四川省委省政府決策咨詢委副主任，四川省人民政協(xié)理論與實踐研究會副會長,成都市社會科學界聯(lián)合會主席,四川省社會科學院教授、博士生導師，享受國務院政府特殊津貼專家，中共十五大代表，美國《財富》全球論壇顧問，四川省縣域經(jīng)濟學會專家委員會主任。曾榮獲“四川省十大杰出青年”稱號、中國青年化學獎、國家教委科技進步一等獎、中國青年科技獎、跨世紀優(yōu)秀人才培養(yǎng)計劃、中國國家圖書獎、四川省哲學社會科學優(yōu)秀成果獎等多項榮譽。在非線性系統(tǒng)學、區(qū)域經(jīng)濟學、科學哲學、政治學、政策學等方面有較多研究。
爽感實際上涉及量子電動力學(Quantum Electrodynamics，QED)。描述電子場和電磁場相互作用的量子場論稱為量子電動力學，它是電磁作用的微觀理論，是量子場論中最成熟的一個分支，這里“電”主要指電子和光子。爽感主要與電子和光子有關，實際是關于電磁場的性質與作用。
正負電子相遇湮滅，李后強韓毅繪制
高級爽也與量子色動力學(Quantum Chromodynamics，QCD)有關。這是一個描述夸克之間強相互作用的標準動力學理論，夸克的質量不大，這里“色”指“色荷”。實驗發(fā)現(xiàn)，質子內有無數(shù)點電荷，且基本上是自由運動的。強作用的特點是:強度大、力程短、對稱性多，在短距離內隨著時空距離的變小相互作用變弱，就是在小范圍內（10-15-10-10米內）距離越大作用力越強，在范圍外立即為零，與引力、磁力這種長程作用力完全不同。夸克之間通過一些自旋為1，被稱為膠子(gluon)的規(guī)范粒子場傳遞作用，膠子的質量為零，可被夸克所吸收或發(fā)射，并傳遞夸克之間的色作用力。這種力把夸克束縛在強子中，叫“夸克禁閉”，是兩個強子之間的通常的強作用力的來源。膠子是負責在兩個夸克之間傳遞強作用力的基本粒子，類似光子負責在兩個帶電粒子之間傳遞電磁力。
夸克與膠子，李后強韓毅繪制
高級爽是涉及更多精神層面的爽，與夸克性質關系很大，有“味”還有“色”。但是夸克的“味”以及“色”都是對夸克性質的定義，并不對應實際生活中的味道與顏色。夸克（quark，又譯“層子”或“虧子”）是一種基本粒子，也是構成物質的基本單元?？淇说姆N類被稱為“味”，有六種“味”，分別叫做：上、下、粲、奇異、頂、底?？淇嗣恳环N味都有一種對應的反粒子，叫反夸克，它跟夸克的不同之處，只在于大小一樣但正負不同。夸克一詞是蓋爾曼取自詹姆斯·喬伊斯的小說《芬尼根的守靈夜》的詞句“向麥克老人三呼夸克（Three quarks for Muster Mark）”。另外夸克在該書中具有多種含義，其中之一是一種海鳥的叫聲。生活中的夸克（Quark）是德國、部分北歐國家和部分斯拉夫國家的傳統(tǒng)美食，夸克的制作過程和希臘酸奶（去乳清酸奶）比較類似，它的原料是低脂牛奶。接種細菌后，在一定溫度發(fā)酵，直到產(chǎn)生凝乳，再用紗布把乳清過濾掉，就得到了夸克?？淇丝梢宰鳛楹芏嗍澄锏脑?。比如可以用它做芝士蛋糕?？淇说奈兜谰褪强诟泻駥嵕d密，帶有很濃的奶香、微酸。
六種夸克的性質
