拯救宇宙的重任,这次落到了中国身上
简介:如果在两三年内仍没有任何发现,到时LHC将进入第二次长期休眠,而我们可能也要进入一个新的物理学时代,一个宇
物理学界最近出现了一种令人不安且饱受争议的看法:我们正在逼近人类通过科学所能了解这个世界的绝对极限。近日,欧洲核子研究中心(CERN)的粒子物理学家Harry Cliff参加了一场TED演讲,期间谈到了两个对于我们宇宙存在来说极为关键的两个量。倘若有任何的微变,这个世界或许都将不复存在。
“在未来的几年里,我们可能会知道自己是否能够继续扩展我们对这个世界的了解,也许我们将在科学史上首次遇到无法回答的问题。”来自欧洲核子研究中心(CERN)的粒子物理学家Harry Cliff最近在瑞士日内瓦的一次TED演讲上讲到,“这并不是说我们的大脑不够聪明或者技术无法满足,而是由物理学定律本身决定的。”
在Cliff的观点里,有两个被视为宇宙中最危险的量。它们决定着我们在世间所见一切物质、结构和生命的存在。倘若这两个量有细微的变化,那么宇宙万物都将不复存在,这里将一片死寂。
第一个量:希格斯场的强度
Cliff所言的第一个危险数值代表着物理学家称之为希格斯场的强度。这是一种无形的能量场,与其他磁场稍有不同,它充斥着整个宇宙。我们既看不见,也摸不着,但是如果没有它,我们也无法存在。
当粒子畅游在希格斯场中,它们会获得质量并最终成为质子、中子以及电子这些组成你我的基本单位。如果没有希格斯场,那么一切都将灰飞烟灭。
确认希格斯场的存在源于2012年CERN的突破性发现。当时物理学家在大型强子对撞机(LHC)中发现一种新的基本粒子,即希格斯玻色子。根据理论,在没有希格斯场的环境下无法产生希格斯玻色子。但围绕希格斯场仍有一些令Cliff这样的物理学家所困惑的问题。
依照爱因斯坦的广义相对论和量子力学理论——在宏观和微观尺度上主导着我们对宇宙理解的两大物理学理论——希格斯场应该存在两种自然状态。这就像灯的开关一样,要么是关闭状态,意味着宇宙中各处的值皆为0;要么是开启状态,意味着其具有绝对大的值。
无论在哪种情况下,原子都无法存在,也就是说我们所存在的这个世界都不会存在。但实际情况是,“希格斯场这盏灯只是微弱地点亮着。”Cliff说,“它不是0,但它的值比完全值要小一亿亿倍。就好像灯的开关被卡在了接近关闭的位置上。这个值太关键了,如果它有任何细微的变化,那么整个宇宙的物质世界都将不复存在。”
希格斯场的强度为何有着如此精妙而微弱的量值令人无法理解。理论学家花了数十年对其进行研究,到现在已经想出了不少花哨的解释,比如“超对称性(supersymmetry)”和“大型额外维度(large extra dimensions)”。但无论怎样,如果希格斯场强度真能够得到解释,那么我们应该会在LHC中见到新的粒子与希格斯玻色子一起出现。不过至今为止,还没有任何发现。
第二个量:暗能量的强度
Cliff所称的第二个危险量同时被物理学家们称为“物理学史上最糟糕的理论预测”。
这一数值涉及到外太空的深度以及所谓的暗能量。1998年,天文学家发现宇宙的扩张速度并不是恒定的,而是越来越快。其中的驱动因素来自神秘的排斥力——暗能量。“我们并不知道暗能量到底是什么,”Cliff表示,“最好的解释是它是空虚空间自身的能量,即真空的能量。”
物理学家按照量子力学来计算暗能量的大小,得到的结果令人吃惊:“暗能量应该比我们天文学所观察到的数字高出10120倍,这绝对是一个让人脑袋晕菜的数字。它比宇宙中任何数据都要大,它比全宇宙中的原子个数还要多出千万亿亿亿亿倍。这实在是个很烂的预测。”
不过我们很幸运,暗能量比理论预测要小很多。如果按照理论模型,那么暗能量的排斥力将把整个宇宙撕裂,星球与星系都无法形成,也就没有我们了。
从另一方面讲,人们仍未建立起一套可与实际观测所匹配的理论,对于暗能量至今仍无法解释。与希格斯场相比,这需要更为精妙的认知。
也许永无答案
爱因斯坦在晚年一直在寻找大一统理论,后来的科学家也始终没有停下这一脚步。最有前途的大概就是弦理论,然而弦理论看起来似乎并不是一个理论,而是诸多理论的集合。据估计,目前可能共有10500种版本的弦理论,每一种都可用来描述一个特别的宇宙,拥有其独特的物理学定律。
有人说这弦理论并不科学,但也有人说,如果世间某处真的存在那些形形色色的宇宙呢?倘若如此,那么我们将恍然大悟:在那些多重宇宙中,有很多地方暗能量太强,宇宙被撕裂;也有很多地方希格斯场太弱,没有原子能够产生;而我们恰好活在一个两者都完美调和的宇宙中,我们是少数的幸运者。
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