第425章 沒有為什麼
宇宙里的物質，為什麼會長成現在這副模樣？
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這個問題聽起來很虛，但它其實具體得不能再具體了。
如果我們把眼前的世界拆開。
這張病床也好，人的身體也罷，一直拆，拆到分子，拆到原子，再拆到原子核……
直到最後就只剩下了上夸克、下夸克、電子，外加一種幾乎不與萬物打交道的中微子了
大家都知道，質子是兩個上夸克加一個下夸克，中子是一個上夸克加兩個下夸克。
整個可見宇宙，從一粒塵埃到一顆恆星，從人的眼淚到病房外的夜色，全部是用這幾個零件搭出來的。
而這幾個零件，各自帶著一個電荷：+2/3、-1/3、-1、0。
這就是萬物的零件清單。
那麼問題來了。
為什麼是這幾個零件？
為什麼這幾個零件要帶這幾個電荷呢？而不是別的？
這個問題，困擾了物理界整整一百年。
在1909年的時候，密立根用油滴實驗測出了電子的電荷，從而確定了自然界中一切電荷，都是基本電荷的整數倍。
這條結論是現代物理大廈里最牢固的幾塊磚頭之一。
1964年，蓋爾曼提出夸克模型，給質子和中子內部的組分指定了+2/3和-1/3的分數電荷。
這在當時看來，簡直就是離經叛道到，連蓋爾曼本人都只是把夸克當成記帳用的數學符號，不敢對外宣稱它們的存在。
直到斯坦福的深度非彈性散射實驗轟出了質子內部的點狀結構，物理學界才不得不承認，分數電荷是真的存在。
但是它們為什麼偏偏是+2/3和-1/3？
答案是……沒有為什麼。
在粒子物理的標準模型里，每種粒子的荷是一個自由參數。
打個比方，標準模型就像一台剛出廠的機器，理論物理學家們造出了這台機器，可機器面板上有十九個旋鈕，每個旋鈕該擰在哪個刻度上，說明書上一個字都沒有寫。
而物理學家能做的只是去讀刻度，然後老老實實的記進教科書里。
電子的電荷是負一？為什麼？，不知道，因為說明書上沒寫，所以記下來就是了。
這個問題就像是問，光速為什麼是每秒二十九萬九千七百九十二公里一樣，沒有為什麼，這就是宇宙的出廠設置。
一百年來，所有人都接受了這個回答。
除了病床上這位老人和他的朋友。
而這兩個人，恰好是全世界最有資格不接受這個答案的人。
現代物理學描述基本相互作用的那座大廈，叫做規範場論。
它用同一套數學語法，寫出了三種看著毫不相干的力：讓磁鐵相吸的力、讓原子核不散架的力、讓太陽燃燒了五十億年的力。
而這套語法的奠基方程，正是楊先生在1954年和米爾斯一起寫下的楊-米爾斯方程。
換句話說，那台「機器」的圖紙，有一半是楊先生畫的。
而威滕則是把這張圖紙往數學深處又推了幾十米的人。
他在1988年開闢的拓撲量子場論，用物理學家的直覺給出了一大堆數學家自己都證不出來的定理，也讓他成了至今唯一一位摘得菲爾茲獎的物理學家。
一個人畫了圖紙，另一個人把圖紙讀到了連數學家都要仰視的深度。
這兩個人湊在一起，問的就是那個所有人都放棄了的問題。
只不過，他們換了一個問法。
他們不問「宇宙為什麼選了這套參數」，這個問題沒法用紙筆回答。
他們問的是：什麼樣的理論，在數學上是被允許存在的？
楊先生緩緩說道。
「我們檢查了很多理論，規範群的選取、物質場的表示、荷的指定，換了幾千種組合。」
「但絕大多數組合，都活不下來。」
這裡的活不下來，指的是理論物理里的量子反常的相消。
反常的相消是什麼意思呢？
一個物理理論，本質上就是一本帳。
在經典物理的層面上，這本帳可以記得漂漂亮亮，每一筆收支都對得上。
可一旦把量子效應加進去，有些帳本就會冒出一筆怎麼都抹不平的赤字。
這個赤字，術語上就叫反常。
帶著反常的理論有多嚴重？它意味著這個理論里所有可能性的概率加起來不等於百分之百，它有可能等於百分之一百二十。
你能想像一枚硬幣出現正面和出現反面的概率等於百分之一百二十嗎？