夸克還要“色”（色荷），就是"紅""綠""藍"三種。色荷是描述夸克和膠子性質的術語，和生活中的顏色沒有關系，不要真的認為夸克具有顏色，這只是個夸克的一個標簽。色荷是一種具有三個可能性的新量子數(shù)。例如組成Ωˉ粒子的三個奇異夸克(sss)紅的(r)、綠的(g)、藍的(b)。每個夸克所攜帶的色荷只有一個顏色單位。膠子本身帶有強相互作用的色荷，攜帶兩個色荷，這與光子不同，光子不帶有色荷。反夸克(antiquark)則為夸克的三種顏色"紅""綠"或"藍的"反色"(anticolors)中的一種，稱作"反紅"(antired)"反綠"(antigreen)及"反藍"(antiblue)，有些時候也會用互補色──青(cyan)、洋紅(magenta)及黃(yellow)來表示。同樣的模式下，膠子可說是兩種顏色的混和。爽源及爽感的復雜性和多樣性可能來源于夸克的性質。
爽感與量子場論中“虛粒子”（virtual particle）特征有關，沒有爽感可能是由于“量子真空”。虛粒子是一種振蕩，能量漲落，不是沒有，只是微弱。根據(jù)量子場論的解釋，所有粒子都是場的量子化，真空的本質就是量子場的基態(tài)。真空并非沒有物質。處于基態(tài)的場具有量子力學所特有的零點振動和量子漲落。“量子漲落”是什么？不確定性原理允許在全空無一物的空間(純粹空間)中隨機地產(chǎn)生少許能量，前提是該能量在短時間內重歸消失。產(chǎn)生的能量越大，則該能量存在的時間越短，反之亦然。當我們測量能量E和時間t時，測得的能量E越準確，那它存在的時間t就越不確定;反之，t知道的越精確，那漲落涉及的能量就越不確定。它們之間的關系遵守一定的原則:△E×△t > h/2π(h是普朗克常數(shù)，π是圓周率)。漲落涉及的能量與它存在的時間之間的乘積總要滿足大于 h/2π 這個值。真空中雖然不存在任何實粒子，但由于量子漲落，時時處處充滿了虛粒子的產(chǎn)生和湮滅。這些虛粒子以正反粒子成對的方式出現(xiàn)，并在極短的時間內再次湮滅。然而，與量子真空相關的物理現(xiàn)象非常微弱，且時間、空間尺度很小，只有在極端物理環(huán)境中才會被誘導出來，并通過極其精密的實驗測量才可能觀測到。既然真空中充滿了虛粒子對，那么有沒有可能將這些虛粒子對激發(fā)成實粒子，即在真空中直接產(chǎn)生物質呢？理論上可行，在虛電子-正電子對重新湮滅之前，通過超強激光場施加外部作用力將它們分開，從而讓這一對虛粒子變成實粒子保留下來。中國科學院上海光學精密機械研究所已通過超強激光打靶實驗產(chǎn)生了電子與正電子。按照真空的思路大膽想象，我們的宇宙或許原本就是一頓從無到有的“免費午餐”，從真空的量子漲落中產(chǎn)生，逐漸變成現(xiàn)在的樣子。利用超短超強激光也許能夠幫助我們更深刻地理解真空的本質。
彼得·希格斯教授
研究爽的來源，要知道“上帝粒子”和“真正賦能”的希格斯場。因為真正的“爽”是一種賦能，一種提神。希格斯場(Higgs field)是一種假定遍布于全宇宙的量子場、標量場，以英國物理學家彼得·希格斯（Peter Higgs）姓氏為名。理論物理表明，某些基本粒子因為與希格斯場之間相互作用而獲得質量，希格斯場是真正意義上的“賦能”。希格斯玻色子被稱為“上帝粒子”，是希格斯場的振動。1964年，希格斯寫了一篇短小的論文發(fā)表在歐洲核子中心(CERN)辦的刊物《物理學通信》上。高興之余，隨后他又寫了一篇論文投給《物理學通信》，提出了就是現(xiàn)在被稱為"希格斯機制"的模型，認為宇宙間遍布“希格斯場”，基本粒子在與希格斯場的相互作用下形成質量。