屏山二滩水电站建设暗物质探测地下实验室，进展顺利。目前有两个实验正在准备中，一个叫CXO实验，这个实验由上海交大领导，是利用液态氙做探测器的实验。另一个实验是清华大学领导的用晶体锗的实验，已经启动。锦屏山地下实验室相对国际类似实验有一些优势，例如垂直岩石深度世界最大。由于是在山下，实验室位于水平地面上，背景辐射也很小。

如果宇宙中存在多出物质五倍左右的暗物质，那么暗物质与物质的相互作用不能太过微弱，暗物质有效碰撞半径不小于
厘米。虽然这是一个极小的尺度，我们有望在今后数年或稍长的时间内直接探测到暗物质。希望中国对这项事业能有很大的贡献。

探测暗物质的第二大类实验是所谓的间接探测，即不是直接观测暗物质与探测器的碰撞，而是探测宇宙空间中暗物质相互作用的后果。例如，假如暗物质粒子就是其反粒子，那么暗物质粒子之间会互相湮灭产生高能光子和正负电子，通过对高能光子和正负电子的探测，我们可以间接地探测暗物质。目前，在太空中最有名的实验是PAMELA实验，这个实验前些年探测到多余的正电子，但我们不能肯定这些正电子来自于暗物质粒子的湮灭。气球实验ATIC也发现了多余的高能电子。这些结果都有待于进一步实验验证，例如中国正在计划发射专用于探测暗物质的卫星。中国也计划在未来的空间站上进行间接暗物质探测。

总之，我们期待在今后的数年或者更长的时间内，将有暗物质探测的令人兴奋的结果。

神秘的中微子

第三个将有突破的粒子物理方向是中微子物理。中微子是标准模型中最轻的费米子，其质量应该小于或远小于1ev，所以，无论来自太阳或宇宙深空中的中微子，还是核电站以及加速器产生的中微子，都以非常接近光速的速度运动。

中微子只参与弱相互作用，不带电。这两个特点使得中微子非常难以探测到，中微子可以穿透近一光年厚的铅。所以，所有用来探测中微子的探测器的体积都非常大，只有用足够多的探测材料，我们才能探测到中微子。虽然我们平时看不到中微子，但来自太阳的中微子到达地球后每平方厘米每秒钟仍然有650亿之多。

现在已经确定，存在三种不同的中微子。中微子实验非常困难，以致从预言到探测到，每一种中微子都花了至少20年时间。中微子还有一个特点，就是三种中微子之间不停地变来变去，这种现象叫中微子振荡。中微子振荡的原因是三种中微子都没有固定的质量，它们是三种固定质量的中微子的线性叠加。没有固定质量但以固定形式参加弱相互作用的叫味，三种味和三种固定质量中微子之间存在线性变换，这个变换由一个3乘3矩阵决定。这个3乘3矩阵在过去十多年间耗费了众多中微子实验专家的巨大精力。到目前为止，已经测量了三个振荡角。2002年，因为探测太阳中微子、超新星产生中微子和宇宙射线在大气中产生的中微子，Raymond
Davis和小柴昌俊获得诺贝尔物理学奖。

从去年到今年，一系列探测第三个中微子振荡角的实验取得成果，其中成果最大的是以中国为主的大亚湾中微子国际合作实验。这个实验以五个标准误差的置信度发现第三个振荡角不为零。这个结果非常重要，因为前两个振荡角已被测定并不为零，如果第三个振荡角也不为零，那么中微子就可能存在类似夸克的CP破坏效应。

中微子在P破坏物理中起到关键作用，P即宇称。早在上世纪五十年代，杨振宁和李政道认为弱相互作用最大程度地破坏了宇称对称性，这就涉及到beta衰变后的中微子的手征性，如果中微子只是左手的，那么反中微子只是右手的。但到目前为止，还没有探测到中微子的CP破坏效应。

中微子的CP破坏可能在宇宙的物质生成过程中起到决定性的作用。根据俄国物理学家萨哈洛夫的理论，在宇宙早期，物质和反物质是一样多的。造成物质略多于反物质，就需要破坏两种对称性，一种是重子数对称性，一种是CP对称性。在两种对称性都被破坏的前提下，早期宇宙中物质就可以略多于反物质，物质与反物质的湮灭结果就是我们这个物质为主的宇宙。实验发现，夸克的CP破坏不足以产生足够多的物质，所以，物理学家们将希望寄托在中微子的CP破坏上。

目前，有一系列中微子实验正在进行中，也有一系列中微子实验在准备中。这些实验有的将会更加精确地测量中微子振荡角，有的会测量中微子的CP破坏效应。还有的实验意在测量中微子的绝对质量以及解决另外一个关键问题：中微子和反中微子虽然手征不同，它们其实是同一种粒子吗？

结论

粒子物理学正处于大突破的前夜。一方面，大型强子对撞机将为我们揭开希格斯粒子的面纱，揭示弱电统一对称的真相，甚至会发现全新的粒子和全新的物理。另一方面，暗物质的直接探测和间接探测也将进入一个新的阶段，我们期待暗物质粒子的出现。最后，中微子物理在经过十多年的快速发展后，将进入一个更快的发展时期。所以，我愿意乐观地提出，粒子物理的第二个黄金时代即将来临。

（合页：光速不变吗？ 质量守恒吗？引力是怎么产生的？ 空间能弯曲吗？）

合页1（狭义相对论）

李淼

1、 光速不变吗？

爱因斯坦相对论与牛顿力学最大的不同是光速不变假设。在牛顿力学中，相对做匀速运动的两个不同的惯性参照性中的时间的变化是一样的；同时，伽利略的惯性原理是成立的：两个不同的惯性系中所有的物理规律是一样的。这个原理可以直观的解释为，如果你坐在一艘匀速运动的船上，或者坐在一列匀速运动的火车中，你不知道是轮船或火车在运动，还是河岸或者火车外面的景色在运动。时间的绝对性和惯性原理可以导出两个参照系之间的变换规律。现在，爱因斯坦说，我不知道时间是否是绝对的，我只能用光来校对不同地点的钟。既然不同的参照系中我们都用光来校对时钟，同时我们又不想放弃伽利略相对性原理，那我们只好假设光速是不变的。

