超弦是科学界公认的骗人把戏,高能物理界成为学术圈笑柄

作者:王孟源 来处:王孟源博客 点击:2018-12-08 10:52:45

王孟源:“天使粒子”的吹嘘,我一看就摇头

物理学博士,后转往金融界

我之前在《丁肇中与高能物理界的牛屎文化》(见附录)里,解释了AMS-02实验的实际科学意义,以及其负责人对大众媒体所做的虚伪吹嘘。当时丁教授宣称AMS-02的2014年度总结报告“即将发现暗物质”,如今三年过去了,不但2014年没有任何暗物质的踪影,2015年和2016年也一样是空空如也。如果读者有兴趣,可以再等半年,看看2017年度总结是否会有暗物质出现。

我当时把高能物理界的牛屎(Bullshit)文化归罪于超弦族群。他们为了推进自己的职业生涯,发明了毫无实际意义和内涵的超弦理论,以便藉其高达10^500的自由度来出版无限多的论文,每一篇都与这个宇宙完全无关。追根究底,他们能这样集体欺世盗名,靠的是过去40年高能物理实验困难度的指数性成长。所以其他难以做精确实验的科学,也同样会有类似的问题。最严重和众所熟知的,是在医学(Medicine)和心理学(Psychology)上。过去五年,有一系列圈内人出面批评这些学科的论文质量,揭发了近年绝大多数(一般估计70%,但是有估计高达89%的)论文的结果是无可复制的(Irreproducible或Irreplicable)。这就是非常有名的“可复制性危机”(”Replicability Crisis“,参见这篇《Nature》上的总结文章)。

相形之下,有若干真正的科学结果,而只是把它无限放大,借着记者会或公关文章来忽悠非专业的大众,就似乎人畜无害了。那些对事实有100%坚持的打假人士,还忙着扑灭假大空的论文,一般也就没空出来澄清真相。例如上周有一篇关于“时间带宽极限”的报导(参见《观察者网》的《中外科学家联手 能否打破“时间带宽极限”百年物理魔咒》),就是典型的非此专业出身的记者被作者公关文章里故意磨棱两可的语法忽悠了(该文现已修正——观察者网注),原本宣称那个研究打破了“时间带宽极限”和Lorentz reciprocity两个物理定律。

其实“时间带宽极限”只是电机工程里的一个Rule of Thumb(经验法则),而不是一个物理定律。非线性晶体能打破Lorentz reciprocity,也是早已众所熟知的事实,凭借的是凝态物理把许许多多真正粒子所形成的晶格总结成一个背景模型的近似简化过程(Lorentz reciprocity是一个物理定律,严格来说,它永远都是对的。但是在有复杂的巨观物质的时候,不可能一个一个电子来考虑整个系统,所以必须用某种模型来代表这些介质。一旦做了这样的简化,Lorentz reciprocity就不一定成立了)。我自己也觉得这样的夸大宣传,近年在美国学术界司空见惯,不是什么大不了的事,连写篇文章来评论都没有必要,所以只是私下联络了《观察者》的编辑,后来他依我的建议做了修改,包括引用了两段我写的文字来澄清事实,所以至少现在的版本没有明显的谬误。

近日媒体开始报导“天使粒子”,这很明显又是特朗普(Donald Trump)和马斯克(Elon Musk)之流做商业吹嘘的手法,利用欧美对基督教的迷信来引诱大众媒体广泛传播,和科学求真求实的精神背道而驰,我一看就摇头,但是也不胜其烦,原本连私下的建议都懒得做。后来牛皮吹的越来越大,好几个中文媒体居然都不约而同地宣称张首晟会是下一个得诺贝尔奖的华人,甚至还有说杨振宁先生当年教过年轻时的张先生之后也曾如此预言的。既然没人真的采访了杨先生,这个说法只能是张教授自己向记者吹嘘的。我觉得诺贝尔奖的评审委员们是专业人士,不会受这些虚伪宣传影响,这番操弄媒体更像是准备搞个所长之类的行政头衔。可是行政主管负责分发国家资源,更必须脚踏实地,不适合喜欢假大空的人,所以我以一个学高能物理的,在此越俎代庖,解释一下这个“天使粒子”的凝态物理(Condensed Matter Physics)背景。