而形成希格斯場的是一種未發(fā)現(xiàn)過的“上帝粒子”存在，這種粒子后來就稱為“希格斯波色子”(Higgs boson)，但文章被編輯打回。不過他有信心找到上帝粒子。2012年7月4日，歐洲核子中心(CERN)宣布發(fā)現(xiàn)新亞原子粒子“上帝粒子”就是希格斯玻色子。2013年10月8日瑞典皇家科學院宣布，2013年度諾貝爾物理學獎獲獎者是兩位老人：84歲的英國人彼得-希格斯和81歲的比利時人弗朗索瓦-恩格勒。他們都是理論物理學家，因“上帝粒子”的理論獲得諾獎。但是當時宣布消息的時間被推遲了，原因是諾貝爾委員會無法與獲獎人彼得-希格斯及時取得聯(lián)系。令人驚訝的是，希格斯沒有手機，住所也沒接通網(wǎng)絡，家里連電視機都沒有。這位提出20世紀最重大科學發(fā)現(xiàn)之一的英國科學家，居然過著完全“低科技”的生活，這事讓人充滿敬佩。
希格斯場的標量場遍布于宇宙。借著與希格斯場耦合，某些原本沒有質量的粒子可以獲得能量，根據(jù)質能關系式，這就等于獲得質量。粒子與希格斯場耦合越強，則粒子的質量越大。
真正的“爽”來自希格斯場的“自發(fā)對稱性破缺”。深層次的爽來自暗能量、暗物質、反物質和介子的參與。暗能量是驅動宇宙運動的一種能量，起斥力作用，可能是“光壓”，光子產(chǎn)生的壓力。暗物質(Dark Matter)是一種比電子和光子還要小的物質，不帶電荷，不與電子發(fā)生干擾，能夠穿越電磁波和引力場，是宇宙的重要組成部分。暗物質的密度非常小，但是數(shù)量龐大，因此它的總質量很大，它們代表了宇宙中26%的物質含量，其中人類可見的只占宇宙總物質量的5%不到(約4.9%)。暗物質無法直接觀測得到，但它能干擾星體發(fā)出的光波或引力，其存在能被明顯地感受到。暗物質存在的最早證據(jù)來源于對球狀星系旋轉速度的觀測，研究表明:宇宙的密度可能由約68.3%的暗能量，4.9%的重子物質，26.8%暗物質組成。暗能量和暗物質都不會吸收、反射或者輻射光，所以人類無法直接使用現(xiàn)有的技術進行觀測。
在粒子物理學里，反物質是反粒子概念的延伸，反物質是由反粒子構成的。反物質和物質是相對立的，兩者相遇會湮滅并釋放出高能光子或伽瑪射線。1928年，狄拉克給出描述相對論性電子的波動方程──狄拉克方程，成功解釋光子和相對論性電子之間的相互作用，預言了正電子、反物質的存在。1932年，卡爾·戴維·安德森在宇宙射線中發(fā)現(xiàn)了正電子存在的證據(jù)。只要有足夠能量（例如吸收光子），就可以產(chǎn)生一對電子和正電子；電子和正電子還可以互相湮滅，產(chǎn)生光子。這點證明，粒子數(shù)目在相互作用中沒有必要是固定的。
我們可以大膽猜測，介子傳遞爽感。歷史上，介子是在研究強相互作用時首先由湯川秀樹預言存在的一種粒子，其質量介于電子質量和核子質量之間，故稱為介子。目前實驗上已發(fā)現(xiàn)許多參與強相互作用的粒子，質量有在電子和核子之間的，也有大于核子質量的,但都統(tǒng)稱為介子。介子都不能穩(wěn)定存在，經(jīng)歷一定平均壽命后即轉變?yōu)閯e種基本粒子。有的介子是荷電的，也有中性的。近幾年在高能加速器中使粒子相互碰撞，新的介子(共振態(tài))續(xù)有發(fā)現(xiàn)。
