规范原理

这里有一个物理学中最令人惊叹的想法，平白说出来就是：你只要对一个任意的选择吹毛求疵，就能推导出一种力的存在。先取一个具有整体对称性的物质理论——某种你可以在所有地方以同样方式行使的描述自由。然后提出唯一一项要求：这份自由应当能够在局域使用，在空间和时间的每一点都可以不同。为了满足这一要求，数学逼出一个新场，其耦合方式被完全确定。这个新场就是一种基本力。这套逻辑——输入对称性，输出力——就是规范原理。

走一遍电磁学就能看到它如何运转。电子的量子描述带有一个相位，单看它本身毫无物理意义；在所有地方同时重新定义它（整体变换）不费分毫。但若要求能在每一点独立地重新定义它，方程就垮了：描述电子场如何在空间中变化的那一项，此刻冒出了不想要的残余。唯一的解药，是引入一个补偿场，在电子移动时把那些残余“减掉”。这个补偿场就是电磁场，它的量子是光子，而它必须如何挂接到电子上——强度由电荷设定——是被规定的，而非被选择的。把同一套配方用到更丰富的对称性上，就生成胶子以及 W、Z 玻色子。

规范原理是标准模型为何恰好拥有它那些力、并恰好带有所观测到的相互作用的深层原因——它把对局域对称性的愿望，转化为关于力传递者的、可检验的硬预言。它的胜利是真实的，包括在 W、Z 玻色子被发现之前就精确地预言了它们。两个坦诚的注意点：其一，这条原理本身并不解释大自然为何选了这些特定的对称性——那仍是一个未解之谜。其二，它并不直接赋予力传递者质量；W、Z 的质量需要一项额外的成分（希格斯机制），因为朴素的规范不变性本来禁止它们带质量。