光速不变是革命性的假设，因为这推翻了时间的绝对性。如果时间是绝对的，那么牛顿运动学体系告诉我们，速度是叠加的，也就是说，如果参照系B相对参照系A在X方向有速度V，而一个物体在参照系B中X方向的运动速度是U，那么这个物体在参照系A中的速度就是V+U。显然，光速在牛顿体系中不可能是不变的。既然如此，牛顿的绝对时间与光速不变矛盾。

光速不变严格地建立在实验的基础上。最早企图测量光速的人是伽利略，但他的测量方法过于粗糙简单，使得他只能得出光速是无限大的结论。测出有限速度的第一人是丹麦天文学家罗默，他利用木星卫星从阴影中出现的时间测量出光速是地球绕太阳速度的九千多倍，相当精确了。1926年，迈克尔逊测量的光速与光速的现代数值只差了十万分之一。第一个试图测量光速变化也是迈克尔逊，测量相对速度的技术不同于绝对速度，所以迈克尔逊早在1881年就完成了光速是否与地球速度有关的测量。当然，他的出发点不是测量光速是否不变，而是试图测量地球相对以太的速度：根据以太理论，光是以太振动的波，所以当地球相对以太运动时，根据牛顿理论体系，平行于地球运动的光的速度与垂直于地球运动的光的速度是不同的。但他没有能够测量出这种不同，所以以太理论看来是不正确的。从今天的角度来看，他验证了光速不变假说。从1887年莫雷和迈克尔逊提高测量精度开始直到近代用激光干涉仪来提高测量精度，精度不断提高。2009年的结果是，光速变化小于每秒一纳米。因此，我们没有什么理由怀疑光速不变的假说。由于光速是不变的，而时间测量得非常准确，从1983年开始，我们规定光速为一个具体数值来定义长度单位米。这个具体数值就是299,792,458 米每秒。

2. 质量守恒吗？

人类很早就有物质不灭的想法，例如公元前七世纪的泰勒斯。当然，这和现代的能量守恒定律并不完全相同。伽利略在研究钟摆时发现钟摆的势能转化为动能。第一个严格定义动能的人是莱布尼兹，在牛顿力学体系中，一个保守系统中势能和动能之和是随时间不变的。到了十八世纪，人们发现动能可以转化为热能。十九世纪，德国医生迈尔发现动能和热能之间的量的关系，和他同时代的焦耳则发现势能也能转化为热能。英国物理学家格罗夫和德国物理学家亥姆霍兹独立发现了现代意义上的能量守恒定律，动能、势能、热能和电磁能可以互相转化但总量不变。

能量守恒是一条在一个力学体系里可以推导出来的定律。例如在牛顿力学中，我们可以从牛顿第二定律推出系统能量的变化等于外力做的功。如果总外力等于零，那么系统的能量就是不变的。后来，德国数学家艾米•诺特1915年证明了一条影响深远的定理，这条定理说：“一个物理系统的任何一个连续对称性都对应一个守恒量”。我们终于知道，能量守恒原来是时间平移对称性的结果，也就是说，一个物理系统遵循的运动定律在过去、现在和将来是一样的。同样，动量守恒律是空间平移对称性的结果，而角动量守恒是空间转动对称性的结果。

对称性和守恒律的关系除了数学推导外，有没有直观的物理解释？能量守恒和时间平移不变性的关系有直观解释吗？我过去想过，得到了一个可能的解释，但并不令我满意。在量子论中，能量与一个物体的本征频率有关。时间平移不变性意味着本征频率不会改变，即能量不变。在爱因斯坦的狭义相对论中，当然有时间平移不变性，从而能量守恒依然成立。通过量子论，我们能够论证，其实质量也对应着一个本征频率，这样，质量也是能量。这是量子论对爱因斯坦质能关系的推导。

一个孤立的质心静止的物理体系的能量，在外部看来，完全等价于其静态质量。著名的爱因斯坦质能关系是：能量等于质量乘以光速的平方。当这个体系的质心做整体运动时，总能量等于静态质量对应的能量乘以一个与速度有关的因子。有时我们又将总能量对应于运动质量，爱因斯坦关系也成立：总能量等于运动质量乘以光速平方。这样，能量守恒就可以说成是质量守恒。这个陈述与物质不灭直观概念最为接近。

如果能量等于质量乘以光速平方，说明质量在一些情况下可以转化为纯粹的动能。例如，光的能量完全是动能，因为光的静止质量为零。质量转换为能量的最直接的例子是一对正负电子湮灭成一对光子，这样正负电子的静止能量完全转化为动能。而光子的能量又能为电子吸收转化为电子的动能——在一个很大的体系中，很多电子的动量其实就是热能。这样，静止能量可以转化为热能。这正是核能源的本质。

合页2（广义相对论）

李淼

3. 引力是怎么产生的？

万有引力是牛顿的伟大发现之一，万有引力定律可以说是第一条被严格数学表述的基本作用力。牛顿万有引力定律表述为：任何两个质点之间存在万有引力，力的方向平行于连接两个质点的线段，力的大小与两个质点的质量乘积成正比，与质点间的距离平方成反比，正比系数叫做牛顿引力常数，或者叫万有引力常数。

牛顿并没有告诉我们万有引力有什么更深层的起源，也就是说，在牛顿那里，万有引力是基本的，不可还原。我们并不觉得这有什么奇怪，例如，电磁力就是电磁力，也不可还原为更加基本力的体现。万有引力定律十分强大，既可以解释地球上一切受到地球吸引的物体的运动，也可以解释天体的运动，例如地球如何绕太阳做椭圆运动，月亮如何绕地球做椭圆运动，还可以解释潮汐现象，可以解释银河系，星系团的结构和起源，等等。

从牛顿到爱因斯坦的两百五十年间，几乎没有人怀疑过万有引力定律，也没有人想修正这个理论，直到爱因斯坦。爱因斯坦修改万有引力定律的动机几乎是无中生有的，也许我们可以说，如果没有爱因斯坦，牛顿万有引力定律还要统治至少几十年。那么，爱因斯坦为什么要修改万有引力定律？是他发现有什么现象万有引力定律解释不了？还是有什么天体的运动规律突然偏离了万有引力定律？或者，爱因斯坦觉得万有定律背后还有更深的物理原因？答案几乎是，都不是。

