你是如何理解“质量缺口假设”的？还有比这更难的问题吗？( 五 ) _物理学家

由粒子组成波的确切含义又是什么呢？这里我们遇到了令人棘手的难题，从来没有人能够完全对付得了。费曼曾说过，

曾有一度说只有12个人理解相对论。 ……人们读了爱因斯坦的论文后，不少人以这样或那样的方式理解了相对论，人数当然远远不止12个。但我可以有把握地说没有人理解量子力学。

说到量子力学，物理学家不得不放弃他们的直觉而靠数学来告诉他们发生了什么。随着量子理论的到来，数学变成了我们理解世界的唯一方法。
在实验室中研究光时，有时它的行为像波，有时却像粒子。面对这样的行为，科学家要在电磁辐射研究中取得进展，唯一的方法又落到数学身上。于是数学将科学家引入了一个与日常生活经验完全不同的领域。根据数学，物质（包括光子）本身固有的不确定性使光产生了类似波的行为（最新的研究似乎否定了这一说法）。
量子理论告诉我们，必须放弃我们熟悉的粒子形象（粒子有确定的位置和速度）。关于一个特定粒子的位置和速度，能得到的最精确信息是一种概率分布。不确定性是物理现实的一个基本方面。
自然之力我们知道是什么使电子保持在绕核的轨道上∶是电磁力导致带相反电荷的粒子相互吸引。那又是什么把核中的质子束缚在一起的呢？毕竟同种电荷相斥。其中一定存在某种力把核子束缚在一起。物理学家称它为强核力，或强相互作用。强相互作用必须足够大，才可以将一个核内的质子束缚在一起。另一方面，强核力只能作用于很短的距离，在核本身尺寸的数量级上，因为它不能使两个不同原子的核内的质子吸引在一起。
人们认为强核力与引力、电磁力一样，是自然界的基本力。正如光子是电磁力的载体一样，强核力的载体是被称为胶子的基本粒子。
物理学家认为存在第四种基本力。为了解释如铀等放射性元素的核衰变，必定要有第二种核力，它能使质子飞走∶这就是弱核力。承载这种力的粒子被称作玻色子。

接下来所需要的，是对场的量子理论解释（量子场论， QFT），其中包括了对自然界这四种基本力场的描述。对量子理论的传统描述，通常局限于20世纪20年代最初构想的理论。在量子力学中，一个粒子的行为可以用一个已被人们充分理解的方程来描述∶薛定谔方程，

其中psi是波函数， H是哈密顿算符， h是普朗克常量。需要知道的关键事实是，数学家把握此类方程几乎没有什么困难。量子力学的早期研究产生了人脑无法完全理解的结果，但总体而言，有关的数学是相当简单的。
对比之下，在量子场论中，物质被视为某种场，一种存在于空间每一处的基本的连续介质。经典物理学所谓的“粒子”只不过是量子场中的能量聚集。在量子场论中，数学也变难了。
1973年，（量子非阿贝尔规范理论中的）所谓“渐进自由”这个性质被发现，这已经使物理学家了解了数学将会得出什么类型的结果（其中就有质量缺口假设）。
请注意麦克斯韦电磁理论是经典（非量子）场论的一个代表，因为它并未将电磁视为粒子流，而是视为场。因此在运用数学描绘场时没有实质性困难。所有的困难在于试图融合量子理论和场论这两种思想。
这种将物质作为时空场中某种性质的观点，导致了一些令人吃惊的结论。一个是关于反物质的预言∶每种粒子都存在相应的反粒子，即有相同质量但有相反电荷的粒子。因为物质与反物质不能正常共存——如果一个粒子遇到它的反粒子，这两个粒子立即相互湮没。 1931年，量子理论的先驱狄拉克就预言存在反物质。不久之后，电子的反粒子（正电子）在宇宙射线中被观察到，这使得狄拉克的结论成为量子场论的第一批成功预言之一。
有趣的是，尽管量子场论似乎违背人们的直觉，但使得物理学家开始迈上通向这个理论的道路，而且他们相信最终引导他们到达所渴望的大一统理论的关键数学思想，就是位于我们美感中心的————对称概念。
大自然的对称在日常的语言中，如果一个物体具有某种平衡形式，那么我们就说它是对称的。例如，人脸是对称的，由于其左半边与右半边十分相像；雪花是对称的，因为它的每一部分与其正对面的部分十分相像，

在数学上，如果一个物体经过某种变换之后仍然与原先的形貌一样，那么就说它关于这种变换是对称的。例如，人脸关于左右反转是对称的，雪花关于中心反射是对称的，正方形关于中心90°旋转是对称的等等。