张首晟将这一新发现的手性马约拉那费米子命名为“天使粒子”,这个名字来源于丹·布朗的小说及其电影《天使与魔鬼》。

这个“天使粒子”其实物理上叫做Majorana Fermion。Fermion就是自旋是半整数的粒子,所有物质的构成成分都是Fermion,例如质子、中子和电子。但是在写出它的相对性(Schrodinger方程式是非相对性的;半整数自旋是四维时空的特殊解,只有在完全尊重Lorentz Transformation的理论下,也就是相对性理论下,才能写得出来)量子方程式的时候,理论学家发现,除了一般“正常”的质量项(叫做Dirac Mass,这些Fermion叫做Dirac Fermion,对应着有既有Fermion也有Anti-Fermion的现实,例如电子和正子互为反粒子)之外,还有另外一种可能的形式,对应着Fermion做为自己的反粒子。这类Fermion就依发明这个理论项的数学家Majorana而命名。

但是高能物理发现,所有宇宙中的基本Fermion都有反粒子,目前只有Neutrino(中微子)因为实验很难做,所以还有丝微可能是Majorana Fermion。

这次的研究是一个凝态物理实验。凝态物理一贯忽略物质是由许许多多个别基本粒子组成,而把它简化为一个背景的模型。如此一来,就好像一个人造的新宇宙,所以能产生真实宇宙中没有的粒子。这些粒子不但只是模型里的近似解,而且通常不对应真实的粒子。换句话说,它们是Virtual(虚拟)粒子,例如Phonon(声子)是晶格振动被量子化后的最小能量单元,但是在凝态物理的方程式里,一样被当做是真实粒子处理。

这个Majorana Fermion的实验,所测量到的是在超导体与拓扑绝缘体接触面上量子反常霍尔效应(Quantum Anomalous Hall Effect)出现了一个半整数现象,而且发现左右不对称。实际上这是怎么产生的呢?虚拟的Majorana Fermion是一个可能,但是也可能是其他未知的机制。至于诺贝尔奖,若是把极为困难的中微子实验做出来,而幸运地发现了第一个是Majorana Fermion的基本粒子,那么是很有希望的。至于发现一个性质有趣的虚拟粒子(假设这次发现的,真的是一个Majorana Fermion),一般还不一定够格。

而且这次张教授忘了和中国记者提起的(张教授接受美国记者采访时,倒是没有忘记要解释清楚,反而是没有提起诺贝尔奖),是这类可能是Majorana Fermion的虚拟粒子,早就被好几个欧美的团队发现过了。张教授团队所做的,基本是追救护车(Ambulance Chasing,指跟进流行的延伸性研究),而找到一个可能是Chiral Majorana Fermion的虚拟粒子(Chiral Symmetry就是左右的对称,左右行为不同的Majorana Fermion叫做Chiral Majorana Fermion),亦即前人(有趣的是,较早做出理论建议的,也包括一个中国人,即MIT的Fu, Liang)研究的一个特例。

所以除非以前的实验全都被证明做错了,否则他不可能因此而获得诺贝尔奖。长远看来,这些虚拟的Majorana Fermion倒是可能被用在量子计算上,但是这条路还很漫长,这个研究只算是很小的一步。

我自己当年是被排挤出物理界的,所以对能留在学术界专心做研究的人仍然十分羡慕。科学是求真的学科,既然选择进了物理,就应该淡薄名利,专心求真做学问。我奉劝中国物理界诸君,不要被美国学术界的假大空文化诱惑,应该坚持自己对事实与逻辑的执着,因为事实与逻辑才是真正的普世价值。

