不过那时候国内还没有科学研究成果的评奖机制,并且由于这个研究组的成绩不是自觉地运用官方哲学思想指导下取得的,其学术领头人又被视为“唯心主义”和“资产阶级思想”的代表,他们的事迹从来没有得到过肯定和宣传。唯一可以告慰的是,这个小组的工作为后来层子模型的提出做了必要的准备。
当代著名的物理学家外因伯曾经说过:“物理学家当然也怀着某种工作哲学(working philosophy)。……不过这也是从科学研究的经验学来的,而很少来自哲学家的教导。” [22] 应当说,胡宁及时把研究工作的主攻方向转移到基本粒子对称性和内部结构上来,凭的不是哪一派哲学思想的指引,而是他作为一位成熟的理论物理学家的直觉,也可以说是灵感。这样的直觉,是从多年的学术生涯和研究经验的基础上培养出来的,正如文学家的灵感亦是在多年的写作生涯和生活体验的基础上产生的一样,都不可以归之于唯心主义。
五 层子模型的准备工作
毛泽东在接见前来参加1964年暑期北京科学讨论会的客人时,对日本理论物理学家坂田昌一的著作表示了欣赏。同年8月,毛泽东又多次就“物质是无限可分的”的话题,谈到了他的见解。在这个背景下,1965年第6期《红旗》重新翻译发表了坂田的《关于新基本粒子观的对话》一文,并且在编者按语中说,坂田“自觉地运用辩证唯物主义指导自己的研究工作”,“尖锐地批判了在这个问题上的形而上学和唯心主义”等等。[23]
关于这个问题,在何祚庥《层子模型的前前后后》一文里[24]是这样说的:“在毛泽东的‘[物质]无限可分’的哲学思想启示下,粒子理论工作者就更是跃跃欲试在寻找粒子结构问题的着手点了。1965年9月,何祚庥……自然而然地便带着上述观点和在北京的许多粒子理论工作者共同参加到粒子结构问题的研究之中。”
我们不必怀疑,何祚庥或者还有其他一些物理学家,的确是在毛泽东谈话的指引之下,才把研究的主攻方向转移到基本粒子对称性和内部结构上来的。然而,我们上面已经讲清楚,北京大学的物理学家们在那之前两三年就实现了这一转移,并且已经在这个方向上取得了累累硕果。此外,何祚庥这篇文章里的好些有关叙述是不符合事实的。
例如,文献[24]说“胡宁提议原子能所、数学所、北京大学三个单位合办一个讨论班,也就是北京基本粒子讨论班。首先由胡宁向大家介绍SU(3)群及其表示……”同实际情况有很大的出入。事实上,的确曾经有过一个由这三个单位联合举办的讨论班,每一周或者两周活动一次,地点设在原子能所。不过,这个讨论班至迟在1963年初就开始了,在大约两年的时间里,讲的净是文献[11]所认定的主攻方向-色散关系理论的内容。正像一位当事人、中国科技大学的刘耀阳所形容的那样:“五十年代后期到六十年代初,理论上出现了否定拉格朗日[量]存在的思潮……宣称我们只需要S 矩阵…… 这个思潮也席卷了中国,差不多把我们的全部精力都用到了研究色散关系上而无力顾及其他。” [25]
我们看看另一位当事人、原子能所的黄涛是怎么说的:“1964年底北京大学粒子理论组对当时最新的SU(3)对称性理论有很好的调研和掌握,并向北京粒子物理的同行们报告了他们所了解的国际进展,朱[洪元]先生要我们停止了色散关系的研究工作,转入SU(3)对称和非相对论夸克模型的研究……”[26]我们觉得黄涛的叙述是合乎事实的。关于SU(3)对称性和夸克模型在强子质量谱,强作用,弱作用和电磁作用等几个方面的调研报告,是由胡宁和他的几名学生在原子能所的一间大教室里分头做报告介绍的。这就是上面所说的,北京大学的物理学家们为层子模型的准备工作所做的贡献。同时我们也可以看到,在这里主攻方向的转移,主要依据的是物理学本身发展的需要。