启发爱因斯坦寻找新的万有引力理论的动机有两个。第一个，他的狭义相对论某种意义上是麦克斯韦电磁理论需要的运动学。爱因斯坦狭义相对论的第一篇论文的题目就是《论动体的电动力学》，即，他想知道不同惯性系之间电磁学运动方程之间的关系。于是他发现，在狭义相对论中，麦克斯韦方程在不同的惯性系里的数学形式完全一样。当然，光速本身也是麦克斯韦方程的结论之一，所以光速不变。所以，前面提到的伽利略相对性原理对于麦克斯韦方程是正确的。爱因斯坦将目光转到万有引力上时，问题来了。牛顿的万有引力定律是瞬时力，不满足狭义相对论中的伽利略原理。这样，牛顿定律必须修改。

第二个动机是，为什么惯性质量与引力质量有关？这两个质量的起源完全不同。惯性质量在狭义相对论中等价于能量，而引力质量是牛顿为了表述万有引力定律引进来的，不一定就是惯性质量。

4. 空间能弯曲吗？

爱因斯坦认为，要将引力与狭义相对论结合起来，不可避免地要推广惯性原理。他花了好几年一直没有找到出路，终于有一天，他兴奋地想到，惯性质量与引力质量相等是解决问题的关键。

为什么这个简单的想法是解决问题的关键？这是因为，如果引力质量与惯性质量完全相等，那么我们就会看到，在时空的一点附近所有的点粒子的加速度都是一样的。如果作为观测者的我们也有这样的加速度，那么依我们自己作为参照系，所有粒子都没有加速度，这不是一个局域的惯性系吗？在我这个自由降落的惯性系中，所有物理学定律和惯性系中完全一样。于是，我就可以原封不动地将惯性系中的物理学定律写下来。那么，在一个抵抗引力不做自由下落的坐标系中，物理学定律可以通过“翻译”自由下落的惯性系中的物理学定律得到。

由此，爱因斯坦想到弯曲几何的类比。取任何一个曲面，例如球面，在曲面上一个点的附近，曲面近似是平坦的，这个“附近”范围越小，几何就越平坦。整个弯曲面的几何是无数这种平坦的几何拼接成的，有点像足球，每一块缝制足球的五边形和六边形看上去并没那么弯，如果将这些小块皮做得更小一些，就更平了。现在，在引力场中，既然每个时空点附近都有局部惯性系，那么我们可以将无数局部惯性系“缝制”成一个弯曲时空。

惯性系确实是平坦的，因为根据爱因斯坦，在惯性系中，最关键的不再是空间距离，而是“时空距离”，这个时空距离有某种绝对意义，如果我们从一个惯性系转换到相对匀速运动的另一个惯性系，这个“时空距离”不变，但空间距离不再有绝对意义。所以，爱因斯坦将弯曲空间推广为弯曲时空。爱因斯坦接下来的研究告诉我们，粒子在引力场的运动，无非是走弯曲时空中的测地线。沿着测地线，粒子自己的本征时间最长（假如有一个时钟跟着粒子运动，本征时间就是这个时钟的时间）。要完成爱因斯坦的引力理论，他还需要告诉我们，时空的弯曲是怎么决定的。这就著名的爱因斯坦场方程，爱因斯坦说，弯曲时空的曲率与能量以及动量有关。这很像麦克斯韦电磁理论，电磁场强度与电荷以及电流有关。

我们很容易想象弯曲的曲面，这是因为我们可以在三维空间中直接看球面、环面，等等。当然，在数学理论中，数学家完全可以摆脱三维空间研究曲面，只要给出曲面上的长度度量，曲面的性质就决定了。类似两维曲面，我们可以想象三维弯曲空间，不必将三维弯曲空间放进四维空间或更高维空间中。空间弯曲，对于一个几何能力稍好的学生来说，并不难想象。最后，如何想象弯曲的时间空间？弯曲的时间还是好想象的，就是在不同的空间点，时钟走的快慢不一样。爱因斯坦的弯曲时空是现代万有引力理论。

（《新发现》专栏，勿转）

说起科幻小说我们总想起法国的凡尔纳，英国的威尔斯，美国的阿西莫夫。我自己读过这些人的作品，特别是凡尔纳的，如《海底两万里》，《地心游记》，《环绕月球》。可是，谁是最早的科幻作家？凡尔纳不过是十九世纪人，威尔斯的早期作品也是十九世纪末创作的。他们都不是最早的科幻作家。

在近代科学时代，最早的科幻作家也许是大名鼎鼎的天文学家兼物理学家兼哲学家开普勒！他在1620年到1630年之间写了一本小说《梦》，被阿西莫夫和萨根认作第一本科学幻想小说。开普勒这部小说中的主角杜拉库图斯（Duracotus）是一位女巫的儿子，也是开普勒名义上的老师第谷的学生。杜拉库图斯的妈妈的老师是来自月亮的精灵，每逢日食时，精灵就可以通过连接地球和月亮的黑暗隧道来往于地球和月亮。杜拉库图斯想去月亮上看看，他的月亮之旅其实是为了证明哥白尼理论的正确性。就是说，从月亮上观测地球，我们就能看到地球环绕月亮运动。既然作为月亮上的观测者会误会地球围绕月亮运动，我们也会误会太阳围绕地球运动。杜拉库图斯喝了一些可以让他昏睡的药，在到达月亮和地球引力的平衡点之后，就慢慢地滑向月亮。从这一点来看，开普勒已经知道月亮和地球都会产生引力。我们不知道的是，开普勒的大脑中是否已经有了牛顿万有引力的概念？

