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关闭窗口 1900年，普朗克提出了量子假设E=hv；1905年，爱因斯坦将其应用于光电效应而直接揭示了光的粒子性，即光子；1913年，波尔描述了行星式的原子结构；1923年，德布罗意根据光和粒子的类似性，大胆假设粒子也有波动性，波长λ=h/p，以后被实验所证实。然后，经海森堡、薛定谔、狄拉克等一代人的努力，建立起了量子力学，并发展出量子场论。迄今重正化的量子电动力学仍然是最完美的量子场论，被认为完全适用于纯电磁现象，虽然μ子-电子质量差等还无法解释。但随着研究领域的深化，从原子到原子核，到“基本”粒子及其内部结构以及宇宙论；从电磁相互作用到强、弱相互作用等，目前的量子理论就远不能令人满意了。
在粒子物理理论中，每二三年就出现一个新的巨大的浪潮。每个浪潮又产生几十甚至上百种派生的模型、理论。这些形形色色、气象万千且有时是互相矛盾的潮流，就汇成了粒子物理中一种空前困难的洋洋大观的场面。我们粗略地把它们分为互相密切联系的四个方面。
1．场论方面
1954年，Gell-Mann等提出了色散关系，它以因果性为基础，研究了散射振幅的解析性和积分关系等。1959年发展出Mandelstam的“双重色散表象”。同年开始提出Regge理论，Regge研究了在复平面上散射振幅解析延拓的性质。在复角动量平面内每条Regge轨迹联系于一组粒子及共振态。1968年总结为集大成的Venegiano模型，它统一描述了解析性、交叉对称性和双关性等。此外，有人研究了公理化场论、束缚态场论及Bether-Salpeter方程等。同时，守恒和部分守恒流，流代数，手征对称性等也被广泛探讨过。
1952年起，以德布罗意、玻姆为首的物理学家主要基于对理论本身的不满意，对波动力学的因果描述作了努力，提出了非浅性波动力学和隐参量理论。这一具有根本性质的讨论不断引起人们的广泛兴趣。从1953年直到1966年，海森堡出于统一描述所有物质的愿望，大力发展了企图包罗万象的非浅性旋量统一方程。又因为目前的理论多数基于定域性（即总模型的粒子结构），因此理论上还作过非局域场论，量子化时空和非阿不连续几何的探讨。1966年汤川等还发展为基本领域理论。
特别重正化群及其方程的研究，不仅应用于场论以及多重产生等粒子领域，而且被成功地推广应用于相变理论之中。
2．粒子结构方面
随着粒子的不断增多，物理学家也不断提出了粒子的多种复合模型。1943年，德布罗意提出熔合模型，认为光子由中微子对组成。1949年产生了费米—杨振宁（FY）模型，假定π介子是基元核子-反核子的复合体。发现奇异粒子后，推广FY模型出现了不同方案：以K介子为奇异粒子基元的Goldhaber模型；以Λ超子为基元的坂田模型。1960年，Frisch以Λ与K为基元的模型特别对称。对轻子、重子考虑基辅对称性，又发展出名古屋模型和中微子统一模型。数学上展开了对U（3）、SU（3）的一系列研究。1962年，Gell－Mann，Ne＇eman提出八重态模型。1964年Gell－Mann等进一步发展为统一的夸克模型。这是结构模型的一座里程碑。它提出了下一层次的新粒子，取得了重大的成绩。结合汤川理论，夸克间相互作用必须存在胶子（gluon）。1969年，基于粒子碰撞时其中有点状结构的实验，Feynman提出部分子（parton）模型。以后和夸克结合导致了多种夸克-部分子模型。目前公认的标准夸克是分数电荷和渐近自由的；为了克服统计性等困难，必须引入色；具有红外奴役才能解释迄今没有发现夸克的实验事实。由于存在夸克—轻子对称性，以及夸克数也在不断增加，70年代开始，国内外又有人提出了多种亚夸克模型。如Pati-Salam的前子（preon）模型，宫学惠—焦善庆的亚夸克模型，Harari的rishon模型等。甚至还有亚夸克组成的前—前子模型。
但由于夸克一直未被发现，因此国际上始终有些人并不赞成夸克模型。此外，与夸克观点相反，Chew等发展了认为“基本”粒子完全民主平等，彼此互相组成而没有下一层次的靴带（boot－strap）模型。并且看来矛盾的夸克与靴带之间又存在有趣的二重性。
3．半唯象理论
