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CERNET第24届学术年会
选择字体:    王孟源  观察者网  发布时间:2017-07-25

王孟源:“天使粒子”的吹嘘,我一看就摇头

  我之前在《丁肇中与高能物理界的牛屎文化》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(例如http://news.ltn.com.tw/news/life/breakingnews/2139474和https://news.mingpao.com/pns/dailynews/web_tc/article/20170722/s00013/1500659795320)。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。

意大利理论物理学家埃托雷·马约拉那(Ettore Majorana)

  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;参见https://www.sciencenews.org/article/majorana-fermion-detected-quantum-layer-cake),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。

张首晟接受人民网记者采访

  【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。

  (作者:王孟源,哈佛大学物理学博士,后转往金融界

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