（大连理工大学刘则渊教授愿意借敝地发布一篇文章，不胜荣幸。想看到文中插图的朋友请点击以下链接：

格拉肖之蛇与大统一理论（新）.docx）

 

格拉肖之蛇与大统一理论

Glashow's Snake and GUT

刘则渊

(大连理工大学科学学与科技管理研究所暨WISE实验室)

大年初一上科学网浏览，看见罗会仟的博文《物理世界之“蛇图腾”》^[1]。该文开头引用初中物理课本扉页上的插图：一张关于蛇的“图腾”，示意“一条巨蟒，咬住了自己的尾巴，代表了我们生活的物理世界。”接着引述了古埃及和古希腊神话中的一个动物——沃洛波罗斯（Ouroboros），一条咬着自己尾巴的神话巨蟒，象征着轮回和重生，即开始也是结束，永无止境。博文在进入蛇年之际，提供一个科学与神话关系的生动有趣故事，让人兴趣盎然、回味无穷。我的中学时代，在上世纪50年代，物理课本没有也不可能有那样的插图。但我印象中，从大统一理论(GUT)描述咬着自己尾巴的巨蛇沃洛波罗斯图象，是著名理论物理学家S.L.格拉肖(Sheldon Lee Glashow，1932-)最先提出来的。

记得本世纪初在为理工科博士生开设公共理论课而编写的参考教材《现代科学技术与发展导论》时，讲到自然科学所研究的自然界基本物质运动形式，曾指出：“从起源看,微观物理运动和宇宙天体运动是同时产生的,微观和宇观两极是相通的。”因此，自然科学中微观物理学和宇宙学两门学科的研究亦正在统一起来。为此还绘制了一幅自然科学基础学科及其研究对象物质运动形式的序列关系图^[2]。为阐释微观与宇观的两极相通，我查阅了粒子物理学的大统一理论，意外地检索到格拉肖的蛇图。可惜当时没有进一步发掘到有关沃洛波罗斯的神话故事，没有在讲课和教材中加以引用。这次看到“蛇图腾”博文，再次检索查阅了相关材料，收获不小。

格拉肖早在1961年就推广了电弱理论；1964年、1970年与人合作先后预言了粲夸克及其机制，被实验发现；1975年进一步提出了把弱、强、电磁相互作用统一起来的大统一理论。1979年同S.温伯格(Steven Weinberg, 1933-)、A.L.萨拉姆(Abdus L. Salam,1926-1996)共同获得诺贝尔物理学奖。他格外热心中学生的科学教育，1982年手工绘制了一幅呑食自己尾巴的巨蛇草图(图1)，生动形象地描述了科学世界与大统一理论。格拉肖的这张草图宛如巨大的摩天轮^[3]。

图1. 格拉肖之蛇(1982)

http://scalometer.wikispaces.com/Glashow,+Sheldon+Lee

图1说明在咬着尾巴、蜷成圆环的蛇身，从最小的普朗克尺度 依次按时钟刻度加大到宇宙尺度 ，相应分布着宇宙爆炸极早期未知粒子、 和 粒子、原子核、原子、DNA双螺旋、细菌、人、山、月、太阳系、最近的恒星、星系及遥远的宇宙等等。蛇首呑尾之处正是宇宙爆炸一瞬间和极小粒子同时生成相统一(U)；内圈中心表示电、磁、弱、强相互作用的大统一理论，涵盖了粒子物理学“标准模型”，也暗示至今尚未与电磁强弱相互作用统一的引力，也必将纳入大统一理论。这幅图被物理学界称为“格拉肖之蛇”(Glashow's Snake)或“格拉肖之沃洛波罗斯神蛇”(Glashow's Oroboros)。

后来，格拉肖在其《物理学的魅力》一书中，重绘了格拉肖之蛇，在环状蛇身外依宇宙尺度从小到大补充标注了自然科学各基础学科：物理学、化学、生物学、地质学和天文学(图2)^[4]。

图2. 格拉肖之神蛇(1991)

曾对标准模型有所贡献的另一位物理学家普里马克(Joel R. Primack)看到格拉肖的食尾之蛇图形后，亦重绘了格拉肖之蛇(图3)，对于内圈电磁弱强相互作用对宇宙从小尺度、中间尺度到大尺度的影响范围进行了调整，并认为蛇身上的符号尚须补充一些物质标识^[5]。

图3. 普里马克提供的格拉肖之蛇(1983)

其后，普里马克和艾布拉姆斯(Nancy Ellen Abrams)绘制了一幅精美的格拉肖之蛇(图4)。图上蛇身从普朗克尺度到大的宇宙视界，整个可见宇宙包含了大约60个数量级，在蛇尾部分补充了可能存在的暗物质(DM?)，以作为超对称模型的证据，在蛇头咬尾处注上GUT(大统一理论)；在中间尺度上，在山峰之后补充了地球、改月亮为太阳；在大的宇宙视界，补充了一个离地球最近(约1500光年)的猎户座星系和尺度 的超星系团^[6]。

如果把这幅图和初中物理课本的插图(图5，暂估计晚于图4)比较，显然后者吸收了前者蛇身上的一些物质标识，但没有标注尚未发现的DM (暗物质)，而将猎户座星系换为距离地球最近的恒星(半人马座的c子星，距离仅4.22光年)，表明后者更切合格拉肖之蛇原意，不过未按时钟12等分标注宇宙尺度，显得不够匀称。图4加地球，两图均换上太阳，对于格拉肖为何只画月亮而不用地球和太阳的理解上，似欠妥当。另外，图5没有标明GUT(大统一理论)有道理，因为GUT预言质子寿命大约为 年，而实际探测到的质子寿命下限为 ~ 年，所以这个理论已经被排除了。但GUT作为第一个大统一理论，是今后大统一探索的基础。在这个意义上，这又为注有GUT的格拉肖之蛇赋予一种新意：当格拉肖在沃洛波罗斯的蛇首咬尾处标注GUT时，就隐含着GUT必将被呑没扬弃而新的大统一模型必将获得重生。