开普勒的《梦》也许并没有启发他和牛顿去发现万有引力定律，却预言了万有引力，也预见了20世纪人类的登月之旅。在这一点上我们可以说，《梦》是所有理性的科幻小说样板：这些小说预言一些在未来出现的科学技术，却未必启发科学家做具体的科学发现。毫无疑问，凡尔纳是最为成功的预言家，他的《海底两万里》预言了潜水艇。当然，在1869年，《海底两万里》发表的那一年，真的潜水艇已经存在并用在了军事上。而靠柴油驱动的潜水艇直到19世纪末才出现，凡尔纳小说中的潜水艇的动力直接来自海洋（当然他无法预见到上世纪50年代才出现的核潜艇）。这本小说的冒险成分远远大于科学幻想成分。至于《地心游记》，现在还无法实现。而《环绕月球》，人类在上世纪50年代和60年代实现了，中国则在本世纪实现了。

如果说凡尔纳科幻小说的主题是冒险，那么威尔斯科幻小说的主题则是哲理。他的成名作《时间机器》是一切时间旅行和穿越小说的鼻祖。在小说中，威尔斯认为时间其实是第四维，这在一定程度上预言了爱因斯坦相对论的主要观点之一。小说主角是位科学家，他造出了时光机并借以旅行到非常遥远的未来。这部小说在当时引起了关于社会问题和伦理问题的讨论。直到1960年代，物理学家才开始在爱因斯坦的广义相对论框架下认真讨论时光机的可能。直到今天，这还是一个争议很大的问题，很多人认为在原理上，我们不可能制造出可以帮助我们回到过去的时光机。威尔斯的另一部小说《隐形人》我过去也读过，确实有令人心惊的效果。隐形人在现代奇幻小说《哈利波特》中也出现过，以隐身衣的方式出现的。威尔斯的隐形人是通过一种药物使人的身体折射率和空气一样，而隐身衣的原理则不同。科学上，从两千年开始，物理学开始在隐身材料的研究做出了突破。隐身材料是一种让平行的光线在材料中弯曲后再以平行光线的形式出现，如果在材料中藏有任何东西，利用光线探测这个东西的人就不会看到它，这虽然和威尔斯的想法完全不同，却有类似之处。

我不知道历史上是否有过一本科幻小说真实地启发了一位具体的科学家作出具体的科学发现的例子，但科幻小说确实会拓展人们的视野，让人们去想象当时科学技术还做不到的事情。从开普勒的《梦》开始，直到最近的《骇客帝国》，都是这样。说到《骇客帝国》，我倒是觉得未来将见证这个系列的主题的实现，即，人类将越来越依赖电脑和网络。即以今天我们到哪里都有上网的欲望为例，无论中外都是如此。例如今年三月我去了一趟曼哈顿，就看到星巴克的人无一不在上网，有人就是专门上网去的。现在朋友聚会，我们很多人很快就爬上微博，发消息发照片，互相加关注。也就是说，网络和微博已经成为我们身上不可或缺的感觉和交流器官。所以，如果我预言未来人类将大部分甚至绝大部分生存在网络中，甚至在网络中吃喝拉撒睡，大概不会太离谱。

最后，我不得不提一下刘慈欣以及他的科幻小说《三体》。著名的大刘也是《新发现》主编极为欣赏的小说家。国内有众多《三体》迷，这不奇怪，因为科幻迷以及科幻迷组成的亚社区是全球现象，不限于中国。《三体》幻想了未来人类和外星智慧的交往以及斗智斗勇，在物理学和航天上有很多极有想象力的设想，例如将质子展开为一个极大的两维面，例如宇宙的未来归宿。《三体》甚至是英文维基science
fiction词条中唯一被提到的中文科幻小说。

霍金在为克劳斯著作《星际迷航的物理学》的序中写道：“科幻不仅有趣也会启发人类的想象力。我们也许还没有达成‘大胆地去那些人类还没有到过的地方’，但至少我们可以在想象中做到这样。……科幻和科学之间是双向交易。科幻提出一些科学可以容纳进去的想法，而科学有时发现比任何科幻都离奇的概念。”

（《读+周刊》专栏）

在中国人眼里科学历来是件严肃的事。科学讲道理，所以严肃。近大半个世纪，中国人最讲科学，我们要建设一个科学的社会，发展观也是科学的。我们认为科学等同于理性，所以，搞笑诺贝尔奖在中国不怎么被看重。尤其是科学家，觉得那是一件与科学不沾边的事。我小时候的印象中，科学家不是穿着白大褂戴着口罩令人仰慕的人，就是陈景润那种不通人情世故的人。其实，这种对科学以及科学家的刻板印象都和西方的科学家相反。

西方科学家，有的多才多艺，有的擅长幽默。科学家的饭桌上经常听到笑话和包袱，在中国，我们很难听到这些。所以，菠萝科学奖，作为第一届中国的搞笑诺贝尔奖，起步并不容易。但是，4月7号的菠萝科学奖典礼做得十分成功，说明我们中国人即使搞科学的时候也能够幽默。

搞笑诺贝尔奖，英文名Ig Nobel Prize，Ig是ignoble，翻译过来是卑微和不光彩的意思。但搞笑诺贝尔的宗旨并不是如此，它的宗旨是“先让大家笑，然后使得他们思考”，也就是说，有趣而搞笑，但值得深思。搞笑诺贝尔每年十月初颁发，略早于诺贝尔奖，由幽默期刊《不可思议的研究》主办。第一届始于1991年，有十个奖项，除了诺贝尔涵盖的五个奖项外，还有公共卫生和工程等。

刚刚结束的菠萝科学奖由果壳网与浙江省科协旗下的浙江科技馆主办，第一届奖项有九个，与搞笑诺贝尔不完全相同。计有：数学，物理学，化学，生物医学，心理学，发明，U奖，Me奖和幻想奖。需要稍微解释一下U奖和Me奖。今年的U奖颁给长春应用化学所师生抗议食堂变相涨价事件，他们通过测量饭盒以及饭菜各种成分重量的变化得出食堂变相涨价的结论。所以，往后的U奖大概就会颁给类似的事情了。Me奖则是颁给浙江大学老生仪楼CCNT实验室一台饮水机，这台饮水机每天通过微博发布有无热水的状态，由此看出Me奖是科学的日常小应用和扮萌。

