2017-07-22 00:42:00
我在前文《丁肇中與高能物理界的牛屎文化》裡，解釋了AMS-02實驗的實際科學意義，以及其負責人對大眾媒體所做的虛偽吹噓。當時丁教授宣稱AMS-02的2014年度總結報告“即將發現暗物質”，如今三年過去了，不但2014年沒有任何暗物質的踪影，2015年和2016年也一樣是空空如也。如果讀者有興趣，可以再等半年，看看2017年度總結是否會有暗物質出現。
我當時把高能物理界的牛屎（Bullshit）文化歸罪於超弦族群。他們為了推進自己的職業生涯，發明了毫無實際意義和內涵的超弦理論，以便藉其高達10^500的自由度來出版無限多的論文，每一篇都與這個宇宙完全無關。追根究底，他們能這樣集體欺世盜名，靠的是過去40年高能物理實驗困難度的指數性成長。所以其他難以做精確實驗的科學，也同樣會有類似的問題。最嚴重和眾所熟知的，是在醫學（Medicine）和心理學（Psychology）上。過去五年，有一系列圈內人出面批評這些學科的論文品質，揭發了近年絕大多數（一般估計70%，但是有估計高達89%的）論文的結果是無可複制的（Irreproducible或Irreplicable）。這就是非常有名的“可複制性危機”（”Replicability Crisis“，參見這篇《Nature》上的總結文章：http://www.nature.com/news/1-500-scientists-lift-the-lid-on-reproducibility-1.19970?WT.mc_id=SFB_NNEWS_1508_RHBox）。
相形之下，有若干真正的科學結果，而只是把它無限放大，藉著記者會或公關文章來忽悠非專業的大眾，就似乎人畜無害了。那些對事實有100%堅持的打假人士，還忙著撲滅假大空的論文，一般也就沒空出來澄清真相。例如上周有一篇關於“時間帶寬極限”的報導（參見《觀察者》的《中外科學家聯手 能否打破“時間帶寬極限”百年物理魔咒》），就是典型的非此專業出身的記者被作者公關文章裡故意磨棱兩可的語法忽悠了，原本宣稱那個研究打破了“時間帶寬極限”和Lorentz reciprocity兩個物理定律。其實“時間帶寬極限”只是電機工程裡的一個Rule of Thumb（經驗法則），而不是一個物理定律。非綫性晶體能打破Lorentz reciprocity，也是早已眾所熟知的事實，憑藉的是凝態物理把許許多多真正粒子所形成的晶格總結成一個背景模型的近似簡化過程（Lorentz reciprocity是一個物理定律，嚴格來說，它永遠都是對的。但是在有復雜的巨觀物質的時候，不可能一個一個電子來考慮整個系統，所以必須用某種模型來代表這些介質。一旦做了這樣的簡化，Lorentz reciprocity就不一定成立了）。我自己也覺得這樣的誇大宣傳，近年在美國學術界司空見慣，不是什麼大不了的事，連寫篇文章來評論都沒有必要，所以只是私下聯絡了《觀察者》的編輯，後來他依我的建議做了修改，包括引用了兩段我寫的文字來澄清事實，所以至少現在的版本沒有明顯的謬誤。
昨天媒體開始報導“天使粒子”，這很明顯又是Donald Trump和Elon Musk之流做商業吹噓的手法，利用歐美對基督教的迷信來引誘大眾媒體廣汎傳播，和科學求真求實的精神背道而馳，我一看就搖頭，但是也不勝其煩，原本連私下的建議都懶得做。後來牛皮吹的越來越大，好幾個中文媒體居然都不約而同地宣稱張首晟會是下一個得諾貝爾獎的華人，甚至還有說楊振寧先生當年教過年輕時的張先生之後也曾如此預言的（例如http://news.ltn.com.tw/news/life/breakingnews/2139474和https://news.mingpao.com/pns/dailynews/web_tc/article/20170722/s00013/1500659795320）。既然沒人真的採訪了楊先生，這個説法只能是張教授自己向記者吹噓的。我覺得諾貝爾獎的評審委員們是專業人士，不會受這些虛偽宣傳影響，這番操弄媒體更像是準備搞個所長之類的行政頭銜。可是行政主管負責分發國家資源，更必須腳踏實地，不適合喜歡假大空的人，所以我以一個學高能物理的，在此越俎代庖，解釋一下這個“天使粒子”的凝態物理（Condensed Matter Physics）背景。
這個“天使粒子”其實物理上叫做Majorana Fermion。 Fermion就是自旋是半整數的粒子，所有物質的構成成分都是Fermion，例如質子、中子和電子。但是在寫出它的相對性（Schrodinger方程式是非相對性的；半整數自旋是四維時空的特殊解，只有在完全尊重Lorentz Transformation的理論下，也就是相對性理論下，才能寫得出來）量子方程式的時候，理論學家發現，除了一般“正常”的質量項（叫做Dirac Mass，這些Fermion叫做Dirac Fermion，對應著有既有Fermion也有Anti-Fermion的現實，例如電子和正子互為反粒子）之外，還有另外一種可能的形式，對應著Fermion做為自己的反粒子。這類Fermion就依發明這個理論項的數學家Majorana而命名。
但是高能物理髮現，所有宇宙中的基本Fermion都有反粒子，目前只有Neutrino（中微子）因為實驗很難做，所以還有絲微可能是Majorana Fermion。