【后注一】我原本对张教授和他的研究不熟,所以只评论了这篇”天使粒子“的论文。因为他会得诺贝尔奖的传言在中文媒体十分普遍,我又去看了看他赖以成名的2006年那篇Quantum spin Hall Effect的文章,发现它也是追救护车的研究,真正创始的是Kane&Mele2005年的论文。追上救护车然后耍赖皮,靠政治压力硬挤上诺贝尔奖的,并不是没有前例。例如1979年Salam跻身与Glashow和Weinberg并列。丁肇中也是因为实验突破的消息走漏,最后被迫与山寨者Richter分享诺贝尔奖。不过诺贝尔的规则是最多只有三人分得,张首晟的那篇论文还有一个合作者Bernevig,既然Kane和Mele有明显的优先权,所以除非他们两人+Bernevig中至少有一个在诺贝尔为此颁奖前早早离世,否则不论张教授的政治能量有多大,他追救护车的努力与贡献必然会被忽略,事后也必然会有中文媒体指控诺贝尔奖做种族歧视。

最奇怪的是,这个道理十分浅显,连我这样的门外汉都可以简单确定。中国做凝态物理的几万位教授,必然个个都心知肚明,但是十几年的炒作,居然没有一个人肯出面点明。由此可见1)中国和稀泥不得罪人的文化传统,仍然根深蒂固;2)张教授在中国学术界的人脉,非同小可;以及3)杨振宁先生多次挺身而出,阻止大对撞机的浪费,是多么地难得

【后注二】张首晟的自我炒作,斧凿斑斑,我原本以为他是为了当官。不过后来Google了他的背景,发现他开办了一个风险投资公司,叫做丹华资本,目前资金有1亿美元左右(这些基金的管理费,一般有每年2%的底线,然后才加上获利分成;所以生意好坏,主要不在于投资报酬率的正负,而在于能拿到多少资金),主要在中国募款,投资人包括清华大学。那么他如此积极地做商业性炒作,而且是针对中国方向做商业性炒作,动机就很明显了,原本就是出于商业考虑,要在中国圈钱。我在正文里把他和硅谷的另一位圈钱大师马斯克(Elon Musk)相比的时候,还不知道这点,也算是歪打正着。(本文由作者授权观察者网刊载)

 

附文:丁肇中与高能物理界的牛屎文化

本文原於2014年九月发表在台湾中国时报的博客

两个礼拜前(2014年九月18日),丁肇中所领导的阿尔法磁谱仪(AMS-02,Alpha Magnetic Spectrometer)计划发表了最新的数据。一时之间,中美的主流媒体纷纷报导了这个新消息,无一例外地转印了丁肇中自己所宣传的AMS-02“即将发现暗物质”的大突破,例如昨天这篇中时的文章:http: //www.chinatimes.com/newspapers/20140930000497-260109。

AMS-02是什么宝贝呢?它是专门测量宇宙线中高能电子和其反粒子(即“正子”,Positron)的运动方向与速度的一个仪器;因为高能电子和正子不能穿透大气层,AMS-02必须装在国际太空站( International Space Station)上。它与以往的类似仪器相比,在精确度和敏感度上都强了几十倍甚至上百倍,在工程上可以称之为Tour de Force而无愧,其研究的结果当然也是创人类之先例,对物理的进步有很大的意义。

一个好的实験物理的主管,必须满足两个任务:第一个是能向政府要到资金和资源,第二个是能管理成千上百的物理博士和工程师,逼他们拼命工作,而且还要确定一点差错都没有。丁肇中可以说是这个世代里实験物理主管中的超级大师:当太空梭因为安全性问题被勒令提早退役后,他竟能让美国国会通过特别法案,为了他的实験而专门多做最后一次发射。这难度之高,几乎已经超出人力之所能。而在管理的严格上,丁肇中也是声名远播;他在美国和欧洲的工作组,即使在圣诞夜(Christmas Eve,即圣诞节的前一天)也不休假。在欧美住过的人,都知道这是如何地不可思议。

【AMS-02的实験结果,横轴是正子的能量,纵轴是正子流的强度。红色的是去​​年发表的,蓝色的是今年的数据,绿线是所谓的Katz上限。物理学家对AMS-02的兴趣在于其结果服从Katz上限,而Katz理论和暗物质一点关系也没有。】