为了解释夸克的成功而实验又没有发现它，人们提出了多种夸克禁闭理论。著名的半唯象模型之中就有弦和袋。1969年，Nambu及Nielson等基于强子的双关共振模型的受激谱数学上表现得像弦，并且强子的谐振子模型及局域场论也给出双关弦，因此提出所有强子是基本实体：弦激发态的弦（string）模型。如果假定弦端点是夸克，则没有自由夸克。然而为克服鬼态，时空必须是10维甚至26维的。1974年，Chodos和莫大峻等提出限制强子在一个有限空间区域的MIT袋模型。1975年。Bardeen等利用φ4场的孤子解得出一种新的SLAC袋模型。1977年，Friedberg和李政道推广了孤子理论，得到两种袋模型是这一理论的两种极限情况。
同时，在高能产生等过程中结合实验现象，还存在很多半唯象的模型与理论。如，1950年费米统计模型与1953年朗道流体力学模型，这二者都基于热力学平衡体系。1958年，丹生以及Cocconi等结合热力学概念的火球（Fireball）模型，以后又发展出多火球模型。此外还有激发态模型等。1968年，杨振宁等密切联系于较早（1949年）的光学模型及1959年的Glauber模型，应用程函近似提出了碎裂模型，并发展为极限碎裂模型（HLF），即相干液滴模型。1968年，Chiu和Finrelstein组合光学和Regge模型为混杂（hybrid）模型，从而统一描述Regge理论和MLF。其它还有边缘模型及多边缘（multiperipheral）模型，衍射模型，Nova模型，势模型，吸收模型，削裂（strip）模型和各种窄共振模型等等。人们还研究了各种标度理论及其破缺。
4．规范理论和统一模型
1954年，杨振宁和Mills提出了SU（2）的YM规范场。1956年，内山系统讨论了规范场。以后规范理论被广泛地应用于很多方面。1974年，Wilson提出的格点规范理论最初是类比于固体理论，把时空作为不连续的格点，夸克处在格点上。它可以结合统计性，用蒙特卡洛模拟。这种新的处理方法引起了人们的广泛兴趣。基于色并类比于量子电动力学（QED），物理学家发展了强相互作用的理论——量子色动力学（QCD），并探讨了量子味动力学（QFD）。
1967年，Weinberg与Salam分别利用Higgs－Kibble力学自发破缺对称性，成功地提出了弱电相互作用统一的SU（2）×U（1）理论。1973年弱相互作用中性流和1983年W±和Zo介子的发现，使WS理论在科学上确立了地位。结合强相互作用的规范理论，1972年Bars－Halpern－Yoshimura提出了弱电强三种相互作用统一的理论，1974年Georgi和Glashow提出了简洁的SU（5）大统一理论等。此外，还有引力强相互作用统一的Salam等的SL（b，c）理论，1974年，我们也提出过四种相互作用统一的GL（b，c）理论的初步方案。这可能是目前形式的四种相互作用统一的最小规范群。1977年，Terazawa结合轻子-夸克内部对称性的SU（16N）或SU（b+n）群和时空对称性的SL（2，c）群，也得到统一规范对称性的GL（32N，c）或 GL（12+2n，c）群。1971年开始研究的超对称性理论基于费米子和玻色子的对称性，近几年正在日益受到大家的重视。
其实，若干理论都是上述四方面的某种结合。如，最近引起极大兴趣的超弦理论就是超对称性、多维时空理论和弦模型的结合。
从这些简单且不完全的概述可以看出，目前粒子理论五花八门，千奇百怪。对于许多实验事实，特别在高能方面，仍然没有统一地解释。
这是目前粒子物理理论的主流派。另一些人，包括若干大科学家，如爱因斯坦、海森堡、德布罗意、狄拉克、汤川、玻姆等却认为在物理学的基本概念上，“必须进行某种巨大的变革”（狄拉克）！远距离相关实验违反贝尔不等式，证明了非定域性。这已经揭示了物理学中的某些基本概念必须修改了。