這次的研究是一個凝態物理實驗。凝態物理一貫忽略物質是由許許多多個別基本粒子組成，而把它簡化為一個背景的模型。如此一來，就好像一個人造的新宇宙，所以能產生真實宇宙中沒有的粒子。這些粒子不但只是模型裡的近似解，而且通常不對應真實的粒子。換句話説，它們是Virtual（虛擬）粒子，例如Phonon（聲子）是晶格振動被量子化後的最小能量單元，但是在凝態物理的方程式裡，一樣被當做是真實粒子處理。
這個Majorana Fermion的實驗，所測量到的是在超導體與拓撲絕緣體接觸面上量子反常霍爾效應（Quantum Anomalous Hall Effect）出現了一個半整數現象，而且發現左右不對稱。實際上這是怎麼產生的呢？虛擬的Majorana Fermion是一個可能，但是也可能是其他未知的機制。至於諾貝爾獎，若是把極為困難的中微子實驗做出來，而幸運地發現了第一個是Majorana Fermion的基本粒子，那麼是很有希望的。至於發現一個性質有趣的虛擬粒子（假設這次發現的，真的是一個Majorana Fermion），一般還不一定夠格。而且這次張教授忘了和中國記者提起的（張教授接受美國記者採訪時，倒是沒有忘記要解釋清楚，反而是沒有提起諾貝爾獎；參見https://www.sciencenews.org/article/majorana-fermion-detected-quantum-layer-cake），是這類可能是Majorana Fermion的虛擬粒子，早就被好幾個歐美的團隊發現過了。張教授團隊所做的，基本是追救護車（Ambulance Chasing，指跟進流行的延伸性研究），而找到一個可能是Chiral Majorana Fermion的虛擬粒子（Chiral Symmetry就是左右的對稱，左右行為不同的Majorana Fermion叫做Chiral Majorana Fermion），亦即前人（有趣的是，較早做出理論建議的，也包括一個中國人，即MIT的Fu, Liang）研究的一個特例。所以除非以前的實驗全都被證明做錯了，否則他不可能因此而獲得諾貝爾獎。長遠看來，這些虛擬的Majorana Fermion倒是可能被用在量子計算上，但是這條路還很漫長，這個研究只算是很小的一步。
我自己當年是被排擠出物理界的，所以對能留在學術界專心做研究的人仍然十分羨慕。科學是求真的學科，既然選擇進了物理，就應該淡薄名利，專心求真做學問。我奉勸中國物理界諸君，不要被美國學術界的假大空文化誘惑，應該堅持自己對事實與邏輯的執著，因為事實與邏輯才是真正的普世價值。
【後註一】我原本對張教授和他的研究不熟，所以只評論了這篇”天使粒子“的論文。因為他會得諾貝爾獎的傳言在中文媒體十分普遍，我又去看了看他賴以成名的2006年那篇Quantum spin Hall Effect的文章，發現它也是追救護車的研究，真正創始的是Kane&Mele2005年的論文。追上救護車然後耍賴皮，靠政治壓力硬擠上諾貝爾獎的，並不是沒有前例。例如1979年Salam躋身與Glashow和Weinberg並列。丁肇中也是因為實驗突破的消息走漏，最後被迫與山寨者Richter分享諾貝爾獎。不過諾貝爾的規則是最多只有三人分得，張首晟的那篇論文還有一個合作者Bernevig，既然Kane和Mele有明顯的優先權，所以除非他們兩人+Bernevig中至少有一個在諾貝爾為此頒獎前早早離世，否則不論張教授的政治能量有多大，他追救護車的努力與貢獻必然會被忽略，事後也必然會有中文媒體指控諾貝爾獎做種族歧視。
最奇怪的是，這個道理十分淺顯，連我這樣的門外漢都可以簡單確定。中國做凝態物理的幾萬位教授，必然個個都心知肚明，但是十幾年的炒作，居然沒有一個人肯出面點明。由此可見1）中國和稀泥不得罪人的文化傳統，仍然根深蒂固；2）張教授在中國學術界的人脈，非同小可；以及3）楊振寧先生多次挺身而出，阻止大對撞機的浪費，是多麼地難得。
【後註二】張首晟的自我炒作，斧鑿斑斑，我原本以為他是為了當官。不過後來Google了他的背景，發現他開辦了一個風險投資公司，叫做丹華資本，目前資金有1億美元左右（這些基金的管理費，一般有每年2%的底綫，然後才加上獲利分成；所以生意好壞，主要不在於投資報酬率的正負，而在於能拿到多少資金），主要在中國募款，投資人包括清華大學。那麼他如此積極地做商業性炒作，而且是針對中國方向做商業性炒作，動機就很明顯了，原本就是出於商業考慮，要在中國圈錢。我在正文裡把他和矽谷的另一位圈錢大師Elon Musk相比的時候，還不知道這點，也算是歪打正著。
【後註三】其實真正夠格得諾貝爾獎的華裔科學家（也就是成就比張教授高一截的），大概還不少。今天（2017年九月30日）我隨口提起這個話題，我兒子當場就說James C. Wang，亦即曾在哈佛執教多年的王倬。他在1970年發現了Topoisomerase（拓撲異構酶），這是控制DNA形狀的化學分子，至今不但仍然是所有基因實驗的必用品，也是許多藥物療效的根據。
如果你知道其他這種分量的華裔學者，請在留言里分享。
【後註四，2022/11/19】四月裏，我在《從假大空談新時代的學術管理》一文的【後註九】報導，帶頭炒作Majorana Fermion的論文被撤稿。最近，正文中所針對的，由一大群中國物理人所發的追救護車論文，也被《Science》撤稿，參見《Editorial Retraction》。