总结来说,AMS-02是一个很困难、很重要也很成功的实験,唯一的问题在于它和暗物质没什么关系。这是因为它测量的是电子流和正子流;虽然暗物质有大于或等于零的可能会碰撞而产生电子和正子,宇宙中的几兆兆兆兆兆兆个天体个个都会产生电子和正子,而天文物理学家基本上是不知道哪一种天体会产生多少电子和正子的。这就好比丁教授到一座荒山上随机捡了几个石头,然后就宣布他将发现新品种的恐龙。对真正的物理学来说,AMS-02的重要性在于丁教授是世界上登上这座山的第一人,这些石头是人类第一次从这座山上拿到的。当然这些石头是化石的可能性不完全是零,可是拿这个极为微小的可能性来大作文章,是非常不诚实的;用英文来说,就是Bullshit(牛屎),亦即以谎话哄骗自己或别人。

我在三十几年前选择念物理的时候,天真地以为科学的真谛在于追求宇宙法则的真相,所以物理学家应该有一分证据说一分话。很不幸地,我所进的高能物理在1984年经历了本质上的蜕变,也就是当时全世界最聪明的理论物理学家Edward Witten决定全心投入超弦(Super-String)。本来在错误的方向尝试几步,是科学发展中的常事,但是Witten其实喜欢的是数学,而超弦可以让他玩很多新数学把戏,所以虽然超弦必须作很多很牵强很不实际的假设,Witten还是一做就入迷了;而刚好1970年代完成的“标准模型”(“Standard Model”)的适用范围之广大远超任何人的想像,从那时起到今天四十多年,仍然没有任何一项实験结果能超出标准模型的计算范围,也就没有任何实験结果能告诉我们如何解决标准模型里的一些很明显的问题。可是学术界的人是必须“出版或死亡”(Publish Or Perish)的。既然没有实験结果的引导,那就只能跟着大师来猜,而Witten就是人人佩服的天才大师。最后整个高能物理界,一个一个跟着Witten进了超弦这个死亡迷宫,像我这様觉得超弦和实际的宇宙没有关系而不愿进去的,就只能离开物理界。

大约15年前,高能物理界已经基本超弦化。可是超弦不但编出的故事和现实无关,它每隔四五年还自打一次嘴巴,编出完全自相矛盾的新故事。到最后,超弦被证明了完全没有作任何预测的能力,也就是说,无论你做什么实験,得到什么结果,超弦都不在乎。可是科学的定义,就在于可以用实験来证实或否定那个理论。我们这些脑筋转不过来的旧派物理人,因此认为超弦不是科学;可是学超弦的新物理派,则倡议重新定义何为科学。这时有一个我在哈佛物理的前期学长,叫Peter Woit,也被排挤出高能物理界;但他比我还顽固多了,不肯离开学术界,只好到哥伦比亜大学(Columbia University)做数学讲师。他决心靠一己之力来揭穿超弦的大骗局。于是他创办了一个部落格,叫做Not Even Wrong(意即不知所云,连对错都说不上;这对超弦来说,非常贴切,因为科学里面所谓的对错,就是是否与实験符合。这个部落格对我现在写自己的部落格有很大的启发)。刚开始的时候,靠着不知所云的超弦论文当上教授的人,对他轮番攻撃,但是他心平气和地跟他们讲理,后来超弦那方的人只能以人身攻撃,讥笑他连助理教授都做不上。不过真理在有头脑的人之间,是越辩越明的。到最近几年,超弦已经被科学界公认是骗人的把戏,整个高能物理界开始传为学术圈的笑柄(Butt of Jokes),Woit可居首功。可是教授是终身制的,过去30年能当上高能物理教授的绝大多数是做超弦的,他们讲理讲不过Woit,就靠开记者会、写介绍性书籍和上公共电视来对不明究里的普罗大众宣传超弦的谬论。这对整个物理界的风气有很不好的影响,以致后来连实験物理学家也开始乱开记者会,胡吹牛皮。

丁肇中教授在忽悠美国国会的时候,扯上暗物质这个热门题材或许无可厚非;现在已经无关成败,还在欺骗大众就不应该了。一般的记者当然不知其所以然;我既有了这个博客,又知道事实真相,就有责任出来说实话,只希望台湾大众对明辨是非真假,还是在乎的。

请支持非营利网站炎黄之家:转发请附链接http://womenjia.org/z/201812/884.html

继续阅读: 科学