R．M．Santilli认为狭义相对论和量子力学对强子结构，更一般对强相互作用可能不成立。他认为夸克模型仅是猜测，也许不适用；强相互作用时泡利不相容原理也不成立。并且发展了几种形式的超李代数，特别是容许李（Lie－admissible）代数。1982年，基于实验和理论等方面，笔者提出在高能时，玻色分布和费米分布可能将统一为一种新的统计性。由此高能对泡利不相容原理可能不成立。1984年，笔者又提出若干检验方案。1985年，H．Rinneberg等应用激光技术将原子中的电子激发到主量子数n=290的高能级，有效直径约为百分之一毫米，这已达到了宏观尺度。它的轨道和能量是低能“正常”原子的10万倍。高激发态处于轨道只能容纳两个态和n→∞时可以有无穷多个电子的电离态之间。笔者认为n达到一定值时有可能容纳两个以上的电子，起码在短时间内。而这正好相应于高能。并且，Rinneberg等的实验已表明自旋效应能略去，这恰巧是我们预言的统计性统一和泡利不相容原理可能不成立的条件。同时，在星际空间深处，探测到存在着n=390的氢和n＝732的原子，后者的轨道和能量都是“正常”原子的50万倍。
物理学目前的发展阶段应该是处于稳步而缓慢的进展呢？还是已经到了大规模变革的前夜了？这一关键性的问题只有历史才能回答！但可以肯定的是，如果我们不能自由地、多方面地进行探讨，那么历史的发展必然将把我们远远地抛在后面。
而且，既使我们相信“山雨欲来风满楼”，一场暴风雨已经正在来临。但理论的根本症结何在？突破点和发展方向在哪里？也仍然是一个必须认真探索的困难问题。
二、目前形式的波动性是永远成立的吗？
1976年，笔者对整个量子理论的历史、基础和逻辑结构作了认真分析后，认为量子力学、量子场论完全基于物质结构的原子组成层级上的主要特征——波粒二象性。虽然这一特征是优美的、对称的，但当对物质结构的认识深入到“基本”粒子及其组成这一层级时，其所能解释的事实却是有限的。相反，粒子的可能产生、衰变、湮灭和相互作用等性质以及相关的理论都主要基于各种守恒定律和选择规则，决定于时空对称性和各种内部对称性。而这些对称性同二象性与波动性并无直接联系。
目前实验和理论是朝着下述方向发展的：高能，超微观（小空间、短时间）；与单个粒子的结构及其组成相关的强和超强相互作用；与其衰变和转化相关的弱和超弱相互作用等。经过长时间的反复思考和认真总结，并作了各种可能修正的尝试以后，我认为：在“基本”粒子的上述领域，即对单个粒子，极小时空范围，短程强弱相互作用，高能过程等，粒子目前形式的波动性是否仍然成立，并没有得到很好验证！问题的关键极可能在于：在上述情况或其某一部分中波动性已经无法显示，而需要修改，并以含义更广的其它形式或特性取而代之。在量子力学领域中，这些新特性应退化为通常的波动性和二象性。
众所周知，量子力学是以粒子的二象性为基础并类比波动光学而发展起来的，粒子的二象性则是从光的波粒二象性的类比和推广中得到的。量子场论也是从类比自由电磁场并将其量子化而实现的。这些类比导致量子理论的成功，也可能导致了它的局限性。狄拉克就明确指出过，量子理论是原子结构的理论。我想可以进一步更确切地说，它是电磁相互作用的微观粒子理论。目前的波动性也可能只是原子范围（较大时空）电磁相互作用时的特性；对于其它相互作用和领域，它仅是一种重要的启示而已。
已经知道，波动性概念本身只在空间尺度大于波长λ，时间尺度大于周期T的较大时空区域里才有意义，而且只有存在适当大小的衍射孔或散射中心的情况下才能显示出来。粒子波动性及其波长主要表现在衍射、散射实验中，大量粒子在晶体中衍射、散射后，分布在一定区域内，并遵从波动性的布拉格公式2dsinφ=kλ，呈现有规律的统计性几率分布花样。一般此时强弱相互作用可以略去。微观物质的德布罗意波是统计性的几率波，它的特性要求波显示时必须有大数量粒子（或大量事件）。但波动性的直接验证并不多，主要更多地反映为导出的理论与实验符合。
少数粒子，小时空时的衍射、散射都不能显示波动性；例如单粒子衍射在一段小时间内只像粒子，在劳厄图的一个局部小空间也只是一个个点。而且极少数粒子也无力显示几率波的波动性。爱因斯坦等人就认为量子力学只能描述许多个体系的系综，而不能描述单个体系。同时小孔远大于波长λ时，无法显示波动性；波长越小，越难显示（这也是几何光学成立的条件）。高能时波长很小（高能光子都主要显示粒子性），强、弱相互作用时作用力程极短（相当于10-13-10-15厘米），相应衍射孔也必须很小，这样小的区域已经是粒子的大小，从而衍射、散射也就成了粒子间的碰撞。而碰撞时粒子是否仍呈现目前的波动性，还需要深入研究。况且目前很多事实与波动性导出的理论并不符合，特别上述情况的实验更是如此！