如果说,由于那段时间里何祚庥不在北京,因而他对当时的情况不够了解,使得他上述叙述不够准确的话,那么他在文献[24]里提到文献[11]的时候,就很有点文过饰非的味道了。他是这样说的:“早在1960年……朱洪元、周光召、汪容、何祚庥等人,曾在1960年第2期《自然辩证法研究通讯》上发表过一篇《现代基本粒子理论的新发展以及其中存在的一些哲学问题》的论文,其中已指出:‘实践已经证明基本粒子有一定的结构’,‘对称性质是基本粒子最基本的性质’,‘有理由期待在如此丰富的基本粒子的里面,也一定能找到一个更深入地反映全部基本粒子运动规律的统一的理论……’,如此等等。”
文献[11]里面的确有那几句话,但何祚庥上述“断章取义”和“避重就轻”的引述,同文献[11]的原文的意思相距甚远。第一,原文说的“实践已经证明基本粒子有一定的结构”,明白指的是当时实验上已经测量到的质子和中子的电荷分布平均半径,并不是用夸克或者层子来描写的更深层次的内部结构;第二,原文说的“对称性质是基本粒子最基本的性质”,明白指的是宇称一类的空间时间对称性质,并不是用SU(3)群描写的那一类内部对称性;第三,原文说到“基本粒子运动规律的统一的理论”时,断言“这个统一理论的客观条件……还不是十分成熟的”,“今天所有的工作都集中到统一理论上去,是不符合实际需要的”。所以,那篇文章才会得出这样的结论:“基本粒子理论研究的主流……首先是以‘色散关系’为代表的研究方向。”何祚庥在文献[24]里避而不谈的这个主要结论明显是一种错误的估计。无论如何,色散关系同包括层子模型在内的后来进展几乎没有什么关系,乃是一件铁的事实。也许正是由于这个原因,这篇以朱洪元为第一作者的文章后来没有收入到文献[12]里去。
六 关于层子模型
本文要谈的主要不是层子模型的技术性细节,而是它的哲学背景。因此,我们在这里只是引用两篇评论中的有关陈述来说明层子模型的要点。
一篇是分属三个单位的三位当事人写的总结性文章[27],他们说:层子模型的成果指的是从1965年9月到1966年6月,由来自中国科学院原子能所和数学所,以及北京大学和中国科技大学的39位物理学家组成的北京基本粒子理论组发表的42篇论文。“层子模型……的主要特点,是引入结构波函数来描写强子的束缚态性质,描写强子内层子的运动。这个波函数不但考虑了层子的对称性质,而且考虑了强子整体的高速运动的特点,还包含强子动力学性质的某些信息……。利用这个波函数……比较系统地分析了强子的电磁性质,大量的电磁跃迁过程和弱相互作用过程。……也对一部分强相互作用过程和高自旋态进行了初步探讨。得到了许多有意义的结果。拿这些结果同实验进行比较,大部分数量级是符合的,有一部分符合得很好……也有一些偏离比较大。”
另一篇是一位局外人新近写的评论 [28]。他说:“层子模型研究论文绝大部分是层子(即夸克)束缚态的研究……引入强子系统束缚态相对论性内部波函数,假设唯象参数,从一些简单的低能过程定出最简单的波函数参数,然后……计算了许多低能过程的衰变率,分支比和质量比等。有些结果与实验很接近,但没有成功发展出一套被大家认可的束缚态波函数满足的运动方程和计算方法。”“夸克动力学模型是静态夸克模型加上非阿贝尔规范场。……层子模型是低能现象的动力学模型,层子动力学模型没有非阿贝尔规范场作为层子相互作用,因此与夸克的动力学QCD [量子色动力学] 没有共同的动力学因素。至于渐近自由是QCD的高能区行为,与层子模型所集中研究的束缚态行为是无交迭的两种物理。”
应当说,以上两篇评论对层子模型的概括并无矛盾冲突之处。当时在大家都不清楚怎样恰当处理束缚态场论的情况下,层子模型做出了有自己特色的探索,取得了一定程度的可喜成果,不失为一种有积极意义的尝试。层子模型的道路最终没能走通,这在科学研究中也是常事。正如文献[28]所指出的那样,“夸克动力学的QCD模型同层子模型是哲学思想不同,物理思想也不相同的两条路线,层子模型没有接纳非阿贝尔规范场而未能取得突破性的成果。”尽管如此,“从今天的学术环境回顾层子模型,可以说它体现了一种朴素的学风,一种值得推崇的创新意识和团队精神。同时也告诫人们,信仰和哲学不可以代替物理和物理思想,繁荣学术必须真正实现‘百家争鸣,百花齐放’”。
