物理女王陛下
2012年7月4日，全世界的报纸都在宣告这对科学界意义重大的一天。《独立报》的头版头条是，“科学家证明了上帝粒子的存在”；加拿大广播公司说，“粒子物理缺失的基石”已浮出水面；《纽约时报》的一则标题是“物理学家发现了可以解开宇宙之谜的神秘粒子”。
这就是对希格斯玻色子的重大发现，每个人都迫不及待地想要解释它有多么了不起。然而希格斯玻色子非常复杂，我无法摘录出有价值的新闻片段来概括它。
希格斯玻色子非常复杂，以至于1993年英国科学部长威廉·瓦多格列佛悬赏一瓶香槟，征求能够用一页纸解释希格斯玻色子的科学家。[1]本书中我不打算这样做（我更想要一杯奶昔），但我们要尝试感受一下希格斯玻色子是什么东西。
希格斯玻色子之所以重要，是因为它证实了科学家近50年前的一个预测。要证实这个预测，需要建造大型强子对撞机—有史以来最大的机器。
但我们怎么知道它值得付出如此巨大的努力呢？比如说我现在可以发明一种叫“timon”的粒子，它让你在看无聊电影时想要查看手表。我们要为此建造一台机器吗？
想想看，理论物理学家如何知道哪些假说值得研究？有那么多粒子、那么多场、那么多相互作用，我们怎样知道自己的方程是合理的？有没有指导新物理定律的终极法则？
答案是有的，它来自史上最杰出的不知名物理学家之一：阿马莉·埃米·诺特。
在20世纪初，只有两名女性被允许在德国埃尔朗根大学就读，她们上任何课程都需要得到任课老师的许可，诺特就是其中之一。信不信由你，她并没有因拥有子宫而不懂数学（岂有此理？）。诺特撰写了一系列论文，受到了德高望重的数学家大卫·希尔伯特的赏识。
希尔伯特帮助诺特在哥廷根大学获得了一个讲师职位，她是那里唯一的女职员。当然，这份工作是没有报酬的，她必须以希尔伯特的名义授课。但无论如何，她已经踏进了学术界的大门。[2]
后来，诺特发现了可能是理论物理学中最重要的指导原则—“诺特定理”，局势终于逆转。女性想要被平等对待，就得超越世界上所有的男性物理学家—在某种程度上这是一种耻辱。不过这也让她显得很了不起。男性没有给她足够的尊重，但她以一个影响深远的理论征服了每一个人。这个定律构成了QED和QCD的基石，解决了相对论中爱因斯坦也搞不清楚的难题。
诺特定理是关于物理学家所说的“对称性”的，这是一个我们一直在玩味的概念。当我们研究一个事件或一个粒子时，我们通过方程计算动能（运动）和势能（场中的位置），两者的差值叫“拉格朗日量”。每条物理定律都有一个拉格朗日量。
但我们总是可以改变正在研究的任何场景的细节。我们在强磁体附近做实验，或者改变粒子的质量，有时会改变拉格朗日量，有时不会改变。如果拉格朗日量不改变，所有的方程就都是相同的，我们就说该理论具有“对称性”；如果拉格朗日量改变，方程同样改变，我们就说该理论具有“对称性破缺”。
诺特定理说，如果理论具有对称性，那么一定存在一个相关的、不会被改变的粒子属性。
例如，假设我们正在研究一个粒子，并决定把它往右移动1米。粒子行为是相同的。因此，我们的理论是关于位置对称的。
诺特定理说，位置的改变是因为粒子带着动量从一个地方运动到另一个地方，动量必须“守恒”，也就是说动量既不会凭空产生，也不会凭空消失。粒子可以在碰撞过程中传递动量，但无论如何，前后的总动量总是相同的。
诺特定理的另一个例子是，当我们让粒子在时间上前进时，物理定律仍然是不变的。物理定律是关于时间对称的，因此它必然也有一个对应的守恒的性质—最终证明是能量（因为我们正在讨论因果）。夏特莱侯爵夫人已经证明过能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，但诺特定理给出了根本的原因。