图4. 格拉肖之蛇(Abrams, Primack. 2006) http://scalometer.wikispaces.com/Primack,+Joel

图5. 初中物理课本扉页上的插图 http://blog.sciencenet.cn/blog-22926-661020.html

如果将博文中古希腊神话中的沃洛波罗斯神蛇和我国出土文物玉龙加以比较，是很有意思的。龙是中国神话与传说中的一种善变化、兴云雨、利万物的神异动物，为众鳞虫之长，居龙、凤、麒麟、龟四灵之首；龙是蛇与其它多种动物的综合，它以蛇身为基础，融入了猪首、马鬃、牛尾、鹿角、鹰爪、鱼鳞、口角有须、额下有珠的形象。龙被中华民族先民作为祖神敬奉，受到普遍尊崇，中国人经常自称“龙的传人”。对新石器时代以来考古所发现的玉龙，与神话传说的龙形态相比，基本上属于龙的原始形态，处在由蛇向龙演变的过渡阶段。到西汉时，玉龙已形成传说中的完整形态。其中，玉猪龙、咬尾龙与沃洛波罗斯神蛇竟然有着惊人的相似(图6)。

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图6. 中国新石器时代至西汉的玉龙。由蛇等动物衍生而成的龙图腾，由考古发现的玉龙得到证实

从左到右：红山文化C形玉龙；红山文化玉猪龙；凌家滩文化咬尾龙；西周咬尾龙；战国咬尾龙；西汉咬尾龙

http://jnsb.jschina.com.cn/html/2012-03/18/content_528327.htm

http://www.gucn.com/service_curiostall_show.asp?id=804801

红山文化玉龙，蛇身龙首，呈C字型，号称“中华第一龙”，距今有6000年左右。红山文化玉猪龙，形态为猪首与断尾相连，呈现吞食尾巴姿态，1974年在巴林右旗羊场乡额尔根勿苏村征集到。凌家滩文化玉龙，在安徽省含山县凌家滩村发现，距今约5500-5300年，其形态呈扁环状，头尾均呈主动相连姿势，带角龙首竭力向下卷曲，以吻部咬住向上弯曲的尾巴，此玉龙堪称中国古代“咬尾龙”玉器的肇始，其发现意义尤为重大。西周玉龙，和田玉质，为厚0.5cm的薄片饰物，雕有龙形纹饰，团身咬尾，较凌家滩咬尾龙更鲜明。战国玉龙，龙形纹饰简约，角耳区分不明显，龙体弯曲，龙首咬尾形态继承了西周咬尾龙鲜明的特点。西汉玉龙，在安徽庐江西汉古墓发现，玉质晶莹剔透，雕刻细腻，动感传神，龙体盘成一团，全身鳞片，腿脚利爪，呈奔赴状，前腿短小，向前贴身收缩，后腿粗壮，健步向后着力，带角龙头张牙咬住卷尾，初具成熟龙的形象。

总体上，咬尾龙形态的演变轨迹，显示出从原始社会、奴隶社会到封建社会一脉相承、更趋神异的风格。这也从玉龙器物象征的精神文化层面上，表征了中华民族世世代代是龙的传人。

虽然咬尾龙与沃洛波罗斯神蛇的形态相似，咬尾龙实物和食尾蛇传说亦相媲美，但中国龙并无沃洛波罗斯蛇首咬尾那样象征宇宙生灵轮回重生、循环往复的神话传说，且考古界迄今仍缺乏对其意蕴进行诠释。然而，如果我们承认中国古代社会存在由蛇图腾，经由多种动物形态的融合，形成了普遍的龙图腾，那么按照图腾本义，就意味着认同龙是中华民族先民的始祖，先民们笃信人的生命及其世代的更替循环如同龙的降生升天历程一样，从而以咬尾龙为典范的龙图腾就具有了沃洛波罗斯神蛇自食自生、永不止息的意义了。对于这个咬尾龙图腾假说，期待得到考古界的证伪。

 

参考文献

[1] 罗会仟.物理世界之“蛇图腾”[EB/OL].http://blog.sciencenet.cn/blog-22926-661020.html-2013,2.10.

[2] 刘则渊，陈悦. 现代科学技术与发展导论[M].大连：大连理工大学出版社, 2003年第1版，2011年第2版：127.

[3] Sheldon Glashow sketch reproduced in T. Ferris[N]. New York Times Magazine, Sept. 26, 1982：38.

[4] S.L. Glashow. The Charm of Physics[M]. New York: Simon & Schuster, 1991：110-111.

[5] Joel R. Primack and George. R. Blumenthal. What is the Dark Matter? Implications for Galaxy Formation and Particle Physics[A]. in Formation and Evolution of Galaxies and Large Structures in the Universe[C]. J. Audouze and J. Tran Thanh Van, eds. (Reidel, Dordrecht)1983：163-183.

[6] J.R. Primack, N.E. Abrams. View from the Center of the Universe : Discovering Our Extraordinary Place in the Cosmos [M]. Riverhead/Penguin, 2006.

 

(2013-2-12于大连新新园)

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