由希格斯玻色子引发的讨论，微调与自然性，孰是孰非

当实际观测到的参数看起来需要精确调整才能符合理论预期时，一部分物理学家认为这是巧合，而另一部分物理学家却希望从中发现更多的奥秘。

物理学家在2012年首次观测到希格斯玻色子时，他们观察到这种粒子的质量非常之小：1250亿电子伏特，即125十亿电子伏特。这个观测结果成为了困扰着当今量子物理学家和天体物理学家的一大典型问题:微调与自然性的问题。

要理解被观测到的希格斯质量如此之低为何可疑，首先你必须知道这一观测结果实际上汇总了两个部分:裸希格斯质量(我们所不知道的)加上所有其他标准模型粒子的质量，这些来自标准模型粒子的质量统称为“量子修正”。

方程中的第二个数字是一个巨大的负数，大约是- 1018 GeV。与之相比，方程的结果125gev非常小，近乎于零。这意味着希格斯粒子的质量几乎是它的相反数，差不多正好抵消它。对一些物理学家来说，这个奇怪的巧合难以接受。

也有可能不是裸希格斯质量在平衡这个方程;或许还有一些物理学家不知道的因素作用于量子修正。

不论怎样，许多物理学家困惑于这种情况。裸希格斯质量与其他标准模型粒子质量几乎完全相抵消的根本原因尚未明确，坚持“本就该这样”的说法无法令人满意。.

可观察到的参数似乎不会自然而然地来自某一理论，而是必须经过慎重而巧妙地调整以符合理论，这一过程被称为“微调”。

“总而言之，我们想从自身的理论或是说所处的宇宙中，得到没有过多人为修饰的数据”

理论上来讲,“当你最终得到的这些数据的大小彼此间存在很大差异，你可以接受这只是体现了自然如何运作的观点，数字的大小并没有什么特殊的意义。”马萨诸塞大学安姆斯特分校物理学助理教授维利纳·马丁内斯·奥特肖恩说道。“要不然，你也可以提出补救微调的方法，这通常需要人为添加新的粒子。”

微调的对立面是自然。“这就像是硬币的正反两面，”加州大学圣克鲁兹分校物理学助理教授、理论家史蒂芬尼·戈里说。“只有当你能用基本一致的顺序写下这个理论的参数，我们才能说这一理论是自然成立的。”

那么我们在理论中最多可以做多少微调呢？“这是有可能决定粒子物理学未来的一大基本辩论，”在欧洲核子研究中心从事超环面仪器工作的哈佛大学粒子物理学和宇宙学实验室博士后小劳伦斯·李说。

是什么驱使我们研究微调与自然性？

关于微调与自然性的最早著作或许出现在1937年，当时保罗·狄拉克提出了“大数字假设”，试图通过比较宇宙中巨大常数的比例来弄清它们的意义。粲夸克的发现源于对自然性的追求;科学家们从理论上证明了这种粒子的存在，以此来解释粒子之间没有相互作用的现象。

“从实验的角度来看，微调问题在某种意义上确实有助于指导我们的研究方向，”俄克拉荷马州立大学物理学副教授约瑟夫·哈利说。

有时，他解释说，某个参数可能看起来是经过微调的(就像希格斯粒子的质量)，直到实验揭示出某一隐藏的潜在问题——我们前所未知的附加方程。“一旦我们获取到更完善的理论，就会想，'哦，它必须是那个固定值，只是原因不明。’”

李也是一名实验主义者，他认为微调问题是自己从事研究的强烈动力。他说：“总而言之，我们想从自身的理论或是说所处的宇宙中，得到没有过多人为修饰的数据”

然而，并不是所有的物理学家都认为微调是一个难题。对于他们来讲，两个参数有几乎正好相反的数值从而相互抵消，不需要特殊的原因。毕竟巧合总会发生。

例如，从地球上观察太阳和月亮在天空中的大小大致相同。这意味着当这三个天体刚好排成一条直线时，月球会完全挡住太阳，从而产生了日全食。我们已经习惯于这一事实且不需要任何科学的解释，科学家们甚至计算出了太阳和月球的大小匹配程度的微调值：2%，即1/50。(李指出，这个令人愉快的巧合与希格斯玻色子的难题仍有很大不同，希格斯玻色子的质量需要进行大约1 / 1034的微调。)

其他物理学家认为最好能摆脱表观微调，但这并不一定是他们从事研究的主要动力。马丁内斯·奥斯库恩说:“虽然自然性是我们开展实验的主要动力，但它并不是唯一的动力。”她研究的超对称性理论，可同时解决希格斯玻色子的微调问题，并提供暗物质粒子选项。

不论表观微调让物理学家们多么困扰，在理想主义世界里，物理学家们会找到万物的终极理论，它可以解释宇宙中每一个观测所得参数的根本原因。如果物理学家达到了那个程度，黑利说，“那你就真的彻底征服了物理学。”

作者: Madeleine O’Keefe

FY: 猫咪不爱睡懒觉

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选文：天文志愿文章组-小心台阶

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排版：天文志愿文章组-零度星系

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参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3.原文来自：https://www.symmetrymagazine.org/article/fine-tuning-versus-naturalness

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