在一本有影响的物理学必威体育备用地址 上，罗伯特 · 卡恩提出，他探索的领域——粒子物理对于认识我们的日常生活是必要的。他说，“粒子物理学家建造了周长达几千米的各种加速器和篮球场穹形物大小的探测器，最终不仅为了发现t夸克和希格斯玻色子，而且是因为它是认识我们的日常生活为什么是如今这种模式的唯一方法。”简言之，卡恩利用了一个构成主义者的假设证实了粒子物理和内在的还原论者的探讨方式是合适的：“给出夸克和轻子的质量和其他9个密切相关的量（粒子相互作用的流行理论），原则上可以说明我们日常生活中的所有现象。”如同克里斯 · 奎格在关于发现顶夸克的一篇文章中所列举的那样，这个还原论者的观点似乎已被许多粒子物理学家所接受。奎格引用了卡恩的文章来支持如下的想法，即“顶夸克有助于决定日常生活世界的特征”以及“微观世界确实决定着平常生活经验的世界。”

在这篇短文中，我愿意重新开展在物理学社团中的论战，我的论点是，以上这些思想是错误的，即使我们掌握了所有的“基本”定律，我们也不可能对我们日常生活说出任何有用的东西。我们的日常生活世界是不可改观的宏观世界，因此我们需要宏观的概念去理解它。与粒子物理学家的主张相反，我们必须认识到科学是在相当隔裂的层次上组织起来的，每个层次具有它自己的基本的实体或概念。每个层次一般地都不是简单地由以生成效应构成它的较低层次上的实体或概念中推导出来的。这个观点意味着粒子物理学对于认识我们的日常生活的世界实际上是毫不相干的。

当然，真实的情况是这样的，如果人们能够仔细研究一下宇宙的万事万物——在这些万事万物中，标准模型的18个参数是完全不同的——那么，对我们来讲这些事物的大多数祐至几乎全部都是不可认识的。虽然试图预测世界如何复杂多变——如同卡恩对一系列实例所做的那样——是一次十分有趣的传统做法。但是，设想这类难以检验的推测能告诉我们许许多多对我们认识周围的宏观世界有关的事情，这无疑是天真的想法。尤其是，如果我们以后认识到，以前的结果和分析已经忽视了某些系统误差，而且t夸克的质量接近195 Gev，而不是175 Gev，那么正是粒子物理本身必须调整到与其余的物理相附合，而不是相反。

对称性

在转到问题的核心，即对宏观概念的需求上之前，我想讨论一下两个未曾预料到的特征的例子，这些特征在我们考虑多粒子系统时就会显现出来。菲利普 · 安德森曾把这些特征概括为“越多就越不同”。

首先，“破缺的对称性”的思想表明了基本定律的对称性是怎样破缺的，当我们研究只包含少数粒子的系统时就会遇到这种情况。量子力学预言，氨分子不存在电偶极矩，因为这种分子的定态是两个具有相反极矩的状态叠加而成。但是，在这些状态之间有一个能垒，它可能以一个简并态的形式使分子“凝固”起来。因此，在一个短促的时间尺度内对分子偶极矩进行的任何测量将会得到一个非零的数值，这与量子力学是相悖的。当我们使大量具有手性的分子（如糖或其他生物分子）明显地增加这种效应时，这些分子不会以任何可测量到的速率从一个手性态穿越到另一个手性态。因此，对所有实际的目的而言，大量分子不会显示出从基本定律——在这种情况下就是量子力学—而预料到的对称性。

其次，在研究相变过程中，物理学家已经发现了“普适的”指数，它们与空间的维数和某些对称性有关，但是与微观相互作用的细节无关。例如，对不同液体的液气相变，如O₂，Co和Ne都可以用相同的临界指数来表示其特征。这些指数揭示了关于系统集合行为的某些性质，并且这些指数不是由微观相互作用来确定的。