表格來自網(wǎng)絡文獻
爽感的破解可能寄希望于“非阿貝爾規(guī)范場”。1950年代初，許多理論學家都相信量子場論最終可以描述和解釋所有微觀物理現(xiàn)象，并不僅限于電子、正子和光子間的相互作用。人們把單個波函數(shù)的規(guī)范變換推廣到含N個粒子的形式，就是SU(N)規(guī)范變換與非阿貝爾規(guī)范場（非交換的SU(N)的群，數(shù)學上稱之為“非阿貝爾群”）。1954年，楊振寧和羅伯特·米爾斯對量子電動力學的局域對稱性進行推廣，從純粹理論的角度建立了基于更復雜的對稱性的理論──非阿貝爾規(guī)范場論（又稱楊-米爾斯理論）。在量子電動力學中，帶電荷粒子之間的相互作用是由光子傳遞的；同樣，在非阿貝爾規(guī)范場論中，帶某種新的“荷”的粒子之間的相互作用則是由無質量的規(guī)范玻色子傳遞的。與光子不同的是，這些規(guī)范玻色子自身也帶荷。強相互作用耦合常數(shù)在高能量下會變得很小。對于非阿貝爾規(guī)范場論非攝動方法的發(fā)展，導致單極子、流量管、瞬子等先后被發(fā)現(xiàn)。
爽感可用“費曼圖”和“費曼法則”展示。科學家們發(fā)現(xiàn)，量子場論中的費曼圖方法能夠很自然地描述凝聚態(tài)系統(tǒng)的各種現(xiàn)象。理查德·費曼（Richard P.Feynman）是諾貝爾物理學獎的獲得者，也是量子電動力學的創(chuàng)始人。費曼發(fā)明了一套圖形來代表作用因子，而圖形的組合代表關聯(lián)函數(shù)。他并給出計算有關過程躍遷幾率的計算規(guī)則，稱為費曼規(guī)則。費曼圖是一種形象化的方法，是能方便地處理量子場中各種粒子相互作用的圖。
電子相互作用示意圖
根據(jù)“霍金輻射”，爽感可以長留宇宙。1975年霍金（Hawking）發(fā)表了一個令人震驚的結論：如果將量子理論加入宇宙學，黑洞好象不是十分黑！相反，它們會輕微地發(fā)出“霍金輻射”之光。該輻射包括有光子、中子和少量的各種有質量的粒子?；艚疠椛渫ǔ１唤忉尀楫斠粚μ摂M粒子形成后，其中一個進入黑洞，另一個逃逸的結果，非常直觀和簡單?；艚鹪?/span>2016年指出，“只有灰洞，沒有黑洞”?；艚疠椛洳坏鉀Q了“黑洞熵”的難題，還帶來了另一種奇妙的宇宙觀：熵在描述物體狀態(tài)的時候蘊含了物體的信息，那么當物體墜入黑洞的時候，這些信息就留在了黑洞的視界上——這意味著視界內部這個三維空間的全部信息都編碼在了視界表面這個二維平面上，墜入黑洞并不意味毀滅。于是一種基于弦論的新宇宙論就提出：我們這個世界是另一個“高維”世界的全息投影，我們日常體驗的三維空間是一種宏觀低能的描述，甚至可以想象成我們就生活在一個黑洞內部——這可能是一件觸發(fā)幻想的事情！世界真奇妙！世界真夠爽！（本文是李后強2024年4月21日上午在“2024第二屆爽學與爽村論壇”上報告的部分內容，4月23日晚上做了補充修改。合作者有：賈卿，四川省人大常委會委員、四川省彭州市寶山企業(yè)（集團）有限公司董事長、四川寶山村莊發(fā)展學院院長；李單晶，成都市社會科學院歷史與文化研究所副研究員、法學博士；韓毅，四川省生活美學研究會會長、讀城智庫董事長）
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