粒子的强弱短程相互作用恰巧都是在极短的时间和极小的空间内起作用。强相互作用时间特别短，弱相互作用空间特别小。而且短程相互作用及其饱和性也要求相互作用只能在一个有限的区域，涉及几个粒子。单个粒子也总是仅占据一个极小空间。同时，高能时的主要特征：转化，大多数必须有强弱相互作用；高能粒子衰变很快，也可能时间太短，未衍射时就衰变了，无法显示波动性。而且高能本身就相应于小时空。粒子的这四个方面常常是互相联系的。
粒子静止时，v＝0，λ→∞，波动性无意义；静质量不为零的粒子v→c时，m→∞，λ→0也不行。因此，质量越大越要低速，只有一定范围内的粒子（如热电子）才易于显示波动性。光子在低能、低频、长波时主要显示波动性，而高能、高频、短波时（如光电效应，康普顿散射中）主要显示粒子性。对小空间区域，如λ≤10-13厘米（相当于核子大小和强相互作用距离），波动性最显著的光子，频率也为1023秒-1，一般也是表现为粒子性，更何况其它粒子。目前基本粒子所探讨的时空区域越来越小，能量也越来越高，加之质量越来越大，从而对波动性进行重新审定，确定其适用范围，显然是理所当然且势在必行的。在相对论领域，高速时波长特别小。设v=1010厘米/秒，则对有最小静止质量的电子（me＝0.51MeV/c2），λ=h/mv＜h/mev＝1.2×10-10cm，对核子则λ＜6.5×10-14cm，此时很难显示波动性。众所周知，相对论研究高速、宏观、动量较大的现象，而波动性只有在低速、微观、动量较小（如质量小，速度慢的热电子）时才易于显示。所以相对论领域与微观波动性在一定程度上是互相矛盾的。只有理论从波动力学（偏重于波动性）发展为抛弃了连续性的量子场论（主要揭示了场的粒子性）后，相对论和量子论才得以初步统一。而色散关系、Regge理论等更基于相对论，大多数高能粒子也都是高速相对论性粒子。当然对超光速现象，波动性是否成立可能更有疑问了。
其实，物理事实和理论的发展似乎已经在无意识地突破和日益抛弃波动性、二象性。在公理化场论中，无论是Epstein表述的，或是Araui－Haag理论以及Lehman－Symanzik－Zimmermann场论等，都在一定程度上放弃波动性作为理论的基本原理。特别是S矩阵理论，色散关系及Regge理论中更只以实验上可观察的量为研究对象，以他们认为最明显的洛仑兹协变性与因果性等为基础。新的原理并无波动性，也侧面说明其不可观察。德布罗意、玻姆理论企图确定轨道，也是在一定程度上否定波动性。而上面提到的大多数模型与理论都没有把波动性作为基本原理。虽然如此，但我们的头脑，我们的概念方法，特别是形式体系仍然完整地保留了它。尽管人们曾设想过多种修改量子理论的方法，但由于没有一个实验直接提出这个问题，加之波动性早期的辉煌成就，因此人们都忽略了这种可能性。
任何理论都有一定的适用范围。起码在受测不准关系限制的范围内（△p·△x；△E·△t），目前的量子理论不适用。一般波动理论在△k·△x，△v·△t范围也是无能为力的。而且，一般说二象性也是波动—粒子对称，虽然这是优美的，但二者的性质不同，成立的条件也不同；两方面不会是完全平权的，在一定情况下总有一方面占优势，如光子在不同条件时主要显示波动性或粒子性。何况，在一定条件下对称也会被破缺，也要发展，也要转化为新的对称性。此外，粒子的复合模型及对称性都很难说成是波的结构性质，“基本”粒子也不称“基本”波。
因为测不准关系、无轨道等直接来源于二象性中的波动性，且是其必然的结果，因而试图对此作独立的因果描述，可能十分渺茫。笔者认为，不是粒子无轨道，不是测量永远受限制，而是基于波动性的量子力学及其发展出的理论对此无法描述。测不准关系正表明量子理论、粒子波动性的适用范围有一定局限性。当波动性不成立时（如在小时空中），轨道的存在并没有被绝对排除。
如果波动性被修改、发展为新的特性，则涉及哲学上有争论的很多东西，如测不准，无轨道，无速度，统计性等等和全部与波动性有关的概念、基础，即整个量子理论都要修改、发展。
“行到水穷处，坐看云起时”。我们认真探寻了困难的可能根源，认为抛弃目前的波动性可能是今后粒子物理发展的方向。但究竟如何，还有待实验的决定性判决。（量子论是本世纪物理学中与相对论并列的两个最伟大革命之一。
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