最后,我们想一般地谈谈唯物主义或者别的派别的哲学思想对科学学说所起的作用。是不是运用唯物论的哲学思想就一定能够建立正确的学说或者找到合适的研究方向呢?答案是不能肯定。在历史上曾经出现过化学里的“燃素”说和物理里的“热质”说,分别把“火”和“热”当成可以流动的物质。“燃素”说和“热质”说无疑是按照唯物论的思路上提出来的,但结果却是不正确的。所以,以唯物论为指导并不能保证科学研究的路线或者结果一定是正确的。当然,不仅唯物论是这样,其他的哲学派别也是如此。这是因为,哲学本来就不是拿来这样用的。
我们还是同意外因伯说过的话:“我们不需要哲学家指令如何将哲学论证用于科学史或者科学研究本身,就像我们不再由科学家自己去确定科学发现如何运用在技术或者医学上那样。” [29]这里的意思明显是,就像科学家发现了科学规律之后,在技术上的应用是工程师的事一样,科学研究亦应当由科学家自主进行,不需要哲学家的指导。
坂田昌一一贯自觉地以辩证唯物主义来指导他的研究,提出应当“把形的逻辑深化为物的逻辑”或者“把形的逻辑发展为物的逻辑”。[30]这一原则具体体现在把SU(3)群的三维基础表示(形的逻辑)对应于由三种“基础粒子”-质子p、中子n和奇异重子 L 组成的三重态(物的逻辑)。事实证明,他这一步走错了,因而限制了坂田模型的进一步发展。我们认为,这里的问题在于坂田过分地依赖他的哲学思想,一定要把已经发现的物质粒子填充数学上的三维表示,而没有像盖尔曼那样,敢于设想三种那时候还没有发现,而且将来也很可能不能够单独发现的夸克作为组成强子的基础粒子。
我们还认为,盖尔曼这种想设想不能够归于唯心主义。要知道,直到十九世纪末年,物理学里的原子也是想像的产物。事实上,物理学里有许多理性思维可以超越实验进展的例子。由于受到他的哲学思想的限制,坂田是失策了。不过,坂田模型仍然不失为基本粒子内部对称性研究上的一个重要的阶段性成果。这主要指的是:第一,他首先提出用SU(3)群来描写包容了同位旋和奇异数在内的对称性;第二,他由此发现的介子八重态,到现在仍然是有效的。
那么,层子模型是不是存在着类似的问题呢?层子模型的一些研究者是不是过分依赖“物质无限可分”的哲学思想,眼光过于集中在层子或者夸克的波函数这个至今未能解决的难题上呢?不过,与坂田模型不同的是,除了层子是夸克的另一种说法之外,层子模型并没有给今天的物理学留下什么有积极意义的东西。也许这场探索会对将来的研究给予有价值的启示吧,有谁知道呢?我们觉得,这依然是一个值得回顾和反思的问题。
总之,科学家在学术见解上有不同的意见是很正常的,这些问题应该通过平等和友好的自由讨论以及科学研究的实践来解决。不能够自以为是正确的化身,动不动就把唯心主义的帽子扣到同行科学家的头上。这不仅是一个历史上的教训,也是一个有重要现实意义的问题。
参考文献
[1] 《科学通报》1951年第6期
[2] 《科学通报》1952年第8期
[3] 何祚庥,苏联科学界批判量子力学中的唯心主义观点,人民日报1952年5月21日第3版
[4] 胡济民,“物理学中的”唯心主义批判,自然辩证法研究通讯1956年创刊号46-47
[5] 胡宁,关于发展我国物理学理论研究工作的意见,科学通报,1956年第4期45-47
[6] 详细历史资料可参看:胡化凯,勾文增,20世纪50~70年代我国关于数学“唯心论”的批判,自然辩证法通讯,27卷1期,86-95,2005
[7] 毛泽东选集·第五卷,北京:人民出版社,1977,388页
[8] 胡慧玲,杨应昌,高崇寿,俞忠钰,批判王竹溪先生在热力学书中的资产阶级观点,自然辩证法研究通讯,1958年第4期22-26
