粒子物理学家倾向于把自然界视为具体化的数学；而固体物理学家则认为，从超导体和超流体等奇异形态到晶体和金属等常见形态，物质的许多形式都不能用基本粒子的相互作用来描述——

在科学的伟大梯队中，粒子物理学家们把自己和天使放在了一起。他们从天堂向下俯视着化学家、生物学家、地质学家以及气象学家等等这些应用而不是发现自然界最基本规律的人。毕竟，所有的东西都是由亚原子粒子组成的。一旦掌握一个简单明了的理论来解释这些基本粒子的规律，剩下的只不过是一些华而不实的东西罢了。

甚至属于同一学科的固体物理学（固体物理学关注的是大量粒子的集体行为，即金属、晶体、半导体等整块物质的行为）也常常被认为是在进行次要的研究。夸克的发现者默里 · 盖尔曼（Murray Gell-Mann）把它称为“肮脏态物理学”，其他一些人也对这个“没有价值的物理学”大加排斥。

近年来，这些垃圾学科发展神速。在一场科学文化的较量中，一些卓越的固体物理学家已经对粒子物理学家作为终极真理的仲裁者地位发起了挑战。

因其在固体物理学中的几项发现而获得1998年度诺贝尔奖的斯坦福大学的理论物理学家罗伯特B · 劳克林（Robert B. Laughlin）博士说道：“这里的利害关系十分重大，我们所争论的是“什么是物理学”这样一个深刻的认识论问题。”

 

2000年，劳克林博士（见图）和伊利诺斯大学和洛斯阿拉莫斯国家实验室的理论物理学家大卫 · 派因斯（David Pines）博士发表了一项声明，宣布那种追求从丰富的现实世界中提取一些支配亚原子粒子的简单方程的“过去的科学”即将陷入绝境。

许多复杂系统（这些正是固体物理学家的研究对象）看来是不可以被约化的。这些复杂系统是由许多相互联系在一起的部分所组成的，它们在一起表现出一种服从“更高组织原理”的协同作用；而不论你有多么努力，这种作用都是不可能被进一步简化的。

带着这一思想，一些固体物理学家试图证明相对论的定律（这些定律长期以来被认为是物理学的基石之一）并不是那种有史以来就一直存在着的柏拉图式的真理。

就像供给与需求以及其他经济学“规律”是通过市场的上下波动来反映的那样——它们是通过真空的波动来体现的。如果情况真的是这样，那么专门研究突发现象是怎样发生的固体物理学或许就是所有科学中最基本的一门学科了。

派因斯博士说：“我们正处于一个深刻变化的时代。我们的观点现在还不占据主导地位，但是我想它终究会有那么一天的。”在这一情绪的带动下，劳克林博士的一位斯坦福大学的同事张守城（音译）博士在一篇合作发表的论文中提出，像光子和引力子（它们分别是电磁力和引力的载体）这样的基本粒子可能根本不是基本的；它们只是真空波动的一种表现，而它们的出现就像从沼泽地中冒出气泡一样，用固体物理学来解释是最适合的了。

张守城说道：“这个思想当然是疯狂的，它让人一想起来就感到恼火。在某种程度上，它还是反正统的。它的主要思想就是应用来自固体物理学的概念来回答宇宙的一些大问题。”

粒子物理学家坚持认为，他们的前途仍然很光明。加利福尼亚大学圣巴巴拉分校的理论物理研究所所长大卫 · 格罗斯（David Gross）博士说道：“我坚信自然界的基本规律不是突发现象。关于这一点，我和劳福林的意见完全不同。”2001年11月，当张守诚在一次讨论会上描述完他的理论之后，格罗斯博士认为这是“一件令人感兴趣的工作。”他说他发现其中的数学是“优美而又令人着迷的，而且或许可以用在某个地方。”这听起来好像不是在赞扬，但是粒子物理学家应该警觉起来了。肮脏态物理学家正在一场关于宇宙是怎么来的以及科学应当怎样来做的争论中向他们发起挑战。

采用柏拉图的方法，粒子物理学家倾向于把自然界视为具体化的数学。最初，宇宙中只有一种简单的超力，这种超力可以用一组优美的方程来表示。他们把这组方程戏称为万物之理；然而，随之而来的大爆炸把这一切都毁灭了。