我参与了五项科学奖的评选，这些奖项中，我印象最深的是生物医学奖和心理学奖。生物医学奖将给了复旦大学关于曹操基因的研究。王传超等人通过从上海图书馆获得的一些曹操后人的家谱找到一些声称曹操的活着的后代，分析了280位男性Y染色体的基因，将之与其他姓氏的446个男性比较，得出结论：一种叫O2-M268的单倍型基因应该是曹操所拥有的。他们还研究了曹参的后代，发现曹参本人没有这种单倍体，从而曹参不是曹操自称的祖先。心理学奖颁给了中山大学周欣悦教授关于金钱有镇痛效果的研究。研究发现，数钱对某些生理性疼痛和社会性疼痛有镇痛作用，而数纸则没有。这篇论文发表在国际刊物《心理科学》上。

我在这次颁奖的现场体验了大家切实的笑声以及科学带来的愉快的思考。当然，颁奖典礼的精心准备也起到重要作用。我了解菠萝科学奖的来龙去脉。一年前的春节，我单身在家，和王丫米姐妹度过了大年夜。丫米对我说，她和姬十三打算做一个中国搞笑诺贝尔，问我的看法，我当然支持。在接下来一年多中，王丫米的团队和浙江科学馆合作，跨过了一个又一个坎，首届菠萝科学奖终于成功颁发。原来我们中国人除了会思考外还会幽默，毕竟，真正的好奇与幽默分不开。只有少数人知道，这些欢乐之后，除了有王丫米团队的汗水，还有很多丫米自己的泪水。

（《新发现》专栏，勿转）

我似乎从来没有在我的《新发现》专栏里谈过文学，尽管，我写现代诗的时间仅仅短于我写科普的时间。

最近，我的恩师在美国猝然去世，谁也没有想到。三月份我去位于长岛的石溪大学访问，就想，如果下半年或明年有机会就去看看他。去年他因为心脏问题住了一个多月医院，后来好转出院，还能为学生上课。今年他76岁了，本可以赋闲在家，但还是义务上课。在上课之外，他还与学生辈天文学家合作做研究，去世的前一晚还用skype与其他人讨论学术问题。

我这次借这个专栏写写文学，一来很快将在国家科学图书馆做讲座，讲座名是《一个理论物理学家的现代文学观》，用崔卫平老师的话说，拗口；二来，也算是纪念我的恩师。按说，现代文学在消费时代越来越边缘化了，文学与科学向来也是两种很难融合的文化，我怎么就谈起现代文学了？年轻的时候，目睹恩师在做学问之外，涉猎科学史、哲学、宗教和文学，我并没有多大共鸣——除了科学史。所以可以排除来自他对我的直接影响。我在微博上说：“老师爱学问爱做科普，喜欢写随笔。我跟他做了两年宇宙学同时自学超弦理论。后来我写科普，热爱文学都是偶然诱因导致。有人说我在这些方面受老师的影响，其实不然，他在国内时大谈波普尔和哲学、宗教时，我并不感兴趣。现在年龄到了，想不到我竟然在这方面变本加厉。我想有些人终归是要走这条路的。”

所以，“有些人终归是要走这条路的”也许是唯一可信的理由。科学研究本来出自人类的好奇心，到了今天，多半人研究科学是出于名利的需要。一个人年纪渐长，可能会走向完全不同的方向，有的人会越来越热衷于名利，所谓老年戒得。而另一些人会走向内心，文学和艺术就是人类为了满足内心需要而创作的。当然，更有一些人会走向哲学甚至宗教。

最近在读一本极好的西方文学史，清华大学中文系教授徐葆耕的《西方文学史：心灵的历史》。书名道出了文学的秘密：文学，作为一种人类的创造和需要，主要来自心灵。而科学呢？仅仅是出于好奇心吗？可能没有这么简单。远古的时候，人类处于文明的黎明，文学艺术和科学的种子都在宗教里面。有人研究过一些岩画，发现岩画并不是早期人类为了写实而写实，岩画与原始宗教有密切关系。那些岩画描述一种冥想的精神状态，以及早期人类对自然的一种体认。这是科学最早的形式，也是宗教的起源，当然，岩画同时是艺术。中国商周青铜器上往往见到的饕餮等李泽厚所说的狞厉之美，有另一种解释。当年我读了李泽厚的《美的历程》，觉得李泽厚的解释很合理，狞厉之美，听上去多 好。后来读了查建英等人的《八十年代》，其中阿城说，这些饕餮纹云纹等等，使得古代人们吸毒之后产生宗教体验，这些纹动起来了。如果这种认识是正确的，那么科学和艺术是同源的，都起源于原始宗教。

其实，基督教和科学也有极深的渊源。现在一说起西方基督教，很多国人觉得它压制了科学。其实，基督教为科学的兴起有过历史贡献。首先，很多早期科学家来自基督教内部。其次，基督教有可能回答了李约瑟难题：为什么现代科学没有在中国出现。西方的一种观点是，基督教相信世界是有秩序的，有定律。Law，原意是上帝的法律。有个老生常谈的说法，西方文学艺术受到两希传统的影响，希腊和希伯来。来自希伯来的影响就是基督教，上帝可以看成是人类理性的最高代表，从而宇宙中一切遵循规律，人类也要有所约束。而希腊的传统则更加尊重人性，强调个人自由。两希传统反映在文学艺术上就是理性约束和个人解放的矛盾。

西方科学影响所及，除了使得人类的经济和技术极大发展，反过来，人越来越受到技术的反制。我们觉得个人的空间越来越小，在工具理性主义之下个人成了一个高速运转机器不起眼的环节。西方的工业化和城市化导致现实主义让位于现代主义。从上世纪九十年代开始，中国进入一个前所未有的工业化时期，或者说是经济高速增长期。由于中国的城市化起步得晚，速度远高于西方当年的速度。今天，虽然中国的城市人口仍然略少于农村人口，中国在过去二十年的发展是空前的。我看到的一份资料说，1990年中国超过一百万人口的城市有31座，到了1999年这个数字增加到37，到了2009年，这个数字增到118。毫无疑问，城市化带来了很多好处，也带来了很多坏处，更为每个人带来前所未有的压力。所以在我个人眼里，每个人，不论他做什么，是公司的白领，还是进城打工的人，都生存在狭小的空间里。我们正在同时经历西方历时百年的各色各样现代化过程的现象。我们得到的爱和付出的爱越来越少，很多人成了爱无能。当然，科学家也不能逃脱这个大环境。

