弯曲的旅行：揭开隐藏着的宇宙维度之谜

上一章我们讲到，通常一个粒子不会毫无妨碍地穿越空间，虚粒子时而出现，时而消失，因此影响了原本粒子的路径。量子力学告诉我们，对任何一个物理量，我们必须把所有这些可能路径的贡献都加起来。

我们已经看到，这些虚粒子的存在使得实验测得的力的强度对于距离的依赖完全符合预言。使得力对能量产生依赖的这一同类型的量子贡献，还会影响到质量的大小。但在希格斯粒子质量的情况下，与力的强度不同，虚粒子的作用与实验对理论的要求似乎并不相符，它们似乎太大了。

因为希格斯粒子会与一些重粒子发生相互作用，它们的质量高达大统一级别，所以希格斯粒子所采取的路径包含了由真空中分裂的虚重粒子及其反粒子，希格斯粒子在其行驶途中会暂时地转化成这样一些粒子（如图12-1所示）。在真空中忽生忽灭的重粒子会影响希格斯粒子的运动，是它们导致了大量的量子贡献。

量子力学告诉我们，如果要确定希格斯粒子实际拥有的质量，我们必须在那条没有虚粒子的路径上加进这些有着虚重粒子的路径。问题在于，包含了虚重粒子的路径导致的贡献，会使希格斯粒子达到大统一理论里重粒子的质量——比我们所需质量高13个数量级。所有这些来自虚重粒子的巨大贡献，都必须加到希格斯粒子质量的经典值上，产生的物理值还必须符合测量。如果要使弱规范玻色子的质量正确，这一值大约应是250GeV。这就意味着，即便任一GUT质量贡献都要大至10¹³倍，但当我们把所有这些巨大贡献加进质量时，最终的答案应该接近于250GeV，如果有些贡献为正，则有些必然为负。哪怕只有一个虚重粒子与希格斯粒子发生作用，都会不可避免地出现问题。

如果像上一章那样，我们把虚粒子看做是官僚机构的成员，那么，他们就像是美国移民局（INS）的员工，他们的职责是阻截来自可疑人员的信件，而现在，他们却仔细审查所有信件。本来是一个两层的系统，可以让一些信件快速通过，只拦截另外的一些，现在呢，所有信件都被同样对待。同样道理，希格斯机制要求虚粒子“官僚”能够让有些粒子重，而让包括希格斯粒子的另外一些粒子轻，但是，就像工作热情过高的官员一样，包含虚粒子的量子路径对所有粒子的质量都有同等的贡献。因此我们期待所有粒子，包括希格斯粒子在内，都具有大统一标度的质量。

如果没有新的物理理论，那么解决希格斯粒子质量过大问题的唯一（且并不令人满意的）方法是：假设它的经典质量值会恰好抵消巨大的量子贡献（这样，经典值就有可能为负）。尽管单个的贡献都很大，但理论中决定质量的参数必须使所有的贡献相加起来的数值很小，这就是上节里我提到的微调。

这虽然可以想象，但要在现实中发生几乎是不可能的。这一问题不单单是加进一个参数稍作调整就能得到正确质量的问题，这一参数太大了，而且要无比精确：精确值少于13位则会导致结果完全错误。要明确的是，这一离奇的补充参数不同于精确测量的某个量，如光速。通常情况下，定性预言并不依赖于任何一个参数取什么特定的值。只有一个值能契合已测得的精确量，但即便一个参数稍有不同，世界也不会产生很大变化。如果牛顿引力常数（它确定了引力强度）的值有1%的误差，根本不会有什么太大的变化。

而在大统一理论里，参数的稍稍一点变化足以彻底毁掉理论预言，不论定量的预言还是定性的预言。打破弱电对称的希格斯粒子的质量异常敏感地依赖于一个参数。对这个参数的几乎所有数值，大统一质量和弱力质量之间的等级分化都不会存在，因而也就没有依赖这个等级的结构和生命。如果这一参数仅出现1%的偏差，希格斯粒子的质量就会太大，弱规范玻色子以及其他粒子的质量也都会大得多，而标准模型的结果也就根本不是现在这个样子了。