[9] 转引自:何祚庥,三大论战-现代物理学研究中的哲学问题,北京:北京师范大学出版社,2000,213页量子复合场论的哲学思考,北京:北京师范大学出版社,1997,
[10] 转引自:文献[9],44页
[11] 朱洪元,周光召,汪容,何祚庥,现代基本粒子理论的新发展以及其中存在的一些哲学问题,自然辩证法研究通讯》1960年第2期65-68
[12] 转引自:朱洪元论文选集,爱宝隆图文制作,2002,248页
[13] W. Heitler and N. Hu, Interpretation of complex roots of S- matrix, Nature 159(1947) 776-777
[14] W. Heitler and N. Hu, Proton isobars in the theory radiation damping, Proceedings of the Royal Irish Academy, 51A (1947) 123-140
[15] N. Hu, Further investigations on Heisenberg’s characteristic matrix, Proceedings of the Royal Irish Academy, 52A (1948) 51-68
[16] N. Hu, On the application of Heisenberg’s theory of S-matrix to the problems of resonance scattering and reactions in nuclear physics, Physical Review, 74(1948) 131-140
[17] R. Feynman, M. Gell-Mann, Theory of the Fermi Interaction, Physical Review 109(1958)193
[18] M. Gell-Mann, Symmetries of Baryons and Mesons, Physical Review 125(1962)1067
[19] 孙洪洲,韩其智,SU3群不可约表示直乘的分解,物理学报21(1965)56
[20] 关洪,B2群和基本粒子强相互作用,物理学报21(1965)1
[21] 胡宁,基本粒子的对称性、内部结构和相互作用,科学通报,1965年9期,853
[22] S. Weinberg,Dreams of a Final Theory:The Search for the Fundamental Laws of Nature, New York: Pantheon, 1992;中译本:终极理论之梦,李泳译,长沙:湖南科学技术出版社,2003,133页
[23] 参看单行本:坂田昌一,关于新基本粒子观的对话,张质贤译,北京:三联书店,1965 ,《红旗》编者按语
[24] 据文献[11],314-320页;何祚庥,量子复合场论的哲学思考,北京:北京师范大学出版社,1997,224-233页的版本略有删减
[25] 刘耀阳,六十年代粒子物理学回忆,载文献[12],323-326页
[26] 黄涛,回忆我的导师朱洪元先生,载文献[12],329-331页
[27] 朱洪元,宋行长,朱重远,层子模型的回顾与展望,自然辩证法通讯,1980年3期19
[28] 李华钟,规范场和夸克动力学模型,预印本
[29] S. Weinberg, Facing Up: Science and Its Cultural Adversaries, Cambridge: Harvard University Press, 2001;中译本:仰望苍穹-科学反击文化对手,黄艳华,江向东译,上海:上海科技教育出版社,2004,168页
[30] 文献[23],14-15页