所以，大约五年前，由于一个偶然的机会我开始写现代诗，这样一发不可收，因为我在文学的宇宙里找到心灵的住所。9个月前，我开始写文化专栏，文学内容占了主要部分。我不知道我的老师是从什么时候开始写随笔的，我认识他的时候，是1982年，那时他46岁，我就读过他的科普和随笔。想来他对科学史、文学的热爱要早于我。我期待文学艺术不会因为消费社会的更加发达变得更加边缘化，恰恰相反，文学艺术将和科学一样，成为我们每个人生活的必需品。也许有一天，我们将生活在一种文学艺术与科学结合的氛围中。也许有一天，我们不仅觉得物质生活很丰富，我们将觉得心灵的生活同样丰富。

缺乏地理概念的我，在来长岛之前只知道长岛有著名的纽约州立大学石溪分校以及布鲁克海文国立实验室，前者因杨振宁先生曾任教在华人社会名头响亮，后者则参与了最近出了重要成果的中国大亚湾中微子实验。长岛由四个郡构成，其中两个郡靠近曼哈顿，同时也是纽约市的两个区，皇后区和布鲁克林区。中间那个郡叫纳苏郡，我则住在最东部苏福克郡，因为我访问的石溪大学位于这个郡。这个郡面积最大，而我离长岛最东端还有很远的距离。

今年是纽约的暖冬。2月29号我刚到这里，天下着雨，还感受不到暖冬是什么样子，半月过后，北京也常见到的连翘和紫木笔（俗称玉兰）开得不可收拾。有时我得将住处的空调开到制冷处。

除了早到的春天，我对长岛印象最深的是风。风总是在刮着，并不大。在路边走着的时候，你感到风带来的寒意以及清爽。在中国已经久违了这种清爽的感觉。于是我想到美国历史上最大的诗人惠特曼，这是一位开创一代诗风，将诗的语言从格律中解放出来的诗人。在惠特曼之外，长岛另一位著名文人是垮掉的一代代表人物之一杰克•凯鲁亚克。他的小说《在路上》，任何一位关心当代文学的人即使没有读过也会听说过。凯鲁亚克所代表的是另一种自由，一种对上世纪五、六十年代美国主流社会和文化不满，反抗虚无但最终被虚无吞噬了的人。有趣的是，虽然风格和追求完全不同，惠特曼和凯鲁亚克都受到美国超验主义以及爱默生的影响。他们以不同方式去实现爱默生说的：“语言直接依赖自然的这种特点以及它把外部现象转化为人类生活中某一部分的能力，永远不会失去感染我们的力量……那种诗情画意的原始语言同时又有力地证明，它的使用者是一个与上帝相通的人。”长岛还出了一位比凯鲁亚克更加著名的作家，《了不起的盖茨比》的作者菲茨杰拉德。这些诗人和作家，正如长岛自由的风。

尽管我至今还没有通读过惠特曼的名诗集《草叶集》的英文原文，我对惠特曼和《草叶集》的仰慕超过了对任何英语诗人和诗集的仰慕。首先，惠特曼通过《草叶集》以及其他创作将诗歌从格律中解放出来，尽管在《草叶集》中，除了自由的语言之外我们也能读到典雅的古典英文。对于惠特曼来说，没有什么语言形式是不能被纳入他的诗歌中去的，这是我对惠特曼最大的佩服之点。对于惠特曼来说，语言内在的节奏、内在的旋律可以取代格式化的格律要求，例如五音步和押韵。说到底，格律本身的存在是为了让诗人不至于写出完全没有音乐感的诗歌。所以，自由体诗最难把握，因为它要求诗人在写作的时候自由和收放自如地写出语言的音乐感。一位诗人如果没有足够深的古典训练，没有对自己母语的深刻感受，是不容易做到这点的。

因此，我觉得因为惠特曼为诗人们解放了语言，后来的各种现代派才有可能出现。当然，《草叶集》不仅仅是语言的解放，还代表了惠特曼对肉体、人的自由以及美国的一切美好事物的歌唱，这些歌唱在当时是反主流的。所以，《草叶集》的初印只有八百本，其中两百本的封面是其商标式的绿色。草叶集三个字其实是双关语。草的含义是不重要，有点今天“草根”的意思，而叶的另一个含义是用来印诗的纸张。惠特曼一生都在完善这部诗集，从最初的95页12首诗不断地扩张到最后一版的四百首诗。我想，惠特曼对我最大的启示是，中文世界也需要同样自由的不失语言的张力和美的诗歌。

（《长江日报-读+周刊》）

（读+周刊，李淼有艺见）

汉语古典诗词是我们的文化基因之一。受过教育的人提到诗歌脑子里首先出现的大概是古典诗词；即使没有受过正规教育的人，也会从各种不同的媒介中接触到古典诗词。比如说，有一次我在网上说诗歌越来越边缘化，可是诗歌对汉语语言构成的贡献是无与伦比的，有一位网友不乐意了，留言说：“语言来自生活和普通人，诗人不要孤芳自赏。”我就说：“谢谢使用来自诗人的成语‘孤芳自赏’。”
宋朝词人张孝祥有一首《念奴娇•过洞庭》：“应念岭海经年，孤光自照，肝胆皆冰雪。”其中孤光自照后来演变为成语孤芳自赏，这首词是高中语文课本中有的。

所以，要灵活运用汉语，不懂些汉语古典诗词是不行的，对于写现代汉语诗的人来说，更是如此。古人讲六根，其中五根与我们现在说的五感有关：眼、耳、鼻、舌、身，分别对应视觉、听觉、嗅觉、味觉和触觉。第六根是意，虽然没有一个具体的器官对应，最抽象，我觉得与语言最有关系。一个民族的语言是这个民族文化的根子，这个根子不是我们现在运用的语言的表皮，而是一个历史的传承。要写好现代汉语诗，就得知道很多词汇的历史根源尤其是古典诗歌的贡献；要从六根上彻底体验现代汉语，同样要了解古汉语以及古典诗歌。