突变性

有一个论点是这样的：复杂性的每个层次都必须以它自身的仪器来进行研究，而且需要发明许多适合于描写和理解它的行为的新概念。原则上，如果上帝把他的计算机借给我们，那么神化的计算机模拟可以给出一个固体在机械形变过程中原子的所有坐标。但是，假如我们没有相关的概念（例如位错）去理解下一步会怎样继续下去，这样一大堆数据将是毫无用处的。试图利用粒子物理来认识我们日常生活的世界如同只研究在芯片内部电子的移动而不注意电路组织、硬件和软件，但却试图理解我们的计算机是怎样打印出这本教科书一样！解观的概念，例如熵、耗散结构、元胞、基因等等都不可能简单地从基本定律中“推导”出来：它们被说成是“突变的”，因为它们在复杂性的高层次上生长起来，而且必须在这样的层次上被设想去处理特定的情况。我认为，这些突变的概念和被粒子物理学家引人的许多概念和粒子一样都是现实的和基本的。

甚至在科学之外，突变概念的思想也是有用的。例如，象棋大师并不像新手那样注视着棋盘：他们具有已形成的巧妙的“介观的”分析图像，它们指引着象棋大师去走出下一步棋子和赢得对方。，类似地，简单的音符不能使我们完全理解音乐：我们还必须知道更高的结构性概念，例如和声和谐音。最后，每个人都懂得，知道了所有字母表上的字母对于要能写出一本书来讲是远远不够的。在这种情况下，一个介观的概念就是单词的概念，这些单词在与人们交流信息时是必要的，而且具有字母表上任何字母都没有的含意。主张每件事物都包含有26个字母或字母表的特征也如此的说法会导致人们对智力的虚构感到兴趣盎然。

自治层

注意到这样一点是有趣的，那就是物理学的最近进展，例如重整化方程和有效场理论已经大大加强了科学作为自治层配置的观点。这些概念的物理意义的一个简单例子可以由带有液体的日常生活中提取出来，也可以从考虑我们如何说明液体行为中提取出来。物质原子结构的知识对于实际应用重要吗？回答是“不”。人们已经发明了如粘滞性这样的宏观概念去理解液体在许多场合中的行为。施韦伯在他的文章中很清楚地概括了这一观点：

“对一个多体系统，利用对短波高频模式（它们是和原子分子的构造相联系的）的积分，人们可以得到一种流体动力学的描述方式，它对于一大类流体是有效的，同时它对于流体的原子组成的细节又是不敏感的。短波（原子）物理的特殊性被合并到一些参数中去，而这些参数则出现在流体动力学的描述中。诸如密度、粘滞性这些参数封存了人们对短距离行为的无知。在原子长度上的物理（更不必说高能物理）已经变得更远离我们。”

以相同的方式，他又说：

“电子和原子核是凝聚态物理的基本粒子，而核内部结构的有关特性则被概括在（由经验确定的）表示它的自旋、磁矩等等的参数中。”

一种论点认为，对高能方面作进一步的研究可以证实为什么这些参数取这些数值且与经验数值相符合。重整化理论的这些进展给出了相当严酷的一个译注，这个译注是很久以前由安德逊作出的：“基本粒子物理学家在关于基本定律的特性方面告诉我们越多，它们则对于其他科学的最现实的问题关系越少，对社会的问题关系更少。”

夸克和生活

让我以某些供讨论的说明作为结束语。可能引起讨论的是，即使粒子物理对于认识我们日常生活世界没有直接的关系，但它至少是关于世界的认识的一个有价值的源头。我们可以同意这一点：以越来越高的能量使物质破裂将给你们带来越来越多的“基本的”粒子。但是，物理学的过程趋向于证实，根本不存在在高能上等待我们的囊括一切的理论，而更可能的情况是，日益增长的昂贵的竞争将永远不会停止，如同我们以往曾试图发现最高的整数那样。物理学家们应该认识到，我们日常生活世界的一个有意义的部分——生命世界目前还远离物理学的领域。一些粒子物理学家应该越出他们的加速器实验室，并认识到他们的发现即使在他们自己专业的网络里也只是初级的关系而已。总而言之，让我们每个人研究我们所选定的现实的“层次”，无论是它包含夸克还是包含对流元胞，但是让我们每个人也要记住，每个层次正是更大整体的一部分。原则上说明我们日常生活中的所有现象与实际上说明这些现象是完全不同的。

[Physics Today 1998年7月]