這樣的宇宙還能運轉嗎？
所以帶反常的理論不是對或者錯的問題，它連存在的資格都沒有。
把那多餘的百分之二十抹平就是反常相消，這是一切理論的入場券。
而粒子物理里有一個著名的事實：我們這個現實宇宙的標準模型，這筆帳恰好是平的。
這事有多離奇，舉個例子就明白了。
就好比幾十個素不相識的人，都往同一個帳戶里存錢取錢，誰也不知道別人存了多少。
年底一看帳戶，好傢夥餘額剛好是零。
幾十年來，物理學家一直把這件事當成一個幸運的巧合。
楊先生和威滕做的就是要問問這個巧合。
他們不引用任何實驗數據，只把帳必須平當成唯一的篩選條件，然後去檢查所有可能的物質場配置。
什麼樣的荷、幾種粒子、如何組合，才能活下來？
「可是……」
楊先生繼續說道。
「極少數活下來的解，全部都有一個共同的特徵。」
威滕聽到這裡也抬起了頭。
「物質場的荷，被鎖死了。」
「不管換哪一種規範群、哪一種表示，只要帳能算平，荷的取值就只剩下唯一的一組解。」
「而且物質場必須成套出現，套數只能是三的倍數。」
「多一套帳算不平，少一套也不行。」
楊先生說完就閉上了眼睛。
李東盯著手稿上那一列數字。
+2/3、-1/3、-1、0。
所以那些旋鈕，根本就不能旋轉，因為他們是焊死的，你動不了，只能看。
但楊先生和威滕從頭到尾沒有看。
他們只要求一件事：數學不許自相矛盾。
然後數學就把那些被宣判為沒有為什麼的出廠參數硬生生給出了一組取值。
而那組取值，恰好就是上夸克的+2/3，下夸克的-1/3，電子的-1，中微子的0。
恰好就是萬物的那份零件清單。
還有楊先生剛才話里的另一個數字。
物質場必須成套出現，套數只能是三的倍數。
這個三，對應著現實里另一件怪事。
前面說過，萬物的零件清單就四樣：上夸克、下夸克、電子、中微子。
但嚴格說起來，這四樣只是第一代。
現實中，它們每一樣都還有兩份複製品，所有量子數完全相同，就是一份比一份重。
物理學家管這叫第二代、第三代物質。
相當於同一張設計圖紙，被宇宙印了三遍，零件的規格一樣，只是用的材料一份比一份重。
更怪的是，多出來的這兩代，在日常世界裡根本派不上用場。
搭原子，用第一代就夠了。
第二代、第三代造出來轉瞬就衰變掉了。
1936年繆子被發現的時候，物理學家拉比留下過一句流傳至今的話：這是誰點的菜？
八十多年過去了，沒有人知道宇宙為什麼要把同一份零件清單複印三遍。
代的數目，至今仍是標準模型最著名的未解之謎之一。
可在這份手稿的計算里，三不是謎。
三是約束。
少於三套，帳算不平。不是三的倍數，帳也算不平。
那麼，這份手稿回答了，宇宙里的物質，為什麼長成現在這副模樣嗎？
遠遠沒有。
手稿上的計算只覆蓋了很小的一類理論，用的近似也很粗糙。
它甚至算不上一個方向，只能算是一道門縫。
可就是這道門縫裡透出來的光，已經足夠刺眼了。
因為它意味著，那個被全世界的教科書宣判為沒有為什麼的問題，背後可能藏著一個為什麼。
李東想到這裡，看著眼前的兩人，突然覺得他們真牛逼。
物理學家花了一百年，用加速器、用探測器、用一代又一代人的青春，才一點點測繪出萬物的零件清單。
他們只是在紙上要求數學不許打架，那份清單就自己浮現了出來。
這聽上去應該是數學的勝利。
可不知道為什麼，它反而讓人不安。
因為它意味著，這個宇宙的結構不是測出來的。
是被規定好的。
被某種比宇宙本身更深的東西規定好的。
可那個東西是什麼？
沒有人知道。
至少楊先生和威滕不知道。
「很反直覺，「威滕放下手稿，看著楊先生說道，「如果只看單個解，這些數字可以理解為巧合。」
「但所有活下來的解全部指向同一組數字的時候，巧合這個詞就不夠用了。」
「可我們沒辦法解釋為什麼。」
楊先生睜開眼睛，看著窗外漆黑的天。
「可惜時間不多了。」
「要是能親眼知道，這到底是為什麼，那該有多好。」