現代物理學遭遇前所未有挑戰

2021-07-09 17:15:13 字數 1911 閱讀 9436

在這次演講中,克里夫談到了「宇宙中存在最危險的兩個量」。這兩者決定了我們在宇宙間所看到的一切物質、結構和生命。他表示,倘若這兩個量出現任何「異常」,整個世界或許都將成為乙個空虛無生命的地方。

第乙個危險量:希格斯場的強度

克里夫所說的第乙個危險量是所謂「希格斯場」強度的值。希格斯場是一種無形的能量場,當粒子暢遊在希格斯場中時,會獲得質量並最終成為質子、中子以及電子等組成物質的基本單位。如果沒有希格斯場,我們就不可能存在。

確認希格斯場的存在源於2023年cern的突破性發現。當時,物理學家在大型強子對撞機(lhc)中發現了一種新的基礎粒子——希格斯玻色子。根據理論,沒有希格斯場,就沒有希格斯玻色子。但希格斯場本身仍有很多令物理學家們困惑不已的未解之謎。

克里夫表示,依照愛因斯坦的廣義相對論和量子力學理論,希格斯場會表現出兩種狀態中的一種。要麼是關閉狀態,這意味著宇宙各處希格斯場的強度值皆為0,如此一來,它就無法賦予其他粒子質量;要麼是開啟狀態,意味著其值為「絕對大」。

但物理學家們並未曾見過這兩種場景。克里夫說:「實際上,希格斯場這盞燈只是微弱地點亮著。它的強度值不是0,但比完全值要小1億億倍,這有點像燈的開關被卡在接近關閉的位置上。這個值非常關鍵,如果它有任何細微的差異,那麼,整個宇宙的物質世界都將不復存在。」

希格斯場的強度為何有著如此精妙而微弱的量值令人覺得匪夷所思。物理學家們現在把希望寄託在了「滿血復活且功能更強大的」lhc上,希望其能提供更靠譜的解釋。不過,迄今為止,科學家們仍然在這條漫漫征途上緩緩行進,且收穫甚微。

第二個危險量:暗能量的強度

克里夫所指的第二個危險量被物理學家們稱為「物理學史上最糟糕的理論**」。這個危險的數值涉及到深空的深度和讓人抓狂的「暗能量」。

2023年,天文學家發現宇宙的擴張速度並非恆定,而是越來越快。顯然,太空中存在著一種看不見的力,導致宇宙加速膨脹,科學家們將其稱為暗能量,認為其佔據宇宙總質能的70%左右。自此,暗能量成為廣受科學家青睞的「香餑餑」,因為它關係到宇宙的命運。

「我們並不知道暗能量究竟是何方神聖。」克里夫表示,「最好的解釋是,它是虛空自身的能量,即真空的能量。」

如果這是真的,那麼,科學家們應該可以計算出虛空的總能量,從而得到乙個代表暗能量強度的值。儘管理論物理學家們也這樣做了,但結果卻令他們抓狂。克里夫說:「暗能量的值應該為我們根據天文學方法觀察到的數值的10120倍,它比宇宙中任何資料都要大,為宇宙間原子總數的千萬億億倍。」

不過我們很幸運,暗能量比理論**要小很多。如果按照理論模型,那麼暗能量的排斥力將把整個宇宙撕裂,將原子緊緊綁在一起的基本力在其面前潰不成軍,星球、星系、恆星、行星都無法形成,我們所知道的任何生命都無法存在。

儘管如此,人們仍未能使用現有宇宙理論建立出一套與實際觀測匹配的暗能量測量理論,蒙在暗能量頭上的面紗仍未被掀開。看來,科學家需要對現有理論進行改進,從而找到理解暗能量和希格斯場的方法。

也許永無答案

如果能夠證實,我們的宇宙僅僅只是包含有數十億個其他宇宙的多重宇宙中的乙個,那麼,「我們或許就能理解這兩個危險值。因為,在多重宇宙的大多數宇宙中,要麼暗能量非常強大,將那些宇宙撕裂;要麼希格斯場足夠小,導致任何原子都無法形成。而我們恰好活在乙個兩者都完美調和的宇宙中,我們是少數的幸運者。」

為了證明這一點,物理學家們需要找到新粒子,其可能會支援弦論等理論。弦論**了多重宇宙的存在。

目前,最有可能發現新粒子的是lhc。但除此之外,中國科學院高能物理研究所的科學家正計畫到2023年建造乙個「希格斯粒子工廠」,那將是乙個長達52公里的地下環路,耗資30億美元,它能使正負電子發生對撞,對撞能量高達70tev。無獨有偶,美國科學家也在計畫研製超大型強子對撞機(vlhc),據悉,vlhc的周長為100公里,碰撞能量更是高達100tev。

克里夫說:「我們或許正在進入乙個全新的物理學時代。在這個新時代,宇宙間很多奇特的事情我們無法解釋;在這個新時代,或許我們會找到一些線索,發現我們正生活在乙個遠遠超出我們認知的多重宇宙中。」

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