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“两大量值”或将开启物理学新时代

来源:www.timetimetime.net 时间:2020-03-15 编辑:企业

作者:刘霞资料来源:科技日报出版时间:2016/1/28 14:36336032

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UK 《独立报》。在最近的一份报告中,该网站指出,物理学领域最近出现了一种令人不安和有争议的观点:我们正接近人类通过科学理解世界的绝对极限。欧洲核研究中心(CERN)的粒子物理学家哈里克莱夫(Harry Clive)在一次演讲中说:“在未来几年里,我们可能知道我们是否能更多地了解宇宙。也许,在漫长的科学史上,我们第一次会遇到无法回答的问题。此外,更让我们害怕的是,导致我们接近极限的原因不是我们的大脑不够聪明或者技术不能满足,而是由物理本身决定的。”

在这篇演讲中,克里夫谈到了“宇宙中最危险的两个量”。这两者决定了我们在宇宙中看到的所有物质、结构和生命。他说,如果这两个量有任何“异常”,整个世界可能会变成一个空无一人、毫无生气的地方。

第一个危险量:希格斯场的强度

克里夫说第一个危险量是所谓的“希格斯场”的强度值。希格斯场是一个不可见的能量场。当粒子在希格斯场游动时,它们获得质量,并最终成为质子、中子和电子的基本单位。没有希格斯场,我们就不会存在。

证实希格斯场的存在源于欧洲核子研究中心2012年的突破性发现。当时,物理学家在大型强子对撞机(LHC)中发现了一种新的基本粒子希格斯玻色子。根据理论,没有希格斯场,就不会有希格斯玻色子。然而,希格斯场本身仍有许多未解之谜困扰着物理学家。

克里夫说根据爱因斯坦的广义相对论和量子力学,希格斯场将显示两种状态之一。要么它处于封闭状态,这意味着宇宙各处的希格斯场强度值都为零,所以它不能给其他粒子提供质量。要么是开着,这意味着它的价值“绝对巨大”。

但是物理学家从未见过这两个场景。克里夫说:“事实上,希格斯场灯只在一个薄弱点亮着。它的强度值不是0,而是比整数值小1亿倍,这有点像灯的开关卡在接近闭合的位置。这个值非常关键。如果有任何细微的差别,那么整个宇宙的物质世界将不复存在。”“希格斯场”的强度为何如此微妙和微弱,这是不可思议的。物理学家现在把希望寄托在“充满血液、功能更强大”的LHC上,希望它能提供更可靠的解释。然而,到目前为止,科学家们仍然在这个漫长的旅程中缓慢前行,收效甚微。

第二个危险:暗能量的强度

克里夫的第二个危险量被物理学家称为“物理学史上最糟糕的理论预测”。这个危险的数字与深空的深度和令人发狂的“暗能量”有关。

1998年,天文学家发现宇宙的膨胀速度不是恒定的,而是越来越快。显然,太空中有一种无形的力量,导致宇宙加速膨胀。科学家称之为暗能量,约占宇宙总质量和能量的70%。从那时起,暗能量已经成为科学家青睐的“烫手山芋”,因为它关系到宇宙的命运。

“我们不知道暗能量到底是谁。”克里夫说,“最好的解释是这是真空本身的能量,也就是真空的能量。”

如果这是真的,那么科学家应该能够计算出空洞的总能量,以获得一个代表暗能量强度的值。尽管理论物理学家也这么做了,但结果让他们抓狂。克里夫说:“暗能量的值应该是我们根据天文方法观察到的值的两倍。它比宇宙中的任何数据都大,是宇宙中原子总数的1万亿倍。”

但是我们很幸运,暗能量比理论预测要小得多。根据理论模型,暗能量的排斥力将把整个宇宙撕裂,紧紧束缚原子的基本力将在它面前崩溃。行星、星系、恒星和行星都无法形成,我们所知的生命也无法存在。

然而,人们仍未能利用现有的宇宙理论创造出一套与实际观测相匹配的暗能量测量理论,暗能量头上的面纱仍未揭开。科学家似乎需要改进现有的理论,找到理解暗能量和希格斯场的方法。

也许永远不会有答案

如果我们能够证明我们的宇宙只是包含数十亿个其他宇宙的多元宇宙之一,那么,“我们也许能够理解这两个危险的价值观。因为,在多个宇宙的大多数宇宙中,要么暗能量非常强,把这些宇宙撕裂;要么希格斯场小到不能形成原子。我们碰巧生活在一个两者完美融合的宇宙中,我们是少数幸运者。”

为了证明这一点,物理学家需要找到可能支持弦理论等理论的新粒子。弦理论预言了多个宇宙的存在。

目前,LHC最有可能发现新粒子。但此外,中国科学院高能物理研究所的科学家们正计划到2028年建造一个“希格斯粒子工厂”(Higgs Population Factory),这将是一个52公里的地下环路,耗资30亿美元。它将使正电子和正电子以70TeV的能量相互碰撞。同样,美国科学家也计划开发超大型强子对撞机。据报道,超大型碳氢化合物的周长为100公里,碰撞能量高达100电子伏。

克里夫说:“我们可能正在进入一个全新的物理时代。在这个新时代,我们无法解释宇宙中许多奇怪的事情。在这个新时代,也许我们会发现一些线索,表明我们生活在一个远远超出我们知识范围的多元宇宙中。”

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