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因为星星在那里：科学殿堂的砖与瓦 [:1707611293]
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因为星星在那里：科学殿堂的砖与瓦 六、质量电磁起源的破灭
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既然量子电动力学与经典电子论一样具有电子自能，那它能否代替经典电子论实现后者没能实现的把质量完全约化为电磁概念的梦想呢？很可惜，答案是否定的。
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这可以从两方面看出来。
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首先，从δm～αmln（Λ/m）中可以看到，由电磁自能产生的质量修正δm与裸质量m的比值为αln（Λ/m）。由于α≈1/137是一个比较小的数目，ln（Λ/m）又是一个增长极其缓慢的函数，因此对于任何普朗克能标以下的截断，ln（Λ/m）都是一个比较小的数目（特别是，这一数目小于1）。这意味着由电磁自能产生的质量修正是比较小的——比裸质量更小[13]。
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另一方面，即便我们一厢情愿地把量子电动力学的适用范围延伸到比普朗克能标还高得多的能区，从而使δm变得很大，把质量完全约化为电磁概念的梦想依然无法实现。因为电子的电磁自能还有一个很要命的特点，那就是δm∞m。这表明，无论把截断能标取得多大，如果裸质量为零，电子的电磁自能也将为零。因此，为了解释电子质量，裸质量不能为零，而裸质量作为量子电动力学拉氏量中的参数，在量子电动力学的范围之内是无法约化的，从而终结了在量子电动力学中把质量完全约化为电磁概念的梦想。
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有的读者可能会问：电磁自能既然是由电磁相互作用引起的，理应只与电荷有关，为什么却会正比于裸质量呢？这其中的奥妙在于对称性。量子电动力学的拉氏量：
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在m=0时具有一种额外的对称性，即在下不变（请有兴趣的读者自行证明）。这种对称性被称为手征对称性（chiral symmetry），它表明在m=0的情形下电子的左右手征态：
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不会互相耦合。另一方面，（读者可以很容易地证明）电子的质量项
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却是一个电子左右手征态相互耦合，从而破坏手征对称性的项。这样的项在电子的裸质量不存在——从而量子电动力学的拉氏量具有手征对称性——的情况下将被手征对称性所禁止，不可能出现在任何微扰修正中。因此δm～αmln（Λ/m）这一结果的出现是很自然的[14]。
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至此我们看到，试图把质量完全归因于电磁相互作用的想法在量子理论中彻底地破灭了。电磁质量即便在像电子这样质量最小——从某种意义上讲也最为纯粹——的带电粒子的质量中也只占一个不大的比例，在其他粒子——尤其是那些不带电荷的基本粒子——中就更甭提了。
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很显然，质量的主要来源必须到别处去寻找。
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因为星星在那里：科学殿堂的砖与瓦 七、对称性自发破缺
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质量的电磁起源破灭后，质量起源问题沉寂了很长一段时间。但物理学本身的前进步伐并未因此而停顿。物理学家们手头有大量的观测数据需要分析和解释，同时理论体系本身也有大量的问题亟待解决。对现代物理学的发展来说，这些具体或细节问题是远比解决像质量起源那样的本原问题更重要的动力。另一方面，现代物理学在研究这些具体或细节问题中逐渐积累起来的智慧与洞见，又常常会为更深入地探求本原问题提供新的思路。这是现代物理学的卓越之处，也是它没有像那些只注重于深奥的本原问题，却对细节不屑一顾的其他尝试那样流于肤浅的重要原因。
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物理学再次回到质量起源问题是在20世纪60年代。
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在20世纪60年代初的时候，物理学家们在对基本粒子的研究中已经发现了许多对称性。对称性在物理学中一直有着重要地位，不仅由于其优美的形式与某些物理学家对自然规律的美学追求十分吻合，更重要的是因为它们不仅中看，而且中用，有一种穿透复杂性的力量。即便在对一个物理体系的动力学行为还缺乏透彻理解的情况下，对称性也往往具有令人瞩目的预言能力。这最后一点在20世纪五六十年代的粒子物理研究中具有极大的吸引力，因为当时人们对基本粒子相互作用的动力学机制还知之甚少，而且对在很大程度上为研究基本粒子相互作用而发展起来的量子场论产生了很深的怀疑。在这种情况下，许多物理学家对对称性寄予了厚望，希望通过它们来窥视大自然在这一层次上的奥秘。
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但不幸的是，当时所发现的许多对称性却被证明只在近似的情况下才成立，比如同位旋对称性。如何理解这种近似的对称性呢？当时有一种猜测，认为近似对称性是（严格）对称性自发破缺的产物。
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所谓对称性自发破缺（spontaneous symmetry breaking），指的是这样一种情形：即一个物理体系的拉氏量具有某种对称性，而基态却不具有该对称性。换句话说，体系的基态破缺了运动方程所具有的对称性。这种对称性自发破缺的概念最早是出现在凝聚态物理中的，20世纪60年代被日裔美国物理学家南部阳一郎（Yoichiro Nambu, 1921—）和意大利物理学家约纳-拉西尼奥（Giovanni Jona-Lasinio, 1932—）引进到量子场论中。在量子场论中，体系的基态是真空态，因此对称性自发破缺表现为体系拉氏量所具有的对称性被真空态所破缺。
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有的读者可能会问：一个物理体系的真空态是由拉氏量所确定的，为什么会不具有拉氏量所具有的对称性呢？这其中的奥秘在于许多物理体系具有简并的真空态，如果我们把所有这些简并的真空态视为一个集合，它的确与拉氏量具有同样的对称性。但物理体系的实际真空态只是该集合中的一个态，这个态往往不具有整个集合所具有的对称性，这就造成了对称性的破缺——也就是我们所说的对称性自发破缺[15]。