随着宇宙的冷却和膨胀，那个单独的力分裂成了我们现在所发现的四种完全不同的力：电磁力、弱核力和强核力（这两种力只作用在原子内部，它们可以用量子力学和狭义相对论来描述）以及引力（它是由一个完全不同的理论，广义相对论来描述的）。

粒子物理学家的终极目标是“大统一”，即用人们常说的能够绢印在T恤上的一组简单明了的方程重现以单一理论形式出现的原始对称性。这种把大多数复杂的现象归结为一个独特的内在理论的方法，被称为还原论。

固体物理学家们认为，问题在于从超导体和超流体这样的奇异形态到晶体和金属这样的常见形态，物质的许多形式都不能够用基本粒子的相互作用来描述。当系统变得非常复杂的时候，全新的和独立的定律就表现出来了。就像诺贝尔奖获得者菲利浦W · 安德森（Philip W. Anderson）在他1972年的那篇划时代的论文中所指出的那样“更多是不同的”。对于固体物理学家来说，应当用宏观的东西来把握所有支配任性的物理世界的方程。

与亚里士多德一样，他们倾向于主张，方程是用来表现自然界的，而数学只不过弄清自然奥秘的工具而已。

2000年1月4日，劳克林博士和派因斯博士在《美国国家科学院学报》上发表文章指出：“至少对于自然界中的某些基本问题，万物之理是不相关的。在我们这个时代，理论物理的中心任务不再是写下最终的方程，而是对潜在的包括生命自身在内的各种伪装之下的突发行为进行整理和理解。”他们认为，万物之理可能并不存在，而只有许许多多关于各种问题的理论；而这些恰恰是粒子物理学家所痛恨的那种肮脏的东西。

芬兰赫尔辛基技术大学的固体物理学家格里高利E · 沃罗维克（Grigori E. Volovik）支持一种被他称为“反大统一”的思想。在一篇评论性质的文章（xxx. lanl. gov/abs/gr-qc/0104046）中，他大胆地指出，宇宙或许并不是开始于一个朴素的对称状态，而是开始于一种无序状态。或许，相对论的定律以及量子力学本身也只是后来才出现的。

从本质上讲，突现定律（emergent laws）的概念也不是根本的。一个小瓶中的气体包含有数以万亿计的相互随机碰撞的分子。在这样的混乱状态下，诸如温度和压强这样的物理量就伴随着把它们相互联系起来的定律出现了。

沿着这一思想人们更进了一步。物理学家现在相信，真空实际上并不代表什么都没有。真空中也存在着能量。这些能量是以一种“虚粒子”的形式出现的，这些虚粒子在真空中不断地产生和消失。因此，沃罗维克博士暗示，甚至连我们现在所认为的基本定律或许都是以这种连续不断的亚原子噪音的方式出现的。

固体物理学为像这样的东西是怎样出现的提供了线索。与所有的量子现象一样，在物质内部以波动的形式向外传播的原子振动也是由粒子传递的（在这种情况下，它们被称为声子）。

就像光子传送光，引力子传递引力一样，声子传递的是声音的亚原子等价物。与碳酸饮料中的气泡一样，声子（物理学家把它们称为“准粒子”）仅仅在介质收到扰动的时候才出现。

在固体物理的世界中，存在着许多准粒子。在某些物质（比如用于计算机芯片的半导体）中，电子转移后会在原地留下一个“空穴”，这些空穴的性质就像一个带正电荷的粒子一样。一个电子和一个空穴常常能够结合在一起形成一个不带电的准粒子——称为激子。像这种寿命很短的准粒子还有很多，比如磁振子、极化子等。

虽然它们稍纵即逝，但是准粒子的行为仍然与基本粒子的行为很相似，它们都服从量子力学规律。这导致人们思考这样一个问题：它们之间是否真的有差别呢？或许各种基本粒子也只不过是一些准粒子（真空中的泡泡）而已。

有一个现象特别令人感兴趣，这就是分数量子霍尔效应，这种效应在极端低温的环境下经常会发生。在某些物质中，准粒子的行为就像电子一样，只不过它们带有三分之一单位电荷（劳福林就是因为解释了这个现象而获得了诺贝尔奖的）。

