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返樸|非阿貝爾規(guī)范場(chǎng)的起源與爭(zhēng)執(zhí)：關(guān)于泡利與楊振寧的軼事


作者：Mikhail Shifman ， 理論物理學(xué)家 ， 美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué) 。
譯者：陳繕真 ， 愛(ài)丁堡大學(xué)博士后研究員 。
本文節(jié)選自《風(fēng)雨同路——泡利、愛(ài)因斯坦、弗蘭克等人未發(fā)表的信件》（Standing Together in Troubled Times — Unpublished Letters by Pauli, Einstein, Franck and Others, World Scientific, 2017） ， 中譯文刊登于《粲美集》（訂閱號(hào)：Charm_and_Beauty） 。
返樸|非阿貝爾規(guī)范場(chǎng)的起源與爭(zhēng)執(zhí)：關(guān)于泡利與楊振寧的軼事
本文插圖

1950 年代的泡利（照片來(lái)源：CERN Pauli Archive）
故事應(yīng)追溯到 1953 年 。 在如今 ， 楊--米爾斯（Yang--Mills）理論已是我們對(duì)微觀世界的理解的基礎(chǔ)之一 ， 而泡利（Wolfgang Pauli）本可以成為這一開(kāi)創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)的作者 。 在那時(shí) ， 在卡魯扎（Theodor Kaluza）和克萊因（Oskar Klein）對(duì)于五個(gè)維度上的廣義相對(duì)論的研究的基礎(chǔ)之上 ， 泡利開(kāi)始對(duì)愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論的六維理論起了興趣 。 他把愛(ài)因斯坦時(shí)空觀之外的兩個(gè)額外維度壓縮成了二維球體 ， 而這一操作自然而然的呈現(xiàn)出了楊--米爾斯理論的形式 。 然而 ， 在這個(gè)理論中 ， 非阿貝爾規(guī)范玻色子保持了無(wú)質(zhì)量的狀態(tài) ， 在當(dāng)年 ， 物理學(xué)家們所認(rèn)知的無(wú)質(zhì)量的粒子只有光子和引力子 ， 再加上泡利在 1931 年提出、但是在 1953 年仍未被發(fā)現(xiàn)的中微子 。 后來(lái) ， 我在某處讀到過(guò) ， 當(dāng)泡利被問(wèn)到為什么當(dāng)年沒(méi)有發(fā)表他關(guān)于非阿貝爾規(guī)范場(chǎng)理論的研究的時(shí)候 ， 他回答道：“我已經(jīng)設(shè)想了一個(gè)無(wú)質(zhì)量且長(zhǎng)久都未被發(fā)現(xiàn)的粒子了（指中微子） ， 我有些怯于再設(shè)想出一個(gè)……”
因?yàn)榕堇麑?duì)自己物理學(xué)研究的超高的要求 ， 他擱置了發(fā)表非阿貝爾規(guī)范場(chǎng)理論（即后來(lái)的楊--米爾斯理論）的計(jì)劃 。 這期間 ， 楊振寧與米爾斯發(fā)展出的相似的理論在普林斯頓的一個(gè)研討會(huì)上被展示了出來(lái) ， 同時(shí)被發(fā)表在了《物理評(píng)論》（Physical Review）雜志上 。
在研討會(huì)上 ， 泡利連續(xù)不斷的“騷擾”楊振寧 ， 問(wèn)他非阿貝爾規(guī)范玻色子（也就是我們后來(lái)所知的膠子）的質(zhì)量是什么 ， 因?yàn)榕堇涝谶@個(gè)理論中它們的質(zhì)量被認(rèn)為是 0 ， 而這一與現(xiàn)實(shí)相違背的事實(shí)足以扼殺整個(gè)理論（在 1964 年希格斯機(jī)制被提出和 1973 年量子色動(dòng)力學(xué)被提出之前 ， 科學(xué)家是這樣認(rèn)為的） 。 楊振寧說(shuō) ， 他也不知道答案應(yīng)該是什么 。 很明顯 ， 泡利的對(duì)于這一問(wèn)題的堅(jiān)持不懈在楊振寧看來(lái)充滿敵意 ， 于是楊振寧直接坐到了會(huì)場(chǎng)第一排并停下了演講！這時(shí) ， 奧本海默（J.R. Oppenheimer）鼓勵(lì)楊振寧回去接著講 ， 楊振寧這才完成了他的演講 。
這個(gè)本應(yīng)被泡利發(fā)現(xiàn)的楊-米爾斯理論的故事被記載在了洛赫蘭·奧賴費(fèi)阿泰（L. O'Raifeartaigh）的書(shū)《規(guī)范理論的黎明》（Dawning of Gauge Theory, pp. 243--244）以及亞伯拉罕·派斯（Abraham Pais）的書(shū)《科學(xué)的天才們 ， 一個(gè)肖像畫(huà)廊》（The Geniuses of Science. A Portrait Gallery）中 。 下文 ， 我引用派斯的描述 。
在 1953 年的 7 月 25 日 ， 泡利寄給我一份標(biāo)題為《介子-核子反應(yīng)以及微分幾何》（Meson-nucleon interactions and differential geometry）的手稿 ， 開(kāi)頭一句話是“記載于 7 月 21--25 日 ， 看看它是什么樣的 。 ”
在這幾頁(yè)手稿中 ， 他介紹了一種規(guī)范場(chǎng)勢(shì)能的同位三重態(tài) ， 并且發(fā)現(xiàn)他的“主要結(jié)論”是這個(gè)場(chǎng)的強(qiáng)度的正確的表達(dá)式 ， 如今 ， 我們稱這個(gè)場(chǎng)為“非阿貝爾規(guī)范場(chǎng)” 。 在這份手稿的扉頁(yè) ， 泡利寫(xiě)到：
“這份筆記是為了帶領(lǐng)你到達(dá)真正的新大陸 。 我想 ， 你有很好的機(jī)會(huì)去把我們老一輩人留下的問(wèn)題繼續(xù)解決下去 。 ……”
在 1953 年的晚些時(shí)候 ， 泡利的熱情逐漸開(kāi)始消散 。 “如果嘗試用公式表示這個(gè)場(chǎng)的強(qiáng)度 ， 我們總是會(huì)得到一個(gè) 0 質(zhì)量的矢量介子 。 我們可以嘗試加入其他介子場(chǎng)——比如有正的靜質(zhì)量的贗標(biāo)量場(chǎng) ， 但我覺(jué)得這樣的操作太刻意了 。 ”

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