你质疑过物理书上哪些定律/定理/原理？
这篇文章有点以偏盖全，因为我有过多次质疑书本的经历，每一次都觉得这些物理学家全是SB，为什么会犯这么低级的错误！不过一般都会在几天之后发现自己才是SB。这么多次质疑，只有一次成功了，这里只讲这一次幸存者偏差。 我质疑的不是定律、定理、或者原理，没有那么高的级别，只是一个公式。就是下面这个 L^{\mu\nu}=8\pi\alpha Q^2\left[\frac{1+(1+y)^2}{y^2}\epsilon_T^{\mu\nu}-\frac{4(1-y)}{y^2}\epsilon_L^{\mu\nu}\right] 这是深度非弹性散射过程里面轻子张量的简化计算公式，它有一些等价的表述，比如： \mathrm{d}\sigma=\frac{4\pi\alpha^2}{Q^4}\left[y^2F_1(x,Q^2)+\frac{1-y}{x}F_2(x,Q^2)\right]\mathrm{d}x\mathrm{d}Q^2 (1) 深度非弹性散射是高能物理最重要的实验之一(1990年诺贝尔物理学奖)，这个实验是用高能电子(或中微子等轻子)轰击质子(或其它强子或原子核等)，当电子损失能量并被大幅改变运动状态时，这个过程就叫做深度非弹性散射。由量子力学的测不准原理，电子动量改变越大，它越能够探测到强子更微观的结构。由于这个实验在粒子物理中非常重要，上述公式广泛出现在粒子物理、量子色动力学等领域的教科书中，例如： 又例如： 这个公式的导出只用到了规范不变性假设，这种不变性对电磁场来说是严格成立的，至今未发现例外。在规范不变的条件下，深度非弹性散射截面可以用结构函数来表达，也就是公式里的 F_1 和 F_2 。当散射初态有中微子或者初态粒子有极化时还会涉及更多的结构函数。这些结构函数都可以和高能物理中极端重要的部分子分布函数形成简单的对应。 最初人们关心的是单举深度非弹性散射，也就是只测量末态电子状态的实验，这时结构函数只是两个参数 x 和 Q^2 的函数，这两个参数表征了电子的运动状态。后来人们也关心半单举深度非弹性散射，也就是除被散射的电子之外，还要测量其它的某个末态产物。这时候x 和 Q^2 就不足以描述人们关心的全部信息，还需要添加一些描述额外末态的变量，例如该末态的动量(记为 p_1 )，人们很自然地把结构函数推广为更多变量的函数，即 F_i(x,Q^2,p1,\ldots) 。物理学家们相信只要初态电子和质子没有极化，且末态关于对撞轴的角分布不被观测，公式(1)中只要把结构函数写成更多变量的函数就可以正确计算深度非弹性散射过程。 我在2017年发现这样的想法在某些条件下是错误的，然而这个错误的观念已经持续了几十年。有些高引论文，如 和示例产生子，例如 都用了不完备的公式。 整个发现过程有几分戏剧性，下面我就把这段经历和大家分享一下。 我在读博士的时候就想过要计算 J/\psi 在深度非弹性散射过程中产生(也叫 J/\psi 电生)的一阶QCD修正，当时调研这个过程的时候我就问过老板，简化的轻子张量在所有情况下都能得到正确的结果吗？老板说是的，只要把旋转角积掉，你就能得到这个简化形式，你去推导一下就能证明它。我当时心里有这样一个疑问，但没有深入研究它。 毕业后，在2016年，我开始着手计算这个过程，我的合作者是我之前指导过的别人的博士生，他那时已经毕业并找到了教职。我们应用了简化轻子张量，计算的时候发现结果和完整计算对不上。其实我当时就知道这不是轻子张量导致的，因为在当时的计算条件下，简化轻子张量一定能重复完整计算的结果，对不上一定是计算错误造成的。不过我当时不知道走错了哪根筋，闷头研究起了简化轻子张量的适用性。绕了很大的圈子之后，我发现在实验室系里面，哪怕把旋转角积分掉，简化轻子张量仍然会得到错误的结果。 我当时的心情是既兴奋又失落。兴奋是因为我有可能发现了长期又普遍存在的一个错误，失落是因为我的经验告诉我如果在一个基础领域有了新发现只有两种可能，一是自己搞错了，二是这个发现没意义，大家都知道，但是因为没意义，所以大家都不会提起。 我给一位朋友打电话讨论了这个发现，他现在是北大的tenure，当时还是track。我说我发现深度非弹里面有个公式大家可能一直用错了，不过最有可能是我自己搞错了。我朋友本着实事求是的精神直截了当地告诉我：“那肯定是你自己搞错了。”然后我就给他讲了我的发现，讲到最后，他觉得真的有可能是大家之前都搞错了。 我的心情就更沮丧了。因为如果这个公式确实是错的，那么只有一个可能，那就是大家都知道，并且都应用了正确的公式，只不过没有在论文中明确体现罢了。或者即便有个别人用错了，也只是个别人不懂，大部分人都不会犯这种错误。 我开始调研这个错误到底有多普遍，很多论文并没有明确体现他们的计算细节，有时候不能够明确判断他们的计算有问题，不过还是有个别人非常认真，原原本本地交待了自己的错误，比如在c夸克电生领域最被广泛引用的结果Phys.Rev.D.57.2806，还有等等一些。 