组成物质的基本砖块——夸克，同样也带有三分之一单位电荷，这一巧合助长了这样一种思想，即从某种角度看来，对于物理世界中的客观存在，突现（emergence）可能是一种根本的东西。

阻碍人们进一步发展这一思想的绊脚石——量子霍尔效应看来只是在二维中（物质的表面上）有效。但是，张守城和他的学生胡江平（音译）在一篇发表于《科学》（Science，10月26日）上的论文中说明了怎样来拓展这一现象。在他们的方案中，物理世界是四维“量子液体”的一个三维“表面”，这一量子液体是潜在的“粒子海”，它可以被认为是真空。

分析在这样一种介质中将会出现的波纹，这两位科学家非常吃惊地发现，它们在数学上与电磁波和引力波非常相似，但是这一模型还有些问题没有解决。按照他们的观点，在方程中出现的假想的光子和引力子并不像现实世界中的光子和引力子那样与其他粒子相互作用。

近来常与张守诚讨论这一模型的加利福尼亚大学圣巴巴拉分校的弦理论家约瑟夫 · 保尔钦斯基（Joseph Polchinski）博士说道：“与其他所有东西一样，如果耦合为零，那么苹果的重量就是零。”这一理论的发明者不得不承认他们的理论还存在着“丰度疑难”问题，即方程所预言的一大堆奇异粒子并不存在。

保尔钦斯基博士认为：“这一理论的某些修正还没有被详细地研究过，希望这些修正能够去掉额外的场并且能够产生耦合。从这一点来看，这是否能够做到还只是猜测。总的来讲，我现在对它的态度是既感兴趣又表示高度怀疑。”

如果这一理论能够被改造成一个有效力的理论，那么它将为量子力学和相对论的统一指出一条新的途径。但是为防止这一理论被过分吹捧，张守城对各种评论非常谨慎，他认为这项工作仅仅是取得了一些进展而已：“我们的工作只是朝着这个方向迈出了小小的一步，但是有迹象显示，最终的目标或许不可能达到。”不管怎么样，他的这项工作至少是激发了粒子物理学家和固体物理学家之间的合作。

尽管如此，但是双方最终都知道他们之间隔着一道分界线。极端地来讲，突现理论暗示着所有基本的理论，甚至量子力学都是第二性的，客观现实是以随机噪声为基础的。

[TheNewYorkTimes，2001年12月4日]

太空作物：从梦想到现实

在南太平洋海底俄罗斯“和平号”轨道站的残骸中，有一个保加利亚建造的微型温室——太空小麦首次在那里培育成功。

温室计划负责人塔尼亚 · 伊万诺娃认为：“我们在历史上树起了一个里程碑，第一次证实了一种有机物在失重情况下可按正常生命周期发育生长。”

伊万诺娃说，这508颗第一批太空小麦种子于1999年初收获于“和平号”轨道站。这些麦种再次播种，并在当年收获了第二茬，产量是第一茬的2倍。

然而，设在加州的美国航空航天局艾姆斯研究中心的生态学家杰伊 · 斯基尔斯说，由于太空没有引力，这对作物的生根造成了影响，不同的光照条件和空气能打乱生物的生长，同时太空没有昆虫，也不利于授粉。

尽管过去在几种非食用作物的太空栽培方面取得了某些有限的成果，但直到俄罗斯在20世纪80年代由保加利亚人在“和平号”轨道站建了一个1平方米的实验温室，粮食作物的生产才真正开始。

20世纪90年代初，宇航员在40厘米高的温室铝板下成功地种出了莴苣和萝卜。1995年美国和俄罗斯开始试验种植小麦，4年后取得了成功。

斯基尔斯说：“你总不能把在长达16个月的太空飞行中所需要的所有食物都带上火箭。”巴西农业部的一个研究机构和巴西卫星公司总裁兼首席执行官若昂 · 瓦斯在一则电子邮件中说：“随着国际太空站的建设最终变为现实，在微重力环境中进行农作物研究的新时代已经现出曙光。”

[小娜译自俄罗斯《消息报》2002年1月6日]