于丹讲诗词，貌似只强调一个“意象”。虽说意象是刘勰最先提出来的一个概念，这个概念在汉语的广泛使用大概要归功于西方文学。意象派是20世纪初出现的一个现代诗歌流派，创始人之一庞德深受东方诗歌的影响，最先提出意象派。意象并不是于丹说的那些简单的名词，如明月、江花，虽然这些名词有时也是意象。意象顾名思义是将意用象表达出来，所以，李商隐诗中的“沧海月明珠有泪，蓝天日暖玉生烟”中的珠之泪与玉之烟就是意象，虽然这些事物在真实世界中并不存在。庞德那首著名短诗《在地铁站》：“人群中幻影般浮现的脸/潮湿的，黑色树枝上的花瓣”里面出现了著名的意象，就是第二句“潮湿的，黑色树枝上的花瓣”，将人群的鲜活的脸比喻成花瓣，而阴郁的车站则是“潮湿的，黑色树枝”。

中国古代并没有系统的美学，却有很多零散的诗话和词话，古人绝不会简单地将诗词的要素约化为“意象”。最早的诗歌理论著作之一，司空图的《二十四诗品》，就将诗歌的风格或者诗歌中的各种成分分类成二十四种，从雄浑、冲淡等等到旷达、流动。司空图是唐人，而唐人诗最重的特色是雄浑，我们不难理解司空图为什么将雄浑排在第一。司空图用十二句话来形容每一品，在形容雄浑的十二句中有“荒荒油云，寥寥长风”，说明了唐诗的最高境界犹如最早开化的人类进入一个未开发的大自然中。

到了王国维，中国的诗歌美学才开始引入西方的概念。在《人间词话》中，王国维将境界作为判断诗歌最重要的标准。他说：“词以境界为最上。有境界，则自成高格，自有名句。”那么，什么是境界？他接着说：“有造境，有写境，此‘理想’与‘写实’二派之所由分。”即虚构与写实。但境界到底是什么？直到现在大家也说不清楚，王国维自己说“故能写真景物真感情者，谓之有境界”。同样是王国维，并不认为诗歌应该一味地追求宏大造境。他说：“‘细雨鱼儿出，微风燕子斜’，何遽不若‘落日照大旗，马鸣风萧萧’?”，第一次将婉约纤秾与雄浑豪放并置。

（读+周刊”李淼有艺见“专栏，链接：http://cjmp.cnhan.com/cjrb/html/2012-03/13/content_4975385.htm）

在写下这个标题的时候，我意识到也许自己浅陋了。然而，这确实就是目前我对佛学的理解，所以我就不避浅陋了。

过去，我和很多中国人一样，觉得佛学和多数宗教一样，是一种有神教。譬如，《西游记》中的释迦摩尼佛就是一位神通广大，连玉皇大帝和太上老君都要尊敬和甘拜下风的神。对佛学开始正视并有所了解，是读了王朔的《我的千岁寒》和北京话版《金刚经》之后。再后来，我读黑塞的《悉达多》和《玻璃球游戏》，对佛学仿佛有所领悟，觉得佛学与其说是宗教，不如说是一个教人们如何过心灵生活的法门。西方人对佛学的理解大抵如此，例如毛姆写《刀锋》，主角经过战争的生死，忽然对生死的意义产生了极大的兴趣，先是读各种哲学著作，后来去了印度就教吠陀大师，终于顿悟，领略到“此心安处是吾乡”，随后捐出自己不菲的财产，随心所欲地生活和工作，例如在一艘轮船上做烧锅炉的从欧洲回到美国。《刀锋》里的刀锋一词正是指多数人难以越过世俗的种种，那些都是刀锋，而主角拉里一定是毛姆本人的意念投射。后来美国的垮掉的一代诗人盖瑞•施耐德也到日本修学禅宗，禅宗对他的诗歌有极大影响，就如很多西方人对日本俳句生发兴趣，因为日本俳句追求的是闲寂的境界。

让我对佛学产生极大兴趣的还不是读王朔的小说，而是一次随很多物理学家去台中的中台禅寺的机缘。禅寺的副主持是学物理学出身的，获得物理学博士。他说，物理学研究的是物质世界，即人的外部世界，而佛学研究的是人的内部世界，即人心。这么一说，我就明白了，正宗的佛学里没有神，释迦摩尼不过是最先觉悟的导师，而寺庙里修行的人对释迦持礼也只是一种正心意的修行方式，不是善男信女们的拜佛以求多福。

西方人对东方的佛学和道教的另一类理解则是联想式的。例如有传说说道，玻尔在领会量子力学中的互补原理后，对道教的太极图的阴阳鱼标志大加赞赏，认为东方人早就领悟了互补原理，这实在是一种误传。1975年，物理学家Fritjof Capra出版了《物理学之道》一书，长期畅销不衰，我年轻时读过一点，著迷于书中推崇的东方神秘主义，而这本书到现在仍然在美国各个大学书店的科学类书架上可以找到。在这本书中，作者试图将现代物理学与东方神秘主义例如佛学、道教以及其他流派联系起来。在书中，玻尔的太极图故事被提到，同时量子力学的创始人之一海森堡也被提到。Capra说，他完成书稿后找海森堡讨论，海森堡提到他去过印度，和泰戈尔有所往来，后者带给他印度的一些宗教文化观念，这些观念影响了海森堡的物理学研究。

在古代宗教哲学中找到一些与现代物理学似是而非的联系总是可能的，但哲学本身只对观念做出规定和思考，并不牵涉到实证，更谈不上现代科学的实验和数学框架，所以，我们很难说佛学本身已经理解了外部的物质世界，甚至连我们现在称之为定律的任何一部分也难以企及。我个人觉得，佛学是一种修行，而不是对物质世界的理解。尽管Capra的书一直畅销，据说卖出数百万本，还是一直饱受物理学家的批评。最近有人说：当科学家爬到山顶时，佛学大师已经等在那里了。这种说法就是Capra“研究”的翻版。