我意识到这有可能确实是个普遍现象，但我还是不能确定，所以每天都生活在反复的挣扎和自我否定中。不过我还是决定就这个错误专门写一篇文章，并且把我当时已经得到的正确的公式提出来。就是下面这一篇，现在已经发表了 我们在这篇文章已经投稿并贴在arxiv上但还没有发表的时候就已经完成了另外两篇文章，一篇是重新计算了 J/\psi 电生领头阶的结果，这个在十好几年前就有好几个组算过了，但是全都算错了；另一篇就是我之前想做的那个工作，也就是色单态 J/\psi电生的QCD修正。把这两篇文章投出去之后，没多久回来审稿意见，全都被拒了。拒稿的原因非常一致，都是说如果我发现简化轻子张量是错误的，那一定是我自己算错了，所以不予发表。 第一篇投的Journal of High Energy Physics，审稿意见如下： 第二篇审稿意见直接附在邮件内容里，我们以pdf格式回复的截图如下： 我当时看到这样的结果高兴得不能自已，因为这说明这个问题是如此普遍以至于在整个圈里面已经形成了共识。 指明错误的那篇文章后来也回了审稿意见，非常幸运这个审稿人非常认真，他说 本来文章只写了四页(细心的朋友可能会明白为什么写这么短)，最后扩展到了8页。往返三次审稿意见，这篇文章才最终发表。 另一方面，我写信给了一个大佬，非相对论量子色动力学的提出者之一，把我的发现讲给了他。显然他早就听说了，在邮件里明确地指出了我的错误，我细致的反驳了他的论据，然后他又从另一个角度论述了我的错误，我又反驳了他的观点，他又换了一个角度给我讲，然后我又写给他一些进一步的细节反驳了他。最后，他在邮件里说认为我的看法有可能是正确的。再后来，他说他要把这个结果告诉别人，而且承诺只要一有机会就会把这个问题给别人讲。至此这个问题才被很多人承认。我在路上遇到同行老师，也会有人向我表示祝贺。 那么我们那两篇被拒了的文章后来怎么样了呢？其中一篇我们转投了European Physical Journal C，在转投的时候，那位大佬已经理解了那个错误，并且应该已经给很多人讲过了。非常顺利，我们的文章很快就被接收了。审稿意见如下： 我们猜测这个审稿人很可能和我们第一次投JHEP时的审稿人是同一个人。还是非常欣赏老外这种实事求是的精神，哪怕把自己的脸打得啪啪响，也没有因为维护自己的“尊严”而歪曲事实。 文章发表截图如下： 还有另一篇最后也发表了，如下图 看右上角那个黑框框，可能很多人就知道这篇文章本来是投到哪了。没错，本来是投PRL的，因为我们计算的这个过程非常重要，而且计算非常困难。类似的过程，比如 J/\psi 光生和强产生都是差不多十年前就被攻克了，而且都发了PRL 但是这个电生过程如此困难，虽然国际重要会议上还有综述文章上经常有人强调它还没被算出来，但就是没有人能够把它搞定。我们现在把它搞定了，可是审稿人一开始就认定我们算错了，给拒了，哪怕后来大家都知道我们没算错，审稿人也不再改口，还是没同意发PRL。其实完成这样的计算发PRL在我们领域内几乎是心照不宣的，但我一个较真就把自己的PRL改成了PRD。 那么指出那个错误的文章现在引用情况怎么样呢？到现在一共引用10次，除了一篇综述文章引用之外，其它全是自引。为什么会这样呢？其实当然会这样，人家谁写文章愿意说自己做错了呢？就算他们现在谁真的用了我给的公式计算，也肯定不会引我的文章。如果不引，说明人家自己早就知道该用这个公式了；如果引了，意思是承认自己之前不知道，是看了文章才知道的。要我我也不引。 但是有些示例产生子也用了错误的公式，粒子物理中的实验结果都是基于示例产生子整理出来的，也就是说可能有很多实验结果多多少少是有点问题的。不过我没有把这些结果拉通了分析再挨个打脸，不是因为我很识趣，而是因为我对这种工作没啥兴趣了。我最近在做信号处理、改进平均场方程等工作，并且在这些工作中获得了无限乐趣，没有心情继续推广那个发现了。那么会不会有别人根据我的文章去纠正实验错误呢？那更不可能了，首先这是庞大到只有一个大团队才能完成的任务，而且就算是最后做成了又能怎么样呢？人家忙活半天把能得罪的人全都得罪一遍，最后就是为了证明我真TM英明吗？ 不过说到底，质疑书上的内容一般来说是不现实的，在一个成熟的领域存在人人都没发现的错误，这种可能性几乎是零。不过确实也不是完全不可能，只是可遇不可求。就算真的发现了，还是低调一点吧，洗洗睡觉，该干嘛干嘛吧。 ============================================= 有朋友问到我的合作者的情况。介绍一下。 我的合作者在读博的时候我们认识的，我经常去他导师那里开组会讨论。有一次我要做一个工作，准备投PRL，就拉着他一起做，后来文章发表了，他在他们学院也小小的风光了几天。后来我们就一起合作了几年。他毕业之后做了一套计算程序，我提供技术细节，解决一些比较困难的问题，他负责具体实现，我们的合作还是非常有效率有成果的。我和他的合作一般他都是第一作者，我来通讯。只有发现错误的那篇文章，我自己几乎把所有工作都做完了，他的贡献是帮我画图展示正确结果和错误结果的差异，因此在这篇文章中我独吞了一作和通讯。