（《新发现》专栏，勿转）

2月29号我来到纽约州立大学石溪分校西蒙斯几何和物理中心参加非常理论的超弦讨论会，而不意在3月7号听到来自欧洲的关于希格斯粒子实验的消息（其实是美国费米实验室的结果），在3月8号听到来自中国关于中微子实验的消息。来自中国的消息第一次让中国人为本土的科学成绩所感动。

中微子在过去半年中数次占据了科学新闻的头条。先是去年9月23号从意大利Gran
Sasso地下实验室传来中微子超光速的震撼新闻，接着在去年11月份得到进一步消息。不过，也就是在我来美国前不久，意大利的实验发现了两个漏洞，一个和连接原子钟的光纤有关，一个和原子钟本身有关。这两个漏洞使得中微子超光速的结论变得毫不可信了。部分人兴奋，部分人失落。到底中微子的速度超了光速没有？我们需要等到今年五月份欧洲核子中心重新启动加速器产生意大利实验室需要的中微子，才能知道最后结果。

其实，除了中微子超光速新闻之外，去年不断地从其他实验组传来关于中微子参数测量的消息。例如，去年6月15号，日本T2K中微子实验发表了中微子13混合角的测量结果(T2K是Tokai-to-Kamioka的缩写，即从东海到神冈的中微子实验)。他们看到，
大约等于0.11，置信度有2.5个标准差。也就是说，这个数值不为0的置信度略小于99%。我们知道，在粒子物理实验中，置信度必须达到5个标准差才算发现，也就是说置信度必须达到99.9999%!
即使如此，T2K中微子实验结果被欧洲的物理世界列为去年的十大物理突破的第7位。

那么，
到底是什么？这得从太阳中微子短缺说起。上世纪60年代末，科学家发现，来自太阳的中微子数目比当时的粒子理论预言的要少。人们认为，这是因为部分中微子变成其他类型的中微子，这就是所谓的中微子振荡现象。在基本粒子表中，一共有三种中微子。例如，在beta衰变中产生的是电子型反中微子，因为当中子衰变成质子时，伴随产生的是电子以及反中微子，这个反中微子由于伴随电子出现被称为电子型反中微子。除了电子型中微子，还有缪子型中微子以及陶子型中微子，都和轻子（电子、缪子、陶子）有关。如果太阳中微子由电子型中微子变成其他类型的，我们就能解释短缺了。当然，如果我们能够探测到所有类型的中微子，中微子其实没有短缺。

那么，为什么不同类型的中微子之间会变换，就像川剧变脸呢？最简单的解释就是，所有三种类型的中微子都没有固定的质量，而它们的一些混合才有固定的质量。如果我们用1、2、3来标志这些有固定质量的中微子，那么不同的θ角代表不同质量中微子与不同类型中微子之间的关系。例如，θ12
就与电子型中微子和第二个质量中微子之间的混合有关。这些混合角都是基本物理学常数，在深层次上，与宇宙中的物质起源有关。

中微子通过大气时也会振荡，叫大气中微子振荡。太阳中微子振荡和大气中微子振荡实验明确告诉我们，θ12 和θ23
都比较大，而θ13却很小。这个角到底是不是零或者到底有多小？一直是没有解决的问题。从去年到今年一月份，一共有三个实验得到了不等于零的值，但置信度都不高。这三个实验包括前面提到的T2K实验，还有美国的MINOS实验以及法国的Double
Chooz实验。前两个实验中的中微子都是加速器产生的，而Double Chooz实验中的中微子是核反应堆产生的。Double Chooz测到的
是0.086，比T2K的结果稍小，而MINOS实验测到的值最小，只有0.04。虽然这三个实验结果差别比较大，但由于实验精度不高，还不算互相矛盾。

基于中国的大亚湾中微子实验成立于2006年，主要由中国人组成，是一个国际合作实验，包括38个单位，292人。其中，主要力量来自中国科学院高能物理研究所，共有80人。其次就是位于长岛的布鲁克海文国立实验室，共有23人。除了中国和美国，还有来自香港和台湾地区的合作者。中方领导人是现任高能物理研究所所长王贻芳。当王贻芳开始领导这个实验时，他还是副所长。我记得一次在餐桌上，他说，他坚持中方主导。我当时想，这是正确的，如果实验不幸失败或落后于其他几个实验，他要负责；但如果实验成功了，中国人的贡献最大。大亚湾实验的优势在于除了核电站外，那里的地形适合屏蔽其他粒子。

大亚湾中微子实验中方投资不到2亿人民币，分别来自科技部、科学院、基金委以及广东地方。位于大亚湾核电站一共有六个核反应堆，而中微子实验有三个地下实验室，其中两个靠近反应堆（分别为470米和576米），一个远离反应堆，距离为1648米。三个实验室中共有六个重百吨的反中微子探测器，近的有三个，远的有三个。近探测器探测到的中微子数目与远探测器探测到的中微子数目会有不同，这个不同可以用来测量反中微子“消失”率，从而计算出混合角
。从去年12月24号开始到今年2月17号这55天收集到的数据中，实验组发现，近探测器共探测到80376个反中微子，而远探测器只探测到10416个中微子。经过计算他们得到
=0.092，而置信度高达5.2个标准差，也就是说，实验明确告诉我们这个参数值不为零。前面我们说过，尽管其他三个实验组也发现
不为零，这些测量只能算证据，不能算发现，因为精度太低。

这也许是中国本土上首次测量到的基本物理学参数，我们一点也不过分地说，这是中国对基础物理学最大的贡献。在3月8号下午的新闻发布会上，一位来自华盛顿大学的物理学家说：“我的一位著名美国同事说，这是首次来自中国的对物理科学的实质性贡献。”这里，我向中国同行们表示祝贺。

在Moriond会议上，费米实验室已经关闭的Tevatron两个实验组CDF和DZero给出希格斯研究的新结果。

费米实验室新闻发布说：“The elusive Higgs boson may nearly be
cornered”，谨慎，但乐观。其实，费米实验室的结果只有2.2个标准误差。具体的图见下：

如何理解这个图？很技术，我就不解释了，有兴趣的请